一種耐熱型晶須複合材料及其製備方法與流程
2023-10-06 22:39:59 2
本發明涉及複合材料技術領域，尤其涉及一種耐熱型晶須複合材料及其製備方法。
背景技術：
複合材料的研究是近年來非常活躍的科研領域，並有望在未來對社會產生深遠影響。在複合材料眾多的研究方向中，將無機填料引入到聚合物中以獲得顯著的性能提高始終具有重要意義。這些複合材料在機械性能，電性能以及熱性能等方面對聚合物基體有很大的增強，在對機械性能和耐熱性要求較高的船舶汽車，航空航天等領域能夠廣泛應用。有關於這類複合材料更重要的一點是增強體只需要很少的添加量就能夠獲得性能的提升，填料的分散性以及填料和基體之間的相互作用很大程度上決定了材料性能的好壞；
對於複合材料的製備和加工同時面臨著下面幾個問題：無機填料與聚合物基體從化學組成、結構到物化性質都有很大不同，如何使其更好的分散在基體中，並且使兩相有較好界面粘接強度。另外對於材料而言，熔體粘度是一個非常重要的衡量加工難易程度的指標。聚醚醚酮通常在 340°C 開始熔融，而到了 370°C才能夠擁有較好的流動性，無機填料的加入勢必會使熔體粘度增加，而導致加工溫度進一步提高。儘管提高了加工溫度，複合材料的熔體粘度仍維持在一個較高的水平值，這不僅會阻礙正常的生產，降低效率，而且還會縮短加工設備的使用壽命。添加能夠降低熔體粘度的加工助劑是解決該問題的途徑之一；
磺化超支化聚合物擁有高度支化的三維結構，能夠降低分子鏈的纏結，提高分子鏈的運動能力，從而降低熔體粘度，改善材料在加工時的流變性能。超支化聚合物還兼具生產成本低，製備工藝簡單和易於工業化等優點，可以作為聚醚醚酮複合材料的粘度調節劑使用。同時它帶有的磺酸基能夠與碳酸鈣晶鬚髮生相互反應，所以不僅能夠增加晶須與樹脂基體間的相互作用，還能有效地降低複合加工過程中體系的粘度，提高晶須的分散性；
晶須是一種具有較高長徑比的棒狀單晶無機纖維，因其直徑尺寸較小及完善的晶體結構，晶須展示出了較高的力學性能，是提高基體機械性能的有效增強體。但這種無機剛性填料的引入往往使加工時複合材料的熔體粘度增大，這不僅會縮短加工設備的使用壽命，而且還降低生產效率，亟待尋找到加工助劑能夠降低複合材料的熔體粘度。超支化聚合物具有高度支化的樹狀結構，能夠大大降低聚合物分子鏈的纏結，提高聚合物分子鏈的運動能力，降低體系的溶液熔體粘度。
技術實現要素：
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種耐熱型晶須複合材料及其製備方法。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種耐熱型晶須複合材料，它是由下述重量份的原料組成的：
磷酸二氫鋁1-3、鄰苯二甲酸酐2-3、聚丙烯100-130、3-(三氟甲基)二苯酮24-30、對苯二酚7-9、碳酸鈣晶須10-13、碳酸鉀0.4-1、碳酸鈉0.2-0.5、環丁碸100-120、辛基異噻唑啉酮0.4-1、月桂基二甲基氧化胺0.7-1、羥乙基纖維素2-4、三萜皂苷0.3-1、海泡石粉7-10、亞磷酸雙酚A酯1-2、8-羥基喹啉0.1-0.5。
一種所述的耐熱型晶須複合材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）將上述磷酸二氫鋁加入到其重量25-30倍的去離子水中，攪拌均勻，升高溫度為60-67℃，加入上述羥乙基纖維素，保溫攪拌10-20分鐘，得纖維分散液；
（2）將上述3-(三氟甲基)二苯酮、對苯二酚、碳酸鉀、碳酸鈉混合，加入到環丁碸中，通入氮氣，加入上述纖維分散液，在200-220℃下反應8-10小時，加入到去離子水中，靜置3-5小時，抽濾，將濾餅用無水乙醇、去離子水依次洗滌3-4次，在30-40℃下真空乾燥2-3小時，得超支化聚芳醚酮；
（3）取上述鄰苯二甲酸酐，加入到其重量40-51倍的、60-70%的乙醇溶液中，攪拌均勻，加入上述8-羥基喹啉，升高溫度為70-76℃，保溫攪拌10-20分鐘，加入上述三萜皂苷，攪拌至常溫，得醇分散液；
（4）將上述超支化聚芳醚酮加入到其重量10-14倍的、96-98%的硫酸溶液中，通入氮氣，在70-75℃下保溫反應6-8小時，將產物加入到2-3℃的水中，抽濾，水洗至中性，常溫乾燥，得磺化聚芳醚酮；
（5）將上述海泡石粉、碳酸鈣晶須混合，球磨均勻，加入到上述醇分散液中，在60-70℃下保溫攪拌30-40分鐘，過濾，將沉澱與上述月桂基二甲基氧化胺混合，加入到混合料重量5-7倍的二甲基醯胺中，超聲10-20分鐘，得醯胺分散液；
（6）將上述磺化聚芳醚酮加入到其重量27-30倍的二甲基醯胺中，攪拌均勻，加入上述醯胺分散液，在80-85℃下保溫100-120分鐘，通入氮氣，恆溫攪拌4-5小時，加入上述，攪拌均勻，抽濾，將濾餅用二甲基醯胺洗滌3-4次，在120-130℃下真空乾燥20-30小時，得磺化聚合物改性碳酸鈣；
（7）將上述磺化聚合物改性碳酸鈣與剩餘各原料混合，攪拌均勻，送入擠出機，熔融擠出，冷卻，即得。
本發明的優點是：
本發明採用磺化處理使改性劑分子鏈上接枝的磺酸基，能夠與碳酸鈣晶須產生相互作用，從而使填料與基體結合得更為緊密，在受到應力作用時，界面能夠很好地傳遞應力給碳酸鈣晶須，使晶須消耗掉大部分的作用力，因而有效地提高了材料的力學性能，而超支化聚芳醚酮的超支化結構改善了複合材料的加工性能，聚合物基體分子鏈提供了有效的解纏結，降低了複合材料的熔體粘度，有利於聚合物分子鏈的運動，增強了兩相間的界面相互作用，另外能夠更有利於填料在基體中均勻分散，避免了晶須聚集、堆積和結塊，有助於改善複合材料的流變性能，提高成品材料的力學性能。本發明加入的亞磷酸雙酚A酯、磷酸二氫鋁等，可以有效的提高成品複合材料的耐熱穩定性，提高成品的綜合性能。
具體實施方式
一種耐熱型晶須複合材料，它是由下述重量份的原料組成的：
磷酸二氫鋁1、鄰苯二甲酸酐2、聚丙烯100、3(三氟甲基)二苯酮24、對苯二酚7、碳酸鈣晶須10、碳酸鉀0.4、碳酸鈉0.2、環丁碸100、辛基異噻唑啉酮0.4、月桂基二甲基氧化胺0.7、羥乙基纖維素2、三萜皂苷0.3、海泡石粉7、亞磷酸雙酚A酯1、8-羥基喹啉0.1。
一種所述的耐熱型晶須複合材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）將上述磷酸二氫鋁加入到其重量25倍的去離子水中，攪拌均勻，升高溫度為60℃，加入上述羥乙基纖維素，保溫攪拌10分鐘，得纖維分散液；
（2）將上述3(三氟甲基)二苯酮、對苯二酚、碳酸鉀、碳酸鈉混合，加入到環丁碸中，通入氮氣，加入上述纖維分散液，在200℃下反應8小時，加入到去離子水中，靜置3小時，抽濾，將濾餅用無水乙醇、去離子水依次洗滌3次，在30℃下真空乾燥2小時，得超支化聚芳醚酮；
（3）取上述鄰苯二甲酸酐，加入到其重量40倍的、60%的乙醇溶液中，攪拌均勻，加入上述8羥基喹啉，升高溫度為70℃，保溫攪拌10分鐘，加入上述三萜皂苷，攪拌至常溫，得醇分散液；
（4）將上述超支化聚芳醚酮加入到其重量10倍的、96%的硫酸溶液中，通入氮氣，在70℃下保溫反應6小時，將產物加入到2℃的水中，抽濾，水洗至中性，常溫乾燥，得磺化聚芳醚酮；
（5）將上述海泡石粉、碳酸鈣晶須混合，球磨均勻，加入到上述醇分散液中，在60℃下保溫攪拌30分鐘，過濾，將沉澱與上述月桂基二甲基氧化胺混合，加入到混合料重量5倍的二甲基醯胺中，超聲10分鐘，得醯胺分散液；
（6）將上述磺化聚芳醚酮加入到其重量27倍的二甲基醯胺中，攪拌均勻，加入上述醯胺分散液，在80℃下保溫100分鐘，通入氮氣，恆溫攪拌4小時，加入上述，攪拌均勻，抽濾，將濾餅用二甲基醯胺洗滌3次，在120℃下真空乾燥20小時，得磺化聚合物改性碳酸鈣；
（7）將上述磺化聚合物改性碳酸鈣與剩餘各原料混合，攪拌均勻，送入擠出機，熔融擠出，冷卻，即得。
性能測試：
拉伸強度32.2MPa；
斷裂伸長率303%。