本發(fā)明屬于塑料改性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚醚醚酮(PEEK)主鏈含有大量的酮鍵、醚鍵，賦予PEEK優(yōu)良的剛性和柔性，良的柔性，尤其是對交變應(yīng)力具有良好的抗疲勞性。PEEK分子結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性以及高機械強度，耐高溫性能超過PPS、PTFE、PI等特種塑料，廣泛用于機械、石油、化工、核電、軌道交通、電子和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。PEEK樹脂存在流動性差，以及原材料價格昂貴，限制了PEEK在民用企業(yè)中的應(yīng)用。
目前，市面上的PEEK主要以填充、共混、增強等改性方法提高PEEK制品的精度、耐熱、耐摩擦、抗沖擊、抗疲勞。例如PEEK與PEK合金材料可提高力學(xué)性能，阻燃達到5VA，改善了PEEK合金材料的注塑成型工藝，但其生產(chǎn)成本沒有明顯降低。碳纖維可提高PEEK復(fù)合材料硬度、剛性、尺寸穩(wěn)定性，中國專利號CN103073841A公開的玻璃纖維增強PEEK，增強材料耐老化、耐蠕變、耐化學(xué)性顯著提高，但纖維增強導(dǎo)致PEEK增強材料各向收縮率差異，注塑制件存在翹曲的風(fēng)險，碳纖維相對于玻璃纖維增強材料的抗翹曲能力強、比重小，但碳纖維增強PEEK的成本遠高于玻璃纖維。礦物可提高PEEK復(fù)合材料的抗翹曲能力，提高材料的耐熱性、耐化學(xué)性、流動性，但礦物填充導(dǎo)致PEEK力學(xué)性能顯著降低。中國專利號CN 104403265A公開的PEEK/粉煤灰空心微珠/玻璃纖維復(fù)合材料制備方法，該復(fù)合材料具有力學(xué)性能優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性佳，但粉煤灰篩選獲得的空心微珠粒徑分布較寬，粒徑和比例不均勻，存在不規(guī)則雜質(zhì)，甚至粗顆粒，降低復(fù)合材料的硬度，甚至造成模具損傷。
針對PEEK復(fù)合材料研究現(xiàn)狀，相對于粉煤灰空心微珠，高嶺土具有粒徑分布均勻，外觀規(guī)整，填充改性的PEEK具有優(yōu)良的耐熱性、耐磨性、抗沖擊 性和抗翹曲性，而適量的玻璃纖維可彌補礦物填充引起的力學(xué)性能損毀，也保證了復(fù)合材料注塑所需的流動要求，注塑產(chǎn)品的抗翹曲能力。因此，從根本上解決了PEEK的流動性差和生產(chǎn)成本高等問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有的PEEK的流動性差和生產(chǎn)成本高等問題。
本發(fā)明目的是采用玻璃纖維、高嶺土對高性能PEEK材料進行改性，PEEK與高嶺土、PEEK與玻璃纖維相界面間的界面作用力，改善了PEEK復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性，提高其抗翹曲性、抗沖擊性，降低PEEK生產(chǎn)成本。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一方面，提供了一種力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、抗翹曲性及抗沖擊性較強且PEEK生產(chǎn)成本較低的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成：
進一步地，所述相容劑為接枝率為0.5％～1.0％的POE-g-GMA、SEBS-g-GMA或丙烯酸正丁酯-縮水甘油酯。
進一步地，所述高嶺土和所述玻璃纖維均經(jīng)過偶聯(lián)劑活化處理的填料和纖維，增強與所述PEEK相界面間結(jié)合力。
進一步地，所述抗氧劑為β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯、((N，N(3，5)-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰)已二胺或亞磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯中一種或幾種混合物。
進一步地，所述熱穩(wěn)定劑為N-苯烯接枝馬來酰亞胺、有機銅鹽、受阻酚類或磷酸酯類中一種或幾種混合物。
進一步地，所述潤滑劑為聚硅氧烷、長鏈不飽和脂肪酸鹽、N.N-亞乙基雙硬脂酸酰胺或乙烯硬脂酰胺中一種或幾種混合物。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料制備方法，包括步驟：
(1)稱取配方組分
按照權(quán)利要求1所述的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料配方分別稱取PEEK、相容劑、硅烷偶聯(lián)劑、高嶺土、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑及玻璃纖維；
(2)制備混合物
將步驟(1)中稱取的所述PPEEK、相容劑、硅烷偶聯(lián)劑、高嶺土、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑及玻璃纖維加入高混機中高速混合2-10分鐘，得到混合物；
(3)熔融擠出
將步驟(2)中得到的混合物由主喂料系統(tǒng)加入嚙合同向雙螺桿擠出機中，將玻璃纖維通過排氣口加入，經(jīng)熔融反應(yīng)、擠出、冷卻、切粒、干燥、獲得注塑原料成品。雙螺桿擠出機的工藝參數(shù)如下：一區(qū)溫度200～240℃；二區(qū)溫度280～320℃；三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)溫度均為300～340℃；六區(qū)、七區(qū)、八區(qū)、九區(qū)溫度均為305～345℃；模頭溫度330～360℃；機頭模壓為10～13MPa；雙螺桿長徑比為25～40；塑料在擠出機中停留時間為2～3min。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料以PEEK為主料，采用玻璃纖維、高嶺土填充對PEEK進行改性，PEEK與高嶺土、PEEK與玻璃纖維相界面結(jié)合力，改善了PEEK復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性，提高了PEEK抗翹曲性、抗沖擊性，降低PEEK生產(chǎn)成本。
另外，本發(fā)明采用平行同向雙螺桿擠出機制備，具有操作簡單、成本低廉、生產(chǎn)效益高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施方式
下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
本發(fā)明目的是采用玻璃纖維、高嶺土對高性能PEEK材料進行改性，PEEK 與高嶺土、PEEK與玻璃纖維相界面間的界面作用力，改善了PEEK復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性，提高其抗翹曲性、抗沖擊性，降低PEEK生產(chǎn)成本。
本發(fā)明實施例提供一種力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、抗翹曲性及抗沖擊性較強且PEEK生產(chǎn)成本較低的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成：
進一步地，所述相容劑為接枝率為0.5％～1.0％的POE-g-GMA、SEBS-g-GMA或丙烯酸正丁酯-縮水甘油酯，以增強PEEK與玻璃纖維相界面相容性，提高PEEK與玻璃纖維相界面的結(jié)合效果，實現(xiàn)體系中各組分的均勻混合。
進一步地，所述高嶺土和所述玻璃纖維均經(jīng)過偶聯(lián)劑活化處理的填料和纖維，增強與所述PEEK相界面間結(jié)合力。
進一步地，所述抗氧劑為β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯、((N，N(3，5)-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰)已二胺或亞磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯中一種或幾種混合物。
進一步地，所述熱穩(wěn)定劑為N-苯烯接枝馬來酰亞胺、有機銅鹽、受阻酚類或磷酸酯類中一種或幾種混合物。
進一步地，所述潤滑劑為聚硅氧烷、長鏈不飽和脂肪酸鹽、N.N-亞乙基雙硬脂酸酰胺或乙烯硬脂酰胺中一種或幾種混合物。
本發(fā)明PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料以PEEK為主料，采用玻璃纖維、高嶺土填充對PEEK進行改性，PEEK與高嶺土、PEEK與玻璃纖維相界面結(jié)合力，改善了PEEK復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性，提高了PEEK 抗翹曲性、抗沖擊性，降低PEEK生產(chǎn)成本。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料制備方法，包括步驟：
(1)稱取配方組分
按照權(quán)利要求1所述的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料配方分別稱取PEEK、相容劑、硅烷偶聯(lián)劑、高嶺土、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑及玻璃纖維；
(2)制備混合物
將步驟(1)中稱取的所述PPEEK、相容劑、硅烷偶聯(lián)劑、高嶺土、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑及玻璃纖維加入高混機中高速混合2-10分鐘，得到混合物；
(3)熔融擠出
將步驟(2)中得到的混合物由主喂料系統(tǒng)加入嚙合同向雙螺桿擠出機中，將玻璃纖維通過排氣口加入，經(jīng)熔融反應(yīng)、擠出、冷卻、切粒、干燥、獲得注塑原料成品。雙螺桿擠出機的工藝參數(shù)如下：一區(qū)溫度200～240℃；二區(qū)溫度280～320℃；三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)溫度均為300～340℃；六區(qū)、七區(qū)、八區(qū)、九區(qū)溫度均為305～345℃；模頭溫度330～360℃；機頭模壓為10～13MPa；雙螺桿長徑比為25～40；塑料在擠出機中停留時間為2～3min。
上述PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料制備方法采用平行同向雙螺桿擠出機制備，只需按配方將各組分混合并在適當?shù)臏囟认氯廴跀D出即可得到產(chǎn)品，在熔融擠出過程中只需控制熔融擠出的溫度和時間即可，具有操作簡單、成本低廉、生產(chǎn)效益高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做一詳細的闡述。
實施例1
該實施例的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成：PEEK 53.6％、相容劑7％、硅烷偶聯(lián)劑0.4％、高嶺土25％、抗氧劑0.3％，熱穩(wěn)定劑0.5％、潤滑劑0.2及及玻璃纖維13％。
其制備方法如下：
(1)稱取配方組分
按照上述的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料配方分別稱取PEEK、相容劑、硅烷偶聯(lián)劑、高嶺土、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑及玻璃纖維；
(2)制備混合物
將步驟(1)中稱取的所述PPEEK、相容劑、硅烷偶聯(lián)劑、高嶺土、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑及玻璃纖維加入高混機中高速混合2-10分鐘，得到混合物；
(3)熔融擠出
將步驟(2)中得到的混合物由主喂料系統(tǒng)加入嚙合同向雙螺桿擠出機中，將玻璃纖維通過排氣口加入，經(jīng)熔融反應(yīng)、擠出、冷卻、切粒、干燥、獲得注塑原料成品。雙螺桿擠出機的工藝參數(shù)如下：一區(qū)溫度200～240℃；二區(qū)溫度280～320℃；三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)溫度均為300～340℃；六區(qū)、七區(qū)、八區(qū)、九區(qū)溫度均為305～345℃；模頭溫度330～360℃；機頭模壓為10～13MPa；雙螺桿長徑比為25～40；塑料在擠出機中停留時間為2～3min。
實施例2
該實施例的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成：PEEK 48.6％、相容劑9％、硅烷偶聯(lián)劑0.4％、高嶺土28％、抗氧劑0.3％，熱穩(wěn)定劑0.5％、潤滑劑0.2％及玻璃纖維13％。
其制備方法與實施例1相同。
實施例3
該實施例的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成：PEEK 57.1％、相容劑8％、硅烷偶聯(lián)劑0.5％、高嶺土22％、抗氧劑0.3％，熱穩(wěn)定劑0.5％、潤滑劑0.3％及玻璃纖維11％。
其制備方法與實施例1相同。
實施例4
該實施例的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成：PEEK 45.2％、相容劑7％、硅烷偶聯(lián)劑0.6％、高嶺土28％、抗氧劑0.4％，熱穩(wěn)定劑0.4％、潤滑劑0.4％及玻璃纖維18％。
其制備方法與實施例1相同。
實施例5
該實施例的PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成：PEEK 55.1％、相容劑3％、硅烷偶聯(lián)劑0.8％、高嶺土22％、抗氧劑0.3％，熱穩(wěn)定劑0.3％、潤滑劑0.3％及玻璃纖維18％。
其制備方法與實施例1相同。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明PEEK/玻璃纖維/高嶺土復(fù)合材料以PEEK為 主料，采用玻璃纖維、高嶺土填充對PEEK進行改性，PEEK與高嶺土、PEEK與玻璃纖維相界面結(jié)合力，改善了PEEK復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性，提高了PEEK抗翹曲性、抗沖擊性，降低PEEK生產(chǎn)成本。
另外，本發(fā)明采用平行同向雙螺桿擠出機制備，具有操作簡單、成本低廉、生產(chǎn)效益高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。