CN103459502A - 聚醚醚酮复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PEEK复合材料,其含有PEEK和聚烯烃,并且在DSC中的吸热峰为单峰。优选所述PEEK和所述聚烯烃相容,所述PEEK复合材料也可以具有由上述PEEK构成的基体部和粒径为1μm以下的由所述聚烯烃构成的第一分散部;所述PEEK复合材料也可以具有由所述PEEK构成的基体部10和分散于所述基体部中的第二分散部12,所述第二分散部12由所述PEEK和聚烯烃14构成,所述聚烯烃14中分散有所述PEEK16,所述第二分散部的粒径为10μm以下。根据本发明,可以提供一种具有比以往的PEEK复合材料更低的熔点、能够降低成型时的成型温度的PEEK复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及聚醚醚酮复合材料。
本发明要求基于2011年7月25日在日本申请的日本特愿2011-162085号的优先权,并将其内容援用于此。
背景技术
聚醚醚酮(以下有时简称为PEEK)是所谓的超级工程塑料的一种,其具有高疲劳强度、高耐热性和高耐化学性等这样的特性。对于含有PEEK的复合材料(以下有时简称为PEEK复合材料)来说,因其特性而被广泛用于相机等光学机器、电气/电子部件、医疗机器、机动车部件等各种用途。
例如提出了一种含有PEEK和聚亚芳基硫醚的聚合物合金(例如专利文献1)。根据专利文献1的发明,疲劳强度得以提高,实现了面向轴承、工作机器用滑动部和操舵用轴承的应用。
以往,由PEEK复合材料构成的成型体等大多通过在成型后进行涂装来着色。近年来,为了削减制造成本,采用了如下方法:将颜料或染料混合入PEEK复合材料,并将其进行成型。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭58-160352号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,PEEK和PEEK复合材料的熔点高,因此常在280℃~300℃左右进行成型。因此,所添加的颜料、染料发生热劣化,导致容易在成型工序发生变色。因而,存在如下问题:能够在PEEK复合材料成型时添加的颜料和染料受到限制,导致所得到的成型体的色彩变化受到限制。
因此,本发明的目的在于提供一种可降低成型温度的PEEK复合材料。
用于解决问题的手段
本发明的PEEK复合材料的特征在于,其含有PEEK和聚烯烃,在差示扫描量热测定(以下简称为DSC)中的吸热峰为单峰。
上述PEEK和上述聚烯烃可以是相容的;所述PEEK复合材料可以具有由上述PEEK构成的基体部和分散于上述基体部中的第一分散部,所述第一分散部由上述聚烯烃构成,所述第一分散部的粒径为1μm以下;所述PEEK复合材料也可以具有由上述PEEK构成的基体部和分散于上述基体部中的第二分散部,所述第二分散部在上述聚烯烃中分散有一部分上述PEEK,所述第二分散部的粒径为10μm以下。
另外,本发明具有以下几个方面。
<1>一种PEEK复合材料,其特征在于,其含有PEEK和聚烯烃,在DSC中的吸热峰为单峰。
<2>如上述<1>所述的PEEK复合材料,其特征在于,上述PEEK和上述聚烯烃相容。
<3>如上述<1>所述的PEEK复合材料,其特征在于,其具有由上述PEEK构成的基体部、和分散于上述基体部中的第一分散部,所述第一分散部由上述聚烯烃构成,所述第一分散部的粒径为1μm以下。
<4>如上述<1>所述的PEEK复合材料,其特征在于,其具有由所述PEEK构成的基体部、和分散于所述基体部中的第二分散部,所述第二分散部由所述PEEK和所述聚烯烃构成,其中,在所述聚烯烃中分散有一部分所述PEEK,所述第二分散部的粒径为10μm以下。
发明效果
根据本发明的PEEK复合材料,可以降低成型温度。
附图说明
图1为示出本发明的PEEK复合材料的结构的一个示例的示意图。
图2为示出用于制造本发明的PEEK复合材料的混合装置的一个示例的示意图。
图3为示出实施例1的DSC的测定结果的曲线图。
图4为示出实施例5的DSC的测定结果的曲线图。
图5为示出比较例1的DSC的测定结果的曲线图。
具体实施方式
(PEEK复合材料)
本发明的PEEK复合材料含有PEEK和聚烯烃。
对于如上所述的含有2种以上聚合物的复合材料来说,作为用于研究其热性质的方法,已知有使用了DSC的热分析。本发明的PEEK复合材料在DSC(差示扫描量热测定)中的吸热峰为单峰。吸热峰为单峰时,可以有效地降低PEEK复合材料的成型温度。
在纵轴为热流、横轴为温度的DSC曲线中,吸热峰为吸热量达到最大的温度。DSC的吸热峰的形状只要是单峰,则可以为较窄的形状,也可以为较宽的形状。
本发明的PEEK复合材料的吸热峰的值可以根据PEEK复合材料中所添加的颜料、染料的种类来确定,例如本发明的PEEK复合材料的吸热峰的值优选低于300℃、更优选为280℃以下、进一步优选为250℃以下。若吸热峰的值在上述上限值以下,则可以抑制颜料、染料发生变色。
对于吸热峰的下限值没有特别的限定,例如优选为200℃以上、更优选为240℃以上。若吸热峰的值为上述下限值以上,则PEEK的机械性能不易受损。
通常来说,对于含有2种以上聚合物的复合材料而言,聚合物彼此大多在热力学上不相容,因此这样的复合材料有时在其内部具有海岛结构、海岛湖结构或它们的复合结构等不均匀的组织结构。“海岛结构”通常是指如下所述结构:利用电子显微镜对混合了2种聚合物成分的材料进行观察时,在能够比较连续地观察到的成分(海成分)中以颗粒状(岛成分)不连续地分散有另一种成分。另外,“海岛湖结构”是指,在上述岛成分中进一步以颗粒状(湖成分)不连续地分散有其他成分的结构。另一方面,将混合了的聚合物相互均匀混合、看不到上述那样的颗粒状的成分的结构称作“相容结构”。本发明的PEEK复合材料的结构可以举出例如PEEK与聚烯烃相容的结构(相容结构)、由聚烯烃构成的第一分散部(岛成分)分散于由PEEK构成的基体部中(海成分)的海岛结构等。
另外,本发明的PEEK复合材料的结构也可以为如下所述的结构:例如如图1所示,其具有由PEEK构成的基体部10(海成分)、和在聚烯烃14(岛成分)中分散有PEEK(分散PEEK)16(湖成分)的第二分散部12(岛及湖成分),并且在基体部10中分散有第二分散部12的结构(海岛湖结构)。
或者,本发明的PEEK复合材料的结构也可以为混合存在有选自相容结构、海岛结构和海岛湖结构中的2种以上的结构。
上述结构中优选相容结构。若所述PEEK复合材料的结构为相容结构,则容易发挥出本发明的效果。
本发明中的相容结构是指,无法在PEEK复合材料中确认到1nm以上的PEEK或聚烯烃的颗粒的结构。是否为相容结构可以使用扫描型电子显微镜(SEM)和透射型电子显微镜(TEM)等进行确认。
PEEK复合材料为海岛结构时,第一分散部的粒径为1μm以下。
若第一分散部的粒径为上述上限值以下、即为1μm以下,则可以更有效降低成型温度。
需要说明的是,粒径为使用SEM、TEM测定的值。
对于PEEK复合材料中的第一分散部的含量没有特别的限定。
PEEK复合材料为海岛湖结构时,第二分散部12的粒径为10μm以下。若第二分散部12的粒径为上述上限值以下、即为10μm以下,则可以更有效地降低成型温度。
对于PEEK复合材料中的第二分散部12的含量没有特别的限定。
对于第二分散部12中的分散PEEK16的粒径没有特别的限定。
对于第二分散部12中的分散PEEK16的含量没有特别的限定。
<PEEK>
对于PEEK而言,可以考虑到PEEK复合材料的用途等来进行确定,可以举出例如Daicel-Evonik公司制造的PEEK树脂“VESTAKEEP2000G”等。
PEEK复合材料中的PEEK的含量可以根据PEEK复合材料所要求的特性、例如机械性能等来进行确定,优选为10质量%~90质量%。若PEEK的含量为上述下限值以上、即10质量%以上,则容易发挥PEEK的机械性能;若为上述上限值以下、即90质量%以下,则易于降低成型温度。
<聚烯烃>
对于聚烯烃而言,考虑PEEK复合材料所要求的成型温度和物性等来进行确定,例如可以举出低密度聚乙烯、高密度聚乙烯等聚乙烯(PE);聚丙烯(PP)等以往公知的聚烯烃。
PEEK复合材料中的聚烯烃的含量可以根据PEEK复合材料所要求的特性、例如机械性能等来进行确定,优选为10质量%~90质量%。
PEEK复合材料也可以含有PEEK和聚烯烃以外的树脂(任意树脂)。
作为任意树脂,例如可以举出聚苯硫醚、PEEK以外的聚芳酮等。
PEEK复合材料中的任意树脂的含量可考虑PEEK复合材料所要求的特性等来进行确定。
(制造方法)
作为本发明的PEEK复合材料的制造方法,例如可以举出将PEEK颗粒和聚烯烃颗粒进行混炼的(混炼处理)方法。
混炼处理可以使用以往公知的混炼装置。作为混炼装置,例如可以举出如图2所示的混合装置100。
该混合装置100具备混合部110、和设置于混合部110内的搅拌叶轮104。
搅拌叶轮104为螺旋型的螺杆,其与驱动部102连接。混合部110与入口部112连接,并经由配管115与出口部114连接。另外,混合部110和配管115之间通过循环流路116相连接。
使用了混合装置100的PEEK复合材料的制造方法是将PEEK颗粒和聚烯烃颗粒(以下有时统称为原料颗粒)在混合部110中进行混炼。
首先,由入口部112向混合部110内供给原料颗粒。驱动驱动部102使搅拌叶轮104旋转,对供给的原料颗粒进行混炼,同时经由配管115从出口部114排出混炼后的PEEK复合材料。此时,通过调节搅拌叶轮104的旋转速度,可以使PEEK复合材料的结构为任一种结构。
混炼时的温度可以根据PEEK和聚烯烃的种类等来进行确定。
或者也可以关闭出口部114进行混炼,使混炼物经由循环流路116返回至混合部110。返回至混合部110的混合物由搅拌叶轮104进一步进行混炼。使混炼物进行了任意次的循环,然后打开出口部114排出PEEK复合材料。此时,通过调节混炼物的循环次数,可以使PEEK复合材料的结构为任一种结构。
进一步,也可以根据需要将从混合装置100排出的PEEK复合原料按照常用方法成型为颗粒状。
(成型体)
本发明的成型体含有本发明的PEEK复合材料,例如可以通过将PEEK复合材料的颗粒和着色剂进行混合,将其熔融并进行注塑成型,从而得到本发明的成型体。
作为用于成型体的着色剂,例如可以举出酞菁、蒽醌、异吲哚啉酮、喹吖啶酮、苝、偶氮颜料等有机系颜料;炭黑、钴蓝、氧化钛颜料等无机系颜料;等等。其中,优选有机系颜料。对于使用如上所述的着色剂的成型体来说,可以抑制将PEEK材料进行熔融成型时的因热量所致的着色剂的变色,本发明的效果表现明显。
本发明的PEEK复合材料含有PEEK和聚烯烃,并且在DSC中的吸热峰为单峰,因此PEEK和聚烯烃的各自的热性质消失,并具备了新的热性质。该新的热性质为介于PEEK的热性质与聚烯烃的热性质的中间的性质,因此本发明的PEEK复合材料的熔点低于PEEK。其结果是,相比于以往的PEEK复合材料,可以在较低的温度下使本发明的PEEK复合材料熔融,因此可以降低成型温度。
由此,本发明可以使用在以往的PEEK合材料的成型温度下易于变色的着色剂,从而扩大了成型体的色彩变化。
实施例
以下示出实施例对本发明进行详细说明,但本发明不限于下述记载。
(实施例1~7、比较例1~2)
根据表1所示的制造条件,使用图1所示的混合装置100,对50质量%的PEEK(VESTAKEEP2000G,吸热峰:340℃,Daicel-Evonik公司制造)和50质量%的PP(Novatec PP MA1B,吸热峰:160℃,Japan Polypropylene公司制造)进行混炼,从而制造了各例的PEEK复合材料。对于所得到的PEEK复合材料评价了吸热峰、结构、和第一或第二分散部的粒径(以下有时统称为分散部直径)。其结果列于表1。
(评价方法)
<吸热峰>
使用热分析装置(Rigaku公司制造),以10℃/分的升温速度将各例的PEEK复合材料从25℃加热至350℃,从而得到了DSC曲线。根据所得到的DSC曲线求出吸热峰。
<结构和分散部直径>
利用TEM(日本电子株式会社制造)对各例的PEEK复合材料进行了观察(倍率:200倍~25万倍),并对结构和分散部直径进行了测定。
【表1】
如表1所示的那样,应用了本发明的实施例1~7在DSC中的吸热峰为单峰。另外,相比于用作原料的PEEK,实施例1~7的PEEK复合材料的吸热峰均降低。即,可知实施例1~7可以在低于原料PEEK的温度下进行成型。
此外,由实施例1~7的结果可知,分散部直径越小,则吸热峰变得越窄,可以在更低的温度下进行成型。
另一方面,比较例1~2具有2个吸热峰(170℃、330℃)。因此,可知比较例1~2的PEEK复合材料的成型温度和原料的PEEK的成型温度为同等程度。
由这些结果可知,通过应用本发明可以降低PEEK复合材料的成型温度,从而可以在不使成型时添加的着色剂变色的条件下得到成型体。由此,可以扩大使用了PEEK复合材料的成型体的色彩变化。
实施例1、5、比较例1的DSC曲线在图3~5中示出。图3为示出实施例1的PEEK复合原料的DSC的测定结果的曲线图,图4为示出实施例5的PEEK复合原料的DSC的测定结果的曲线图,图5为示出比较例1的PEEK复合原料的DSC的测定结果的曲线图。图3~5均取热流(mW)作为纵轴、取温度(℃)作为横轴。
由图3~4可知,应用了本发明的实施例1和5在DSC中的吸热峰均为单峰。此外,由图3~4可知,相比于分散部直径为1μm~10μm的实施例5,分散部直径小于1nm的实施例1的吸热峰较窄。
另一方面,如图5所示,比较例1在DSC中的吸热峰为2个峰。
符号说明
10 基体部
12 第二分散部
14 聚烯烃
16 分散PEEK
Claims (4)
1.一种聚醚醚酮复合材料,其特征在于,其含有聚醚醚酮和聚烯烃,并且在DSC中的吸热峰为单峰。
2.如权利要求1所述的聚醚醚酮复合材料,其特征在于,所述聚醚醚酮和所述聚烯烃相容。
3.如权利要求1所述的聚醚醚酮复合材料,其特征在于,其具有由所述聚醚醚酮构成的基体部和分散于所述基体部中的第一分散部,其中,所述第一分散部由所述聚烯烃构成,所述第一分散部的粒径为1μm以下。
4.如权利要求1所述的聚醚醚酮复合材料,其特征在于,其具有由所述聚醚醚酮构成的基体部、和分散于所述基体部中的第二分散部,其中,所述第二分散部由所述聚醚醚酮和所述聚烯烃构成,在所述聚烯烃中分散有一部分所述聚醚醚酮,所述第二分散部的粒径为10μm以下。
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