[发明专利]功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法

说明书

功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法，涉及复合材料的制备技术领域，将PEEK、PES和CCF通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到功能聚醚醚酮碳纤复合材料。本发明工艺简单，采用三种材料通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到的复合材料较仅采用PEEK和CCF得到的复合材料既具有较好的导电性，还能显著提高复合材料的耐磨性。

技术领域

本发明涉及复合材料的制备技术，属于功能材料的化学合成技术领域。

背景技术

聚醚醚酮（PEEK）因具有出色的自润滑性、机械性能、绝缘性、耐水解性、耐腐蚀性和耐磨性能而广泛应用于化工、交通、医疗、航空航天等领域。但由于其本身脆性大、抗剪切性能差，且具有较高的表面电阻(10¹⁶Ω)以及较高的摩擦系数（在干滑动下，PEEK的摩擦系数大于0.4）和粘滑行为，限制其更加广泛的应用。因此，对PEEK综合性能改善的研究不仅具有理论意义，而且具有非常重要的应用价值。许多改性集中在无机金属氧化物如SiO₂，Al₂O₃，六钛酸钾晶须，纳米二氧化钛等；碳材如碳纤维（CF），石墨烯，碳纳米管，以及它们的各种组合。碳纤维，具有较高的比强度、比模量，同时还具有耐高温、耐酸性、摩擦系数小和良好的导电性等优点而广泛应用于改性聚合物领域。由于碳纤维的非极性和低润湿性，与PEEK聚合物基体的界面结合力较差，很难获得预期的改善效果。

聚醚砜（PES）因具有刚性的苯环、柔性的砜基和醚基形成的大共轭体系使其具有高机械性能、氧化稳定性、耐高温、耐化学腐蚀性等，被认为是一种具有应用潜力的PEEK改性热塑性高分子材料。并且研究表明PES与PEEK具有很好的相容性，PES改性PEEK已被广泛应用与增强改性PEEK。

近年来越来越多的研究集中在连续碳纤维（CCF）的表面改性以改善其分散性并提高与基体的界面相容性。如通过电镀法合成了镀镍碳纤维，改善了连续碳纤维的分散性，然后采用熔融共混法制备了Ni-CF/聚醚醚酮复合材料，当Ni-CF含量为40wt%时，复合材料的电导率达到1.9×10⁴S/m。Liu等制备了石墨烯（G）增强的PEEK/CF复合材料，填充0.7wt%G的PEEK/CF复合材料的耐磨性能最好，同时制备的复合材料还具有优异的力学性能和热性能。然而，上述改性存在工艺复杂、难控制、以及工业化成本高等缺点，无法进行工业规模的推广应用。

因此，如何简单有效地改善连续碳纤维的分散性，是提高复合材料导电性的关键，而提高连续碳纤维与聚醚醚酮的界面相容性对提高复合材料的耐磨性起着至关重要的作用。

发明内容

针对连续碳纤维的分散性差，并且与PEEK聚合物基体的界面结合力较差的问题，本发明的目的在于提出一种耐磨或导电性较好的功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法。

本发明技术方案是：将PEEK、PES和CCF通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到功能聚醚醚酮碳纤复合材料。

本发明工艺简单，采用三种材料通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到的复合材料较仅采用PEEK和CCF得到的复合材料既具有较好的导电性，还能显著提高复合材料的耐磨性。

具体地，为了得到具有突出的导电性复合材料，本发明将PEEK和PES混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，CCF通过双螺杆挤出机的次喂料口加入，以此通过双螺杆挤出机挤出造粒。

本发明中：第一、PES作为第三组分制备的CCF/ PEEK复合材料，PES起到对CCF在PEEK基体中均匀分散作用；第二、界面剂与PES共同表面改性CCF制备的CCF/PEEK复合材料，其中的CCF不仅在PEEK中分散均匀而且与PEEK基体具有优异的界面结合力。

所述PEEK、PES和CCF的投料质量比为56∶14∶30，取得的复合材料的表面电阻率较仅采用PEEK和CCF得到的复合材料降低5个数量级，这是因为由于PES的加入显著提高了CCF的均匀分散性，促进形成了导电网络。