CN109181213A - 一种改性peek复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料技术领域，具体地说，涉及一种改性PEEK复合材料及其制备方法。本发明的改性PEEK复合材料包括有机硅树脂和PEEK材料，有机硅树脂具有树枝状结构。本发明的改性PEEK复合材料保持了PEEK本身的优异机械性能，几乎没有影响PEEK的熔融温度，明显提高了PEEK的玻璃化转变温度和加工过程中的结晶度，改善其高温刚性。尤其，在PEEK的可加工温度范围的黏度均有所降低，熔融指数明显提高，降低了加工温度，提高了工业生产效率。

Description

一种改性PEEK复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体地说，涉及一种改性PEEK复合材料及其制备方法。

背景技术

聚醚醚酮(PEEK)树脂是一种半结晶高分子材料，该聚合物具有较高的熔融温度(334℃)和玻璃化转变温度(143℃)，并且连续使用温度可达到260℃，赋予了PEEK树脂耐高温的特性。同时，PEEK树脂又具有良好的韧性和刚性，优良的机械特性使得它具备与合金材料相媲美的对交变应力的优良耐疲劳性。此外，PEEK树脂还具有阻燃性、自润滑性、耐腐蚀性和耐高温辐射性等特性，使其成为热门的高性能工程塑料，应用于航空航天、电子电气、医疗器械和汽车工业等领域。

PEEK具有较高的熔融温度，在加工过程中需要更高的加工温度。同时，在加工过程中，分子链降解交联，使聚合物的黏度增大，难于加工。目前，对于PEEK的改性技术中，大多使用玻璃纤维或者碳纤维与PEEK共混，实现增强材料的制备，而对如何降低PEEK加工过程中黏度的研究较少。

因此，如何实现PEEK加工过程中黏度的降低，从而降低加工温度，提高工业生产效率，降低成本，成为研究的焦点。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种改性PEEK复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种改性PEEK复合材料，包括有机硅树脂和PEEK材料，所述的有机硅树脂具有树枝状结构。

作为本发明的一种实施方式，有机硅树脂包含具有烯烃基的有机硅树脂，优选包含具有乙烯基的有机硅树脂。

作为本发明的一种实施方式，有机硅树脂选自聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂、聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)树脂、聚苯基倍半硅氧烷(PPSQ)树脂或聚甲基丙烯酰氧丙基倍半硅氧烷(PMASQ)树脂中的一种或几种。

优选地，有机硅树脂包含聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂和聚乙烯基倍半硅氧烷树脂(PVSQ)。

在本发明的一种具体实施方式中，有机硅树脂为1-20重量份、PEEK材料为80-99重量份；

优选地，有机硅树脂为3-15重量份、PEEK材料为85-97重量份。

本发明的另一目的在于提供一种改性PEEK复合材料的制备方法，包括混料、干燥和挤出注塑，其中，在混料时，将具有树枝状结构的有机硅树脂喷涂到PEEK材料表面。

作为本发明的一种实施方式，有机硅树脂包含具有烯烃基的有机硅树脂，优选包含具有乙烯基的有机硅树脂。

作为本发明的一种实施方式，有机硅树脂选自聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂、聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)树脂、聚苯基倍半硅氧烷(PPSQ)树脂或聚甲基丙烯酰氧丙基倍半硅氧烷(PMASQ)树脂中的一种或几种；

优选地，有机硅树脂包含聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂和聚乙烯基倍半硅氧烷树脂(PVSQ)。

作为本发明的一种实施方式，有机硅树脂为1-20重量份、PEEK材料为80-99重量份。

在本发明的一种具体实施方式中，所述的制备方法包括下列步骤：

1)混料：将有机硅树脂分散到无水乙醇中形成均匀的分散液，均匀地喷涂到PEEK粒料表面；

2)一次干燥：将混好的粒料放置在通风橱中，室温下放置5-15h，使乙醇分散液挥发掉；

3)二次干燥：将一次干燥后的粒料放置在真空干燥烘箱中真空干燥，温度设置为80-150℃，时间为12-48h；

4)挤出注塑：使用双锥螺杆机-微型注塑机，使用干燥好的粒料进行熔融挤出、注塑成型，挤出机的参数设置为：上腔板温度350-400℃，下腔板温度350-400℃，转速40-300转/min，喂料量5-10g/次，自循环时间1-5min；

注塑机的参数设置为：料筒温度345-395℃，模具温度30-120℃，保压时间5-20s。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明所述的有机硅树脂的加入，均对PEEK的机械性能影响甚小，在航天PEEK材料使用标准中可以认为没有影响，对PEEK的熔融温度几乎没有影响，对PEEK的玻璃化转变温度有明显的提高，有利于PEEK加工过程中结晶度的提高，改善其高温刚性；

PEEK的可加工温度范围的黏度均有所降低，从而降低加工温度，特别是在相同的加工温度下，所述的改性PEEK复合材料的黏度比纯PEEK的加工黏度下降高达34％左右，且熔融指数提高了104％；当处在相同的加工黏度下时，使加工温度明显降低，大大降低了加工温度，在工业生产中可以降低能耗。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明实施例1-2的改性PEEK复合材料与PEEK材料的拉伸性能测试图；

图2是本发明实施例1-2的改性PEEK复合材料与PEEK材料的弯曲性能测试图；

图3是本发明实施例1-2的改性PEEK复合材料与PEEK材料的冲击性能测试图；

图4a和图4b是PEEK材料的热性能测试图，图4c和图4d是本发明实施例1的改性PEEK复合材料的热性能测试图，图4e和图4f是本发明实施例2的改性PEEK复合材料的热性能测试图；

图5是本发明实施例1-2的改性PEEK复合材料与PEEK材料的流变学性能测试图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合部分实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。

在本发明中，聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂和聚乙烯基倍半硅氧烷树脂(PVSQ)是参照中国科学研究院化学研究所、2004届黎白钰博士的学位论文中公开的合成方法获得的，具体参见相关论文内容，在此不予赘述。

所述的PEEK原料为长春吉大特塑工程研究有限公司的，牌号为012G、021G、085G，在下面给出的实施例1和实施例2中使用的是牌号为021G的PEEK原料。

实施例1

本发明的一种改性PEEK复合材料：由聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂和聚醚醚酮(PEEK)组成，各个组分的添加比例为：有机硅树脂为3g，聚醚醚酮(PEEK)为97g。

上述改性PEEK复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)混料：将3g PMSQ硅树脂分散到50ml无水乙醇中形成均匀的分散液，均匀的喷涂到97g PEEK粒料表面；

2)一次干燥：将混好的粒料放置在通风橱中，室温下放置10h，使乙醇分散液挥发掉；

3)二次干燥：将一次干燥后的100g粒料放置在真空干燥烘箱中真空干燥，温度设置为80℃，时间为48h；

4)挤出注塑：使用WLG10微型双锥螺杆机-微型注塑机，使用干燥好的粒料进行熔融挤出、注塑成型，挤出机的参数设置为：上腔板温度380℃，下腔板温度380℃，加料转速40转/min，自循环转速60转/min，出料转速300转/min，喂料量10g/次，自循环时间2min；

注塑机的参数设置为料筒温度380℃，模具温度50℃，保压时间5s。

实施例2

按照实施例1的方法，将聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂改为聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ),得到一种聚乙烯基倍半硅氧烷树脂改性的PEEK复合材料。

试验例1

在同样的测试条件下，测试PEEK原料、实施例1和实施例2得到的改性PEEK复合材料的拉伸性能、弯曲性能、冲击性能等机械性能和热性能。拉伸性能参见图1、弯曲性能参见图2、冲击性能参见图3、机械性能参见表1、热性能参见图4和表2，流变学性能参见图5和表3，熔融指数测试结果参见表4。

其中，PEEK代表纯PEEK原料、PEEK-M代表聚甲基倍半硅氧烷树脂改性的PEEK复合材料、PEEK-V代表聚乙烯基倍半硅氧烷树脂改性的PEEK复合材料。

表1

表2

表3

表4

根据上述的实验结果，可以得出以下结论：

1、PMSQ树脂或者PVSQ树脂的加入，均对PEEK的机械性能影响甚小，在航天PEEK材料使用标准中可以认为没有影响；

2、PMSQ树脂或者PVSQ树脂的加入，均对PEEK的熔融温度几乎没有影响，对PEEK的玻璃化转变温度均提高了10℃左右，说明PMSQ树脂或者PVSQ树脂的加入，有利于PEEK加工过程中结晶度的提高，改善其高温刚性；

3、PMSQ树脂或者PVSQ树脂的加入，对PEEK的可加工温度范围的黏度均有所降低，从而降低加工温度，特别是在相同的加工温度380℃下，PVSQ树脂改性的PEEK复合材料的黏度比纯PEEK的加工黏度下降了34％左右,熔融指数(MFI)提高了104％左右；

当处在相同的加工黏度下时，PVSQ树脂的加入，使加工温度可由380℃下降到357℃左右，大大降低了加工温度，在工业生产中可以降低能耗。

该方法同样适用于其他常见的聚合物基体的改性，意在降低聚合物粘度，提高熔融指数，降低加工温度，提高生产效率，如尼龙(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲醛(POM)、聚氨酯(PU)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯醚(PPO)等。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种改性PEEK复合材料，其特征在于，包括有机硅树脂和PEEK材料，所述的有机硅树脂具有树枝状结构。

2.根据权利要求1的改性PEEK复合材料，其特征在于，有机硅树脂包含具有烯烃基的有机硅树脂，优选包含具有乙烯基的有机硅树脂。

3.根据权利要求1或2的改性PEEK复合材料，其特征在于，有机硅树脂选自聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂、聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)树脂、聚苯基倍半硅氧烷(PPSQ)树脂或聚甲基丙烯酰氧丙基倍半硅氧烷(PMASQ)树脂中的一种或几种。

4.根据权利要求1-3任一项的改性PEEK复合材料，其特征在于，有机硅树脂包含聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂和聚乙烯基倍半硅氧烷树脂(PVSQ)。

5.根据权利要求1-4任一项的改性PEEK复合材料，其特征在于，有机硅树脂为1-20重量份、PEEK材料为80-99重量份。

6.一种改性PEEK复合材料的制备方法，包括混料、干燥和挤出注塑，其特征在于，在混料时，将具有树枝状结构的有机硅树脂喷涂到PEEK材料表面。

7.根据权利要求6的制备方法，其特征在于，有机硅树脂包含具有烯烃基的有机硅树脂，优选包含具有乙烯基的有机硅树脂。

8.根据权利要求6或7的制备方法，其特征在于，有机硅树脂选自聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂、聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)树脂、聚苯基倍半硅氧烷(PPSQ)树脂或聚甲基丙烯酰氧丙基倍半硅氧烷(PMASQ)树脂中的一种或几种；

优选地，有机硅树脂包含聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)树脂和聚乙烯基倍半硅氧烷树脂(PVSQ)。

9.根据权利要求6-8任一项的制备方法，其特征在于，有机硅树脂为1-20重量份、PEEK材料为80-99重量份。

10.根据权利要求6-9任一项的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)混料：将有机硅树脂分散到无水乙醇中形成均匀的分散液，均匀地喷涂到PEEK粒料表面；

2)一次干燥：将混好的粒料放置在通风橱中，室温下放置5-15h，使乙醇分散液挥发掉；

3)二次干燥：将一次干燥后的粒料放置在真空干燥烘箱中真空干燥，温度设置为80-150℃，时间为12-48h；

4)挤出注塑：使用双锥螺杆机-微型注塑机，使用干燥好的粒料进行熔融挤出、注塑成型，挤出机的参数设置为：上腔板温度350-400℃，下腔板温度350-400℃，转速40-300转/min，喂料量5-10g/次，自循环时间1-5min；

注塑机的参数设置为：料筒温度345-395℃，模具温度30-120℃，保压时间5-20s。