一種聚醚醚酮改性複合材料及其製造方法與流程

2023-09-17 09:28:35

本發明涉及高分子材料領域，更具體的，涉及一種聚醚醚酮改性複合材料及其製造方法。

背景技術：

聚醚醚酮是一種全芳香族半結晶性的熱塑性工程塑料，由於大分子鏈上含有剛性的苯環、柔順的醚鍵及提高分子間作用力的羧基，結構規整，因而具有高耐熱性、高強度、高模量、高斷裂韌性等優異的綜合性能，可在250℃長期使用。

但是，純聚醚醚酮材料成本較高，產品使用溫度相對較低，耐溫耐磨強度達不到部分產品的標準要求，應用範圍狹窄。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺陷，本發明公開了一種耐高溫耐磨的高強度聚醚醚酮改性複合材料，提高了聚醚醚酮複合材料的耐高溫性耐磨性和拉伸強度，相較於純聚醚醚酮材料，使用溫度以及使用壽命均有提升，這樣在降低成本的同時也擴大了應用領域。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

本發明提供了一種聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為100～650pa·s。

在本發明較佳的技術方案中，所述改性複合材料的組分中還包括質量份為0.1～0.5份的抗氧劑；所述抗氧劑為主抗氧劑四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，輔抗氧劑n,n'-雙[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙醯]肼英、2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一種或兩種；所述主抗氧劑和輔抗氧劑的質量比為2:1。

在本發明較佳的技術方案中，所述改性複合材料的組分中還包括質量份為1～2份的偶聯劑；所述偶聯劑為磺化聚醚醚酮；所述磺化聚醚醚酮的磺化度為30％～50％。

在本發明較佳的技術方案中，所述碳化矽粉平均粒徑為10μm以下。

在本發明較佳的技術方案中，所述氧化鋯粉的平均粒徑10μm以下。

在本發明較佳的技術方案中，所述潤滑劑為分子量不小於5000的聚矽氧烷。

在本發明較佳的技術方案中，所述聚醚醚酮改性複合材料製備方法按如下步驟實施：

§1乾燥：將各原料粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的各原料粉依次放入高混機中，低速混合1～2分鐘後，在105℃～115℃的溫度下高速混合15～25分鐘，放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。

在本發明較佳的技術方案中，在所述§1乾燥中，除溼乾燥箱為恆溫真空除溼乾燥箱。

在本發明較佳的技術方案中，所述雙螺杆擠出機，螺杆壓縮比為2.5:1～3.5:1，螺杆轉速為20～60r/min。

在本發明較佳的技術方案中，所述雙螺杆擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為300℃～320℃、二區溫度為315℃～335℃、三區溫度為335℃～355℃、四區溫度為355℃～375℃、五區溫度為370℃～385℃、六區溫度為375℃～385℃。

本發明的有益效果為：

本發明提供的聚醚醚酮改性複合材料，通過添加碳化矽和氧化鋯進行改性，製備出一種耐高溫耐磨的高強度聚醚醚酮改性複合材料，提高了聚醚醚酮複合材料的耐熱老化性能和拉伸強度。

本發明提供的聚醚醚酮改性複合材料，相較於純聚醚醚酮材料，使用溫度以及使用壽命均有提升，失效時間最少可延長148h，使用溫度可提高50℃，最高使用溫度可達310℃，摩擦係數可至少降低0.06，拉伸強度至少可提高21mpa，這樣在降低成本的同時也擴大了應用領域。

具體實施方式

下面結合具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例一聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為100pa·s。

實施例一聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉和所述潤滑劑聚矽氧烷依次放入高混機中，先低速混合1分鐘，然後在105℃的溫度下高速混合15分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為2.5:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為315℃、二區溫度為328℃、三區溫度為338℃、四區溫度為355℃、五區溫度為370℃、六區溫度為380℃，螺杆轉速為30r/min。

使用實施例一的配方製備出來的聚醚醚酮改性複合材料可用於製造印表機分離爪。

實施例二聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為605pa·s。

實施例二聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉和所述潤滑劑聚矽氧烷依次放入高混機中，先低速混合1分鐘，然後在115℃的溫度下高速混合20分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為3.5:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為320℃、二區溫度為335℃、三區溫度為345℃、四區溫度為365℃、五區溫度為375℃、六區溫度為385℃，螺杆轉速為35r/min。

使用實施例二的配方製備出來的聚醚醚酮改性複合材料可用於製造密封墊。

實施例三聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為300pa·s。

實施例三聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉和所述潤滑劑聚矽氧烷依次放入高混機中，先低速混合1分鐘，然後在110℃的溫度下高速混合15分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為3:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為320℃、二區溫度為335℃、三區溫度為348℃、四區溫度為365℃、五區溫度為378℃、六區溫度為385℃，螺杆轉速為40r/min。

使用實施例三的配方製備出來的聚醚醚酮改性複合材料可用於製造軸套。實施例四聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為650pa·s。

實施例四聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉、所述潤滑劑聚矽氧烷和所述抗氧劑(主抗氧劑四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，輔抗氧劑n,n'-雙[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙醯]肼英，質量比為2:1)依次放入高混機中，先低速混合2分鐘，然後在115℃的溫度下高速混合25分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為3.5:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為320℃、二區溫度為335℃、三區溫度為348℃、四區溫度為365℃、五區溫度為378℃、六區溫度為385℃，螺杆轉速為60r/min。

實施例五聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為225pa·s。

實施例五聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉、所述潤滑劑聚矽氧烷和所述抗氧劑(主抗氧劑四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，輔抗氧劑2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚，質量比為2:1)依次放入高混機中，先低速混合1分鐘，然後在105℃的溫度下高速混合15分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為2.5:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為300℃、二區溫度為315℃、三區溫度為335℃、四區溫度為355℃、五區溫度為370℃、六區溫度為375℃，螺杆轉速為20r/min。

實施例六聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為300pa·s。

實施例六聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉、所述潤滑劑聚矽氧烷和所述抗氧劑(主抗氧劑四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，輔抗氧劑n,n'-雙[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙醯]肼英和2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚，質量比為4:1:1)依次放入高混機中，先低速混合1.5分鐘，然後在110℃的溫度下高速混合15分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為2.5:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為315℃、二區溫度為332℃、三區溫度為355℃、四區溫度為365℃、五區溫度為370℃、六區溫度為385℃，螺杆轉速為40r/min。

使用實施例三的配方製備出來的聚醚醚酮改性複合材料可用於製造軸套。實施例七聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為250pa·s。

實施例七聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉、所述潤滑劑聚矽氧烷、所述抗氧劑(主抗氧劑四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，輔抗氧劑n,n'-雙[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙醯]肼英，質量比為2:1)和所述偶聯劑磺化聚醚醚酮(磺化度50％)依次放入高混機中，先低速混合2分鐘，然後在115℃的溫度下高速混合25分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為3.5:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為320℃、二區溫度為336℃、三區溫度為348℃、四區溫度為365℃、五區溫度為378℃、六區溫度為385℃，螺杆轉速為40r/min。

實施例八聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為400pa·s。

實施例八聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉、所述潤滑劑聚矽氧烷、所述抗氧劑(主抗氧劑四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，輔抗氧劑2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚，質量比為2:1)和所述偶聯劑磺化聚醚醚酮(磺化度40％)依次放入高混機中，先低速混合1分鐘，然後在105℃的溫度下高速混合15分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為2.5:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為300℃、二區溫度為326℃、三區溫度為348℃、四區溫度為365℃、五區溫度為370℃、六區溫度為378℃，螺杆轉速為30r/min。

實施例九聚醚醚酮改性複合材料，包括如下質量份的組份：

隨機測得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度為400pa·s。

實施例九聚醚醚酮改性複合材料的製備方法：

§1乾燥：將所述聚醚醚酮粉、所述碳化矽粉、所述氧化鋯粉分別放入除溼乾燥箱中於160℃乾燥4h；

§2混合：將乾燥後的所述聚醚醚酮粉、乾燥後的所述碳化矽粉、乾燥後的所述氧化鋯粉、所述潤滑劑聚矽氧烷、所述抗氧劑(主抗氧劑四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，輔抗氧劑n,n'-雙[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙醯]肼英，質量比為2:1)和所述偶聯劑磺化聚醚醚酮(磺化度30％)依次放入高混機中，先低速混合2分鐘，然後在115℃的溫度下高速混合25分鐘後放料，得到混配料；

§3擠出成型：將所述混配料通過雙螺杆擠出機，熔融擠出，冷卻，得到產品。所述熔融擠出機中，螺杆壓縮比為3.5:1，所述熔融擠出機包括六個加熱區，其中一區溫度為320℃、二區溫度為335℃、三區溫度為348℃、四區溫度為365℃、五區溫度為378℃、六區溫度為385℃，螺杆轉速為40r/min。

為了節約成本，避免浪費，本發明所述聚醚醚酮粉可單獨使用經測試熔融黏度400～650pa·s範圍內的聚醚醚酮回收料粉。

為了得到熔融擠出性能更優的聚醚醚酮複合材料，所添加的碳化矽粉和氧化鋯粉的平均粒徑均在10μm以下。

添加抗氧劑可提高改性聚醚醚酮複合材料的耐候性。

為了提高碳化矽和聚醚醚酮的相容性，以及減少碳化矽的團聚，在本發明的改性聚醚醚酮複合材料中可添加偶聯劑磺化聚醚醚酮。

通過添加潤滑劑聚矽氧烷提高碳化矽和氧化鋯在聚醚醚酮複合材料中的分散性、提高聚醚醚酮複合材料的加工性能、降低複合材料加工中對加工設備的磨耗、提高複合材料的光澤度，所述潤滑劑聚矽氧烷為分子量不低於5000的聚矽氧烷。

分別取實施例一至九製得的聚醚醚酮複合材料和純聚醚醚酮粉進行性能測試，測試項目包括這些材料的耐熱老化性能、摩擦係數、和拉伸強度，其中耐熱老化性能採用310℃的烘箱，考察其相同時間後強度殘餘率和強度低於30％時的失效時間。具體試驗結果如下表：

上表中熱老化失效時間測試方法使用gb/t7141進行測試，摩擦係數測試方法使用gb10006-1988進行測試，拉伸強度測試方法使用gb/t1041進行測試。

從表中可以看出，本發明中新的複合材料較純聚醚醚酮粉有更好的耐熱性、耐磨性和拉伸強度，降低了材料成本，擴大了其應用領域。

本發明是通過優選實施例進行描述的，本領域技術人員知悉，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對這些特徵和實施例進行各種改變或等效替換。本發明不受此處所公開的具體實施例的限制，其他落入本申請的權利要求內的實施例都屬於本發明保護的範圍。