含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料及其製備方法
2023-05-09 21:07:01
含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明屬於聚合物材料的領域,涉及含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料及其製備方法。複合材料由含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物和高強連續碳纖維組成，各組分和按質量計算,20％～80％的碳纖維，其餘是聚醚醚酮聚合物。製備是先將間苯二酚或對苯二酚、4-苯乙炔苯代對苯二酚、4-4'二氟二苯酮溶於氯仿配置膠液，再用預浸料排布機製得碳纖維/聚合物預浸帶，最後壓模成型。本發明製備的複合材料具有優異力學性能和熱學性能、耐腐蝕、兼具熱塑性樹脂基複合材料的韌性和熱固性樹脂基複合材料的優點，以滿足超聲速飛行器、軍工和高【技術領域】的需求；且製備方法簡單，生產工藝易操控，生產設備易實現。
【專利說明】含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料及其制 備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於高性能聚合物的【技術領域】，具體涉及兩種含有苯乙炔側基的聚醚醚酮 聚合物碳纖維複合材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 材料是技術進步的先導和物資基礎，幾乎所有新技術的發展都離不開新材料的應 用。因此，世界各國都對新材料的研究開發十分重視。高性能樹脂基複合材料具有比強度 高、比模量高的特點，使之成為新型輕質高強材料的典型代表。
[0003] 熱固性樹脂基複合材料及樹脂基體已經得到較大的發展，並獲得較好的應用，但 是由於其自身的韌性較差，材料的損傷容限較低而使其應用受到限制。與熱固性樹脂基復 合材料相比，熱塑性樹脂基複合材料的突出優點是具有高韌性和高損傷容限，耐反覆衝擊 性能好，有利於克服傳統熱固性樹脂基複合材料層間韌性不足的缺陷。
[0004] 聚醚醚酮（PEEK)是一種典型的熱塑性高性能聚合物，具有耐高溫、耐溶劑、耐老 化、耐水解以及高的比強度，比模量等性能，特別是在高溫高溼的惡劣環境中仍然能保持良 好的綜合性能，因此，在對材料性能要求越來越高的今天，PEEK及其複合材料的重要性日益 凸顯。近年來，隨著對高分子材料的使用溫度、負載能力的要求不斷提高，純PEEK樹脂無法 達到的人們的要求，因此必須對其進行增強處理。對PEEK進行化學改性，能夠得到含有苯 乙炔側基的聚醚醚酮聚合物。
[0005]目前獲得較好應用的耐高溫熱塑性樹脂基複合材料主要是碳纖維或玻璃纖維增 強聚醚醚酮複合材料。由於耐高溫熱塑性樹脂一般都具有良好耐溶劑和耐油性，不溶於常 規有機溶劑，因此目前主要採用熱熔浸漬。熱熔預浸對設備要求較高，技術和工藝控制難度 大，使其應用受到很大限制。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題在於，提供兩種含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖 維複合材料的製備方法，以解決耐高溫熱塑性樹脂基熱熔預浸對設備、工藝條件要求較高， 且不溶於一般有機溶劑難以使用溶液法製備複合材料的問題。含有苯乙炔側基的聚醚醚酮 聚合物有較好的溶解性，因此採用溶液法製備得到碳纖維/聚合物預浸帶。再通過模壓成 型製備出一種具有優異力學性能和熱學性能、耐腐蝕、兼具熱塑性樹脂基複合材料的韌性 和熱固性樹脂基複合材料的優點複合材料。
[0007] -種含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料，其特徵在於，由含有 苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物和連續碳纖維組成；各組分和按質量計算，連續碳纖維佔 20 %?80%，其餘是含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物。
[0008] 所述連續碳纖維的種類是聚丙烯腈基碳纖維、粘膠基碳纖維或浙青基碳纖維。連 續碳纖維束包括1K、3K、6K、12K和24K，本發明選用的是三菱麗陽GrafilTR50S(6K)碳纖維。
[0009] 在含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料中，優選的連續碳纖維質量 含量為50%?70%
[0010] 本發明給出兩種含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物，配方1由間苯二酚、4-4'二 氟二苯酮、以及4-苯乙炔苯代對苯二酚單體聚合而成。其中間苯二酚、4-苯乙炔苯代對苯 二酚、4-4'二氟二苯酮的摩爾比為0.10?0.90 : 0.90?0.10 : 1，最優摩爾比為0.80? 0. 40 : 0.20?0.60 : 1;配方2由對苯二酚、4-f二氟二苯酮、以及4-苯乙炔苯代對苯 二酚單體聚合而成。其中對苯二酚、4-苯乙炔苯代對苯二酚、4-4'二氟二苯酮的摩爾比為 0.10 ?0.90 : 0.90 ?0.10 : 1，最優摩爾比為 0.80 ?0.50 : 0.20 ?0.50 : 1。
[0011] 所述的含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物，結構式為
【權利要求】
1. 一種含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料，其特徵在於，由含有苯乙 炔側基的聚醚醚酮聚合物和連續碳纖維組成；按質量計算，連續碳纖維佔20%?80%，其 餘是含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物。
2. 如權利要求1所述的一種含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料，其特 徵在於，所述的連續碳纖維，是聚丙烯腈基碳纖維、粘膠基碳纖維或浙青基碳纖維，碳纖維 束為 1K、3K、6K、12K 或 24K。
3. 如權利要求1或2所述的一種含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料， 其特徵在於，所述的連續碳纖維，在含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料中 的質量含量為50 %?70%。
4. 如權利要求1所述的一種含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料，其特 徵在於，所述的含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物，結構式為
其中 X+Y = 1，X = 0? 10 ?0? 90。
5. -種權利要求1的含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料的製備方法， 分為配置膠液、製備碳纖維/聚合物預浸帶和模壓成型的過程； 所述的配置膠液過程，是將間苯二酚或對苯二酚、4-苯乙炔苯代對苯二酚、4-4'二 氟二苯酮按摩爾比為0.1?0.9 : 0.9?0.1 : 1溶於氯仿，配置得到粘度範圍在50? 500mpa*s的膠液； 所述的製備碳纖維/聚合物預浸帶過程，是使用預浸料排布機，將連續碳纖維經過浸 膠槽、除膠輥、最後由收集輥收集，製備出碳纖維/聚合物預浸帶，放置陰乾；其中，預浸料 排布機的牽引張力範圍2?15N、牽引速度範圍5?25m/min ; 所述的壓模成型過程，是將碳纖維/聚合物預浸帶鋪層放入模具中，置於熱壓機上，升 溫至預壓溫度230?270°C靜置15?60min ;再升溫至加壓溫度350?380°C，加壓至0. 6? 2. OMPa，保溫保壓60?90min ;冷卻後開啟模具得到含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳 纖維複合材料。
6. 如權利要求5所述的含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料的製備方 法，其特徵在於，在配置膠液的過程中，間苯二酚、4-苯乙炔苯代對苯二酚、4-4'二氟二苯 酮的摩爾比為0.80?0.40 : 0.20?0.60 : 1;對苯二酚、4-苯乙炔苯代對苯二酚、4-4' 二氟二苯酮的摩爾比為〇. 80?0. 50 : 0. 20?0. 50 : 1 ;所述的膠液，粘度範圍為60? 80mpa*s〇
7. 如權利要求5或6所述的含有苯乙炔側基的聚醚醚酮聚合物碳纖維複合材料的製備 方法，其特徵在於，在壓模成型過程中，在預壓溫度230?240°C下靜置15?30min ;再升至 加壓溫度360?370°C，加壓至1. 0?1. 5MPa，保溫保壓60min。
【文檔編號】C08G8/02GK104277414SQ201410617461
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年11月2日 優先權日:2014年11月2日
【發明者】張雲鶴, 姜振華, 陶巍, 張吉亮 申請人:吉林大學