一種改性碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及到一種改性碳纖維增強(qiáng)聚酸酸酬 (PEEK)復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚酸酸酬（P邸K)樹脂是一種性能優(yōu)異的特種工程塑料，與其他特種工程塑料相 比具有更多顯著優(yōu)勢(shì)，耐正高溫260°C、機(jī)械性能優(yōu)異、自潤(rùn)滑性好、耐化學(xué)品腐蝕、阻燃、耐 剝離性、耐磨性、抗福射等，超強(qiáng)的機(jī)械性能使其可用于高端的機(jī)械、汽車、核工程和航空等 領(lǐng)域。因此，聚酸酸酬（PEEK)樹脂是復(fù)合材料領(lǐng)域優(yōu)選的高端樹脂之一。
[0003] 碳纖維是目前最常用的高性能樹脂基復(fù)合材料增強(qiáng)體，具有低密度，高比強(qiáng)度、高 比模量、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕W及熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。碳纖維復(fù)合材料也被廣泛應(yīng)用于航 空航天、軍事、機(jī)械、高性能運(yùn)動(dòng)器材等方面，效果為世人所矚目。
[0004] 由于碳纖維表面平滑、活性官能團(tuán)少、表而能低，呈現(xiàn)表面化學(xué)惰性，與樹脂基體 浸潤(rùn)性差，使得復(fù)合材料界面粘合力較弱，嚴(yán)重地影響了復(fù)合材料整體優(yōu)異性能的發(fā)揮；目 前，碳纖維表面改性的方法主要包括液相氧化法、氣相氧化法、等離子氧化、接枝、高能射線 福照法等。運(yùn)些方法通常會(huì)對(duì)碳纖維的表面結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，導(dǎo)致纖維本體強(qiáng)度有一 定的下降；同時(shí)運(yùn)些方法也有產(chǎn)能小，不能連續(xù)生產(chǎn)，污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改性碳纖維增強(qiáng)聚酸酸酬 (PEEK)復(fù)合材料的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種改性碳纖維增強(qiáng)聚酸酸酬（PEEK)復(fù)合材料的制備方 法，包括：
[000引 （1)碳纖維的表面活化
[0009]W有機(jī)溶劑作為提取液，在溫度為75°C-85°C的條件下，將碳纖維絲束浸潤(rùn)在提 取液中，機(jī)械攬拌和/或超聲2-化，然后過(guò)濾烘干得去膠碳纖維；
[0010] 將去膠碳纖維浸潤(rùn)在水/對(duì)苯二胺混合液中，機(jī)械攬拌并加熱至60°c-90°c，然后 在攬拌條件下，緩慢加入亞硝酸異戊醋，完成后繼續(xù)在60-90°C條件下攬拌12-2地，過(guò)濾沖 洗得苯胺活化的碳纖維；
[0011] (2)碳纖維表面負(fù)載納米粒子
[0012] 將碳納米粒子通過(guò)超聲的方法分散在水中，將苯胺活化的碳纖維浸潤(rùn)在碳納米粒 子的分散液中，加熱至60-9(TC并在攬拌的條件下，緩慢加入亞硝酸異戊醋，并在60-9(TC 的條件下攬拌12-24h，過(guò)濾清洗得表面負(fù)載納米粒子的碳纖維；
[0013] (3)改性碳纖維增強(qiáng)聚酸酸酬的制備
[0014] 按如下重量份選取原料：
[0015] 聚酸酸酬55-85份；
[0016] 改性碳纖維10-40份；
[0017] 加工助劑1-5份；
[0018] 將聚酸酸酬與加工助劑混合均勻，得混合原料；然后將混合原料和改性碳纖維分 別從主喂料口、側(cè)喂料口加入到雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)烙融擠出，造粒，獲得所述改性碳纖維 增強(qiáng)聚酸酸酬復(fù)合材料。
[0019] 步驟（1)中所述的提取液選自丙酬、乙醇、石油酸、N'N-二甲基甲酯胺中的一種或 幾種的混合溶液。
[0020] 步驟（1)中所述的水/對(duì)苯二胺混合液中對(duì)苯二胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-3% ;亞硝酸 異戊醋與對(duì)苯二胺的摩爾比為1-3:3 ;去膠碳纖維的質(zhì)量與水/對(duì)苯二胺混合液的體積比 為l-lOg:500ml。
[0021] 步驟（2)中所述的碳納米粒子選自碳納米管、石墨締、氧化石墨締、碳納米纖維 中的一種或幾種的混合物，碳納米粒子、苯胺活化的碳纖維及亞硝酸異戊醋的質(zhì)量比為 1-3:100:0. 5-1. 5 ;碳納米粒子的分散液的濃度為0.I-Ig:500ml。
[00巧步驟做中所述的加工助劑選自阻燃劑、增初劑、導(dǎo)電劑、抗氧化劑、光穩(wěn)定劑、潤(rùn) 滑劑、著色劑、成核劑、抗靜電劑、填料中的一種或幾種。
[0023] 步驟（3)中所述的雙螺桿擠出機(jī)加熱區(qū)前段溫度為310-330°C，中段溫度為 340-370°C，末端溫度為 330-360°C，轉(zhuǎn)速為 150-300巧m。
[0024] 本發(fā)明提出的改性碳纖維增強(qiáng)聚酸酸酬牌EK)復(fù)合材料的制備方法W重氮鹽反 應(yīng)對(duì)碳纖維表面進(jìn)行活化，在碳纖維表面接枝苯胺分子鏈。再在催化劑的作用下，通過(guò)化學(xué) 接枝的方法將功能化納米粒子負(fù)載在碳纖維表面。之后，采用雙螺桿擠出機(jī)對(duì)改性碳纖維 及聚酸酸酬（PEEK)進(jìn)行擠出造粒。重氮鹽反應(yīng)在不大幅影響碳纖維本體強(qiáng)度的前提下，增 加了碳纖維的表面活性點(diǎn)，并改善了碳纖維與PEEK樹脂的浸潤(rùn)性。通過(guò)表面活性點(diǎn)作為錯(cuò) 點(diǎn)，將功能化納米粒子負(fù)載在碳纖維表面，增強(qiáng)纖維與樹脂的機(jī)械結(jié)合能力，最終有效提高 復(fù)合材料的拉伸、沖擊、彎曲及層間剪切等機(jī)械性能。
[00巧]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果如下：
[00%] 1)采用重氮鹽反應(yīng)活化碳纖維，并將碳納米粒子負(fù)載在碳纖維表面，提高了碳纖 維表面活性，改善了纖維與樹脂間的浸潤(rùn)性，并不會(huì)大幅降低碳纖維本體強(qiáng)度；
[0027] 2)改性碳纖維與PEEK樹脂間有較好的機(jī)械結(jié)合力，能有效提高復(fù)合材料的拉伸 等力學(xué)性能。
【附圖說(shuō)明】
[00測(cè)圖1為碳纖維SEM圖，其中，（a)原始碳纖維、化）去膠碳纖維、（C)苯胺活化碳纖 維、（d)不同濃度苯胺活化碳纖維、（e)負(fù)載石墨締碳纖維，（f)負(fù)載碳納米管碳纖維。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，運(yùn)些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可W對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，運(yùn)些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。 陽(yáng)〇3〇] 實(shí)施例1
[0031] (1)碳纖維的表面活化
[0032]W丙酬作為提取液，加熱至80°C，將碳纖維絲束浸潤(rùn)在提取液中，超聲化，并機(jī)械 攬拌化，之后過(guò)濾并用大量去離子水沖洗，烘干可得去膠碳纖維；
[0033] 將100g去膠后的碳纖維浸潤(rùn)在化的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5%的水/對(duì)苯二胺混合液中 (對(duì)苯二胺0. 69mol)，加熱至80°C，并機(jī)械攬拌。在攬拌條件下，緩慢加入40g(0. 345mol) 亞硝酸異戊醋。完成后繼續(xù)在80°C條件下攬拌12h，過(guò)濾并用大量去離子水沖洗得到苯胺 活化的碳纖維；
[0034] (2)碳纖維表面負(fù)載納米粒子
[0035] 將Ig石墨締通過(guò)超聲的方法分散在化水中，將100g苯胺活化碳纖維浸潤(rùn)在石墨 締的分散液中，加熱至8(TC并在攬拌的條件下，緩慢加入0. 5g的亞硝酸異戊醋，并在8(TC 的條件下攬拌12h，過(guò)濾清洗得到表面負(fù)載石墨締的碳纖維。
[0036] (3)改性碳纖維增強(qiáng)聚酸酸酬牌?。┑闹苽?br>[0037] 按如下重量份選取原料：
[0038] 聚酸酸酬牌EK) :85份；
[0039] 改性碳纖維：10份；
[0040] 加工助劑：5份；
[0041] 將聚酸酸酬（P邸K)與加工助劑混合均勻，得混合原料；將混合原料和改性碳纖維 分別經(jīng)主料口和強(qiáng)制側(cè)喂料口加入雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)烙融擠出，造粒，獲得改性碳纖維增 強(qiáng)聚酸酸酬（PEEK)復(fù)合材料。
[0042] 加工助劑包含：阻燃劑1份、抗氧化劑1份、潤(rùn)滑劑1份、填料2份