[发明专利]长纤维增强聚芳醚酮复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种长纤维增强聚芳醚酮复合材料及其制备方法，通过磺化聚芳醚酮在二苯砜中对长纤维预先处理，磺化聚醚醚酮二苯砜溶解度较差，使纤维形成胶束，不易于分散开，限制了长纤维在原位聚合体系中的扩散与吸附，然后将胶束加入到双卤单体和双酚单体形成的聚合体系中聚合，原位聚合制备长纤维增强聚芳醚酮复合材料，解决了原位聚合中，由于长纤维比表面积大，容易吸附反应溶剂和单体，使反应无法进行，反应后纤维过于分散、纠缠，不利于粉碎的问题。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，是指聚芳醚酮原位引入长碳纤维，制备长纤维增强聚芳醚酮复合材料及其制备方法。

背景技术

聚芳醚酮是分子链包含苯环、醚和酮为重复基元的热塑性高性能聚合物材料，目前工业化商品包括聚醚醚酮树脂，聚醚酮醚酮酮树脂等。聚芳醚酮作为高性能热塑性树脂，在航空、航天、石油、电子和医疗领域获得诸多应用。为了满足更加苛刻的使用环境，纤维增强聚芳醚酮复合材料被研制，并取得一些列的应用。

纤维增强聚醚醚酮复合材料包括短切纤维增强聚醚醚酮、长纤维增强聚醚醚酮和连续纤维增强聚醚醚酮。其中短切纤维增强聚醚醚酮的发展较为成熟，价格低廉，用量大。一般短切纤维增强聚醚醚酮中纤维含量从15％增加到30％，随着纤维含量的增加，其机械性能逐渐变化。例如聚醚醚酮树脂的拉伸强度为90～100Mpa之间，而30％含量的短切碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为220Mpa。在复合材料中增加更多的纤维，可以提高聚醚醚酮纤维增强复合材料的拉伸强度。在长切纤维和短切纤维含量一致的情况下，长切纤维增强聚醚醚酮复合材料，相对于短切纤维增强聚醚醚酮复合材料可以进一步提高纤维含量。

连续纤维增强聚醚醚酮的制备方法多种，包括熔融挤出包覆、粉末静电浸渍、薄膜层压、溶液浸渍、纤维混编等方法。连续纤维增强聚醚醚酮复合材料已经在多个苛刻使用环境下，取得较好应用。理论上，连续纤维增强聚醚醚酮复合材料，经过纤维剪切，即可得到长纤维增强聚醚醚酮复合材料。但是由于连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸困难，且价格高昂，以其作为原料制备长纤维增强聚醚醚酮复合材料，从材料性能和成本方面考虑并不适合。

西北工业大学的吴新明等人(航空材料学报，2009，6：98-101)报道了以30％含量长玻璃纤增强注塑聚醚醚酮复合材料加工工艺与力学性能的研究，但是这种方法通常使产品的部分性能不足。利用原位聚合制备复合材料，是高分子复合材料领域的常用技术。该种方法解决了聚醚醚酮树脂的溶液的粘度大，树脂难于溶于常规有机溶剂的问题。以原位聚合制备树脂基复合材料，可以选择多种材质，例如蒙脱土，石墨片(CN201410539991.0)，羟基磷灰石等材料。这些原位聚合技术制备的复合材料与通过熔融共混制备的复合材料相比，具有更好的分散性，其性能更加优良。

利用溶液原位聚合引入长纤维，制备长纤维增强聚芳醚酮复合材料存在一系列问题，例如长纤维直径较小，比表面积大，当大量的长纤维存在于聚合体系中，纤维吸附了溶剂和聚合单体，影响了反应体系，使聚合反应体系基本不存在溶剂，分子碰撞困难，反应分子量难于控制。同时，由于长纤维的高含量引入导致溶液粘度过高，难以混合，影响聚合反应。如果利用聚合末期的溶液，加入长纤维复合，那么长纤维的分散作用，也是难于制备高含量的纤维增强复合材料。由于利用原位聚合技术制备长纤维增强聚芳醚酮树脂基复合材料存在的问题；连续纤维预浸聚芳醚酮树脂剪切而制备长纤维增强复合材料的价格过高，因而目前尚无商品化的长纤维增强聚芳醚酮复合材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种长纤维增强聚芳醚酮复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

S1：将磺化聚芳醚酮溶于有机溶剂中，搅拌均匀后加入长纤维，搅拌得到混合溶液，向混合溶液中加入含有5％碳酸盐的水溶液，过滤，干燥，得到处理后的长纤维；

S2：将二苯砜、双卤单体，双酚单体，缚酸剂加热混合均匀，反应，得到聚芳醚酮聚合物，加入步骤S1中处理后的长纤维，反应一段时间，得到复合材料，将所述复合材料加入到去离子水中，粉碎过滤，将固体提纯干燥，得到长纤维增强聚芳醚酮复合材料。