一种改性碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料制备技术领域，具体设及到一种改性碳纤维增强聚酸酸酬 (PEEK)复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚酸酸酬（P邸K)树脂是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相 比具有更多显著优势，耐正高溫260°C、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐 剥离性、耐磨性、抗福射等，超强的机械性能使其可用于高端的机械、汽车、核工程和航空等 领域。因此，聚酸酸酬（PEEK)树脂是复合材料领域优选的高端树脂之一。
[0003] 碳纤维是目前最常用的高性能树脂基复合材料增强体，具有低密度，高比强度、高 比模量、耐高溫、耐化学腐蚀W及热膨胀系数小等优点。碳纤维复合材料也被广泛应用于航 空航天、军事、机械、高性能运动器材等方面，效果为世人所瞩目。
[0004] 由于碳纤维表面平滑、活性官能团少、表而能低，呈现表面化学惰性，与树脂基体 浸润性差，使得复合材料界面粘合力较弱，严重地影响了复合材料整体优异性能的发挥；目 前，碳纤维表面改性的方法主要包括液相氧化法、气相氧化法、等离子氧化、接枝、高能射线 福照法等。运些方法通常会对碳纤维的表面结构造成一定的破坏，导致纤维本体强度有一 定的下降；同时运些方法也有产能小，不能连续生产，污染严重等缺点。
【发明内容】
阳〇化]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改性碳纤维增强聚酸酸酬 (PEEK)复合材料的制备方法。
[0006] 本发明的目的通过W下技术方案来实现：
[0007] 本发明的目的在于提供一种改性碳纤维增强聚酸酸酬（PEEK)复合材料的制备方 法，包括：
[000引 （1)碳纤维的表面活化
[0009]W有机溶剂作为提取液，在溫度为75°C-85°C的条件下，将碳纤维丝束浸润在提 取液中，机械揽拌和/或超声2-化，然后过滤烘干得去胶碳纤维；
[0010] 将去胶碳纤维浸润在水/对苯二胺混合液中，机械揽拌并加热至60°c-90°c，然后 在揽拌条件下，缓慢加入亚硝酸异戊醋，完成后继续在60-90°C条件下揽拌12-2地，过滤冲 洗得苯胺活化的碳纤维；
[0011] (2)碳纤维表面负载纳米粒子
[0012] 将碳纳米粒子通过超声的方法分散在水中，将苯胺活化的碳纤维浸润在碳纳米粒 子的分散液中，加热至60-9(TC并在揽拌的条件下，缓慢加入亚硝酸异戊醋，并在60-9(TC 的条件下揽拌12-24h，过滤清洗得表面负载纳米粒子的碳纤维；
[0013] (3)改性碳纤维增强聚酸酸酬的制备
[0014] 按如下重量份选取原料：
[0015] 聚酸酸酬55-85份；
[0016] 改性碳纤维10-40份；
[0017] 加工助剂1-5份；
[0018] 将聚酸酸酬与加工助剂混合均匀，得混合原料；然后将混合原料和改性碳纤维分 别从主喂料口、侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，经烙融挤出，造粒，获得所述改性碳纤维 增强聚酸酸酬复合材料。
[0019] 步骤（1)中所述的提取液选自丙酬、乙醇、石油酸、N'N-二甲基甲酯胺中的一种或 几种的混合溶液。
[0020] 步骤（1)中所述的水/对苯二胺混合液中对苯二胺的质量分数为1-3% ;亚硝酸 异戊醋与对苯二胺的摩尔比为1-3:3 ;去胶碳纤维的质量与水/对苯二胺混合液的体积比 为l-lOg:500ml。
[0021] 步骤（2)中所述的碳纳米粒子选自碳纳米管、石墨締、氧化石墨締、碳纳米纤维 中的一种或几种的混合物，碳纳米粒子、苯胺活化的碳纤维及亚硝酸异戊醋的质量比为 1-3:100:0. 5-1. 5 ;碳纳米粒子的分散液的浓度为0.I-Ig:500ml。
[00巧步骤做中所述的加工助剂选自阻燃剂、增初剂、导电剂、抗氧化剂、光稳定剂、润 滑剂、着色剂、成核剂、抗静电剂、填料中的一种或几种。
[0023] 步骤（3)中所述的双螺杆挤出机加热区前段溫度为310-330°C，中段溫度为 340-370°C，末端溫度为 330-360°C，转速为 150-300巧m。
[0024] 本发明提出的改性碳纤维增强聚酸酸酬牌EK)复合材料的制备方法W重氮盐反 应对碳纤维表面进行活化，在碳纤维表面接枝苯胺分子链。再在催化剂的作用下，通过化学 接枝的方法将功能化纳米粒子负载在碳纤维表面。之后，采用双螺杆挤出机对改性碳纤维 及聚酸酸酬（PEEK)进行挤出造粒。重氮盐反应在不大幅影响碳纤维本体强度的前提下，增 加了碳纤维的表面活性点，并改善了碳纤维与PEEK树脂的浸润性。通过表面活性点作为错 点，将功能化纳米粒子负载在碳纤维表面，增强纤维与树脂的机械结合能力，最终有效提高 复合材料的拉伸、冲击、弯曲及层间剪切等机械性能。
[00巧]与现有技术相比，本发明的积极效果如下：
[00%] 1)采用重氮盐反应活化碳纤维，并将碳纳米粒子负载在碳纤维表面，提高了碳纤 维表面活性，改善了纤维与树脂间的浸润性，并不会大幅降低碳纤维本体强度；
[0027] 2)改性碳纤维与PEEK树脂间有较好的机械结合力，能有效提高复合材料的拉伸 等力学性能。
【附图说明】
[00測图1为碳纤维SEM图，其中，（a)原始碳纤维、化）去胶碳纤维、（C)苯胺活化碳纤 维、（d)不同浓度苯胺活化碳纤维、（e)负载石墨締碳纤维，（f)负载碳纳米管碳纤维。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，运些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可W对本发明作各种改动或修改，运些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。 阳〇3〇] 实施例1
[0031] (1)碳纤维的表面活化
[0032]W丙酬作为提取液，加热至80°C，将碳纤维丝束浸润在提取液中，超声化，并机械 揽拌化，之后过滤并用大量去离子水冲洗，烘干可得去胶碳纤维；
[0033] 将100g去胶后的碳纤维浸润在化的质量分数为1. 5%的水/对苯二胺混合液中 (对苯二胺0. 69mol)，加热至80°C，并机械揽拌。在揽拌条件下，缓慢加入40g(0. 345mol) 亚硝酸异戊醋。完成后继续在80°C条件下揽拌12h，过滤并用大量去离子水冲洗得到苯胺 活化的碳纤维；
[0034] (2)碳纤维表面负载纳米粒子
[0035] 将Ig石墨締通过超声的方法分散在化水中，将100g苯胺活化碳纤维浸润在石墨 締的分散液中，加热至8(TC并在揽拌的条件下，缓慢加入0. 5g的亚硝酸异戊醋，并在8(TC 的条件下揽拌12h，过滤清洗得到表面负载石墨締的碳纤维。
[0036] (3)改性碳纤维增强聚酸酸酬牌邸）的制备
[0037] 按如下重量份选取原料：
[0038] 聚酸酸酬牌EK) :85份；
[0039] 改性碳纤维：10份；
[0040] 加工助剂：5份；
[0041] 将聚酸酸酬（P邸K)与加工助剂混合均匀，得混合原料；将混合原料和改性碳纤维 分别经主料口和强制侧喂料口加入双螺杆挤出机中，经烙融挤出，造粒，获得改性碳纤维增 强聚酸酸酬（PEEK)复合材料。
[0042] 加工助剂包含：阻燃剂1份、抗氧化剂1份、润滑剂1份、填料2份