基于氧化石墨烯的增韧填料及其制备方法和在改性聚醚醚酮中的应用

本发明属于聚醚醚酮树脂改性填料领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯的增韧填料及其制备方法和在改性聚醚醚酮中的应用。

背景技术：

1、聚醚醚酮(peek)具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射、高强度、绝缘性稳定、高断裂韧性、易加工等优异性能，在机械、医疗、核电、石油化工、航空航天、电子信息等领域得到广泛应用。但是其玻璃化转变温度较低，热变形温度偏低，加工困难，制备成本较高，纯的peek树脂还是难以满足不同的使用条件和使用要求。因此，通过对peek树脂进行改性制备综合性能优异的复合材料势在必行。

2、目前对peek的改性有纤维增强改性、共混改性、填充改性等方法，可以进一步增强peek的力学性能、热性能及摩擦性能，降低材料成本，扩大材料的适用范围。氧化石墨烯是一种具有高度结晶度和优异力学性能的二维材料，具有高强度、高模量和高导热性等特点。将氧化石墨烯添加到聚醚醚酮树脂中可以提高其力学性能，如强度、刚度和耐磨性。但由于氧化石墨烯材料自身的缺点，导致氧化石墨烯增强聚醚醚酮复合材料在韧性上的不足，且无机纳米材料因晶面间距小发生团聚，对树脂增韧具有局限性，此外，现有增韧填料在增韧的同时会降低材料原本的强度和耐热性，无法满足聚醚醚酮材料对强韧及耐高温的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有无机纳米填料易团聚，以及增韧同时会导致材料自身强度和耐热性的下降，使复合材料无法兼顾强韧性和耐高温性能的技术问题，而提供一种基于氧化石墨烯的增韧填料及其制备方法和在改性聚醚醚酮中的应用。

2、本发明的目的之一在于提供一种基于氧化石墨烯的增韧填料，所述增韧填料由氧化石墨烯和甲壳素酯化而成。

3、进一步限定，氧化石墨烯和甲壳素的质量比1：(8-12)。

4、本发明的目的之二在于提供一种基于氧化石墨烯的增韧填料的制备方法，所述增韧填料的制备方法按以下步骤进行：

5、将甲壳素(chitin)粉末、氧化石墨烯(go)、n,n-二环己基碳二亚胺(dcc)和4-二甲胺基吡啶(dmap)在n，n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液中搅拌混合均匀，然后进行酯化反应，反应结束后，醇沉、洗涤、干燥，得到基于氧化石墨烯的增韧填料，简写为go-chitin。

6、进一步限定，甲壳素(chitin)与n,n-二环己基碳二亚胺(dcc)和4-二甲胺基吡啶(dmap)的质量比为1：(4-4.5)：(0.5-0.7)。

7、进一步限定，甲壳素(chitin)与n，n-二甲基甲酰胺(dmf)的比例为1g：(8-12)ml。

8、进一步限定，酯化反应温度为30-50℃，时间为64-72h。

9、进一步限定，干燥温度为60-80℃，时间为8-12h。

10、本发明的目的之三在于提供一种上述基于氧化石墨烯的增韧填料在改性聚醚醚酮中的应用，过程如下：

11、将基于氧化石墨烯的增韧填料加入到聚醚醚酮树脂粉末中混合研磨，然后通过冷压热成型，制备得到兼具高强韧和耐高温性的聚醚醚酮复合材料，简写为go-chitin/peek。

12、进一步限定，聚醚醚酮复合材料中基于氧化石墨烯的增韧填料的含量为0.8-1.2wt.％。

13、进一步限定，冷压压力为3-6mpa，时间为3-5min。

14、进一步限定，热成型温度为390-400℃，保温30-40min。

15、更进一步限定，热成型保温结束后，让模具随烘箱冷却，当烘箱温度降至140-160℃后开箱，使模具自然冷却至室温。

16、本发明的目的之四在于提供一种上述应用获得的聚醚醚酮复合材料，所述聚醚醚酮复合材料的拉伸强度＞90mpa，拉伸断裂吸收能＞400j/m3，800℃残留量＞50％。

17、本发明与现有技术相比具有的显著效果：

18、本发明提出一种氧化石墨烯接枝甲壳素的有机-无机复合增韧填料，并将其用于增韧聚醚醚酮复合材料，在聚醚醚酮和氧化石墨烯之间构建有机大分子链作为力的传递界面，一方面在不降低聚醚醚酮原本强度和耐热性的同时提高了韧性，另一方面氧化石墨烯表面甲壳素的接枝提高了go的晶面间距，既提高了材料韧性，又有效避免了氧化石墨烯的团聚现象。

技术特征：

1.一种基于氧化石墨烯的增韧填料，其特征在于，所述增韧填料由氧化石墨烯和甲壳素酯化而成。

2.根据权利要求1所述的增韧填料，其特征在于，氧化石墨烯和甲壳素的质量比1：(8-12)。

3.权利要求1或2所述的基于氧化石墨烯的增韧填料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，甲壳素与dcc和dmap的质量比为1：(4-4.5)：(0.5-0.7)，甲壳素与dmf的比例为1g：(8-12)ml。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，酯化反应温度为30-50℃，时间为64-72h。

6.权利要求1或2所述的基于氧化石墨烯的增韧填料在改性聚醚醚酮中的应用，其特征在于，过程如下：

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，聚醚醚酮复合材料中基于氧化石墨烯的增韧填料的含量为0.8-1.2wt.％。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，冷压压力为3-6mpa，时间为3-5min，热成型温度为390-400℃，保温30-40min。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，热成型保温结束后，让模具随烘箱冷却，当烘箱温度降至140-160℃后开箱，使模具自然冷却至室温。

10.权利要求6-9任一项所述的应用获得的聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述聚醚醚酮复合材料的拉伸强度＞90mpa，拉伸断裂吸收能>400j/m3，800℃残留量＞50％。

技术总结
基于氧化石墨烯的增韧填料及其制备方法和在改性聚醚醚酮中的应用。本发明属于聚醚醚酮树脂改性填料领域。本发明的目的是为了解决现有无机纳米填料易团聚，以及增韧同时会导致材料自身强度和耐热性的下降，使复合材料无法兼顾强韧性和耐高温性能的技术问题。本发明的增韧填料由氧化石墨烯和甲壳素酯化而成。本发明以氧化石墨烯接枝甲壳素形成有机‑无机复合材料作为增韧填料，将其用于增韧聚醚醚酮，在聚醚醚酮和氧化石墨烯之间构建有机大分子链作为力的传递界面，一方面在不降低聚醚醚酮原本强度和耐热性的同时提高了韧性，另一方面氧化石墨烯表面甲壳素的接枝提高了GO的晶面间距，既提高了材料韧性，又有效避免了氧化石墨烯的团聚。

技术研发人员：张东兴,张洪岩,李英泽,姜乃煜,周楠,肖海英,贾近,邹晓虎
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31