一种改性PEEK基上浆剂及其制备和其在碳纤维/环氧树脂复合材料制备中的应用制造技术

一种改性PEEK基上浆剂及其制备和其在碳纤维/环氧树脂复合材料制备中的应用。本发明专利技术属于纳米材料改性碳纤维技术领域。本发明专利技术的目的是为了解决目前现有PEEK基上浆剂无法有效提高碳纤维/环氧树脂复合材料中纤维与基体间界面结合强度以及由于CNTs易团聚而导致CNTs增强的碳纤维/环氧树脂复合材料力学和电学性能不高的技术问题。本发明专利技术的改性PEEK基上浆剂以DMF为溶剂，以CNTs/MXenes

【技术实现步骤摘要】
一种改性PEEK基上浆剂及其制备和其在碳纤维/环氧树脂复合材料制备中的应用


[0001]本专利技术属于纳米材料改性碳纤维
，具体涉及一种改性PEEK基上浆剂及其制备和其在碳纤维/环氧树脂复合材料制备中的应用。

技术介绍

[0002]碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRECs)因其具有轻质、优异的力学性能以及耐腐蚀性能等优势，被广泛应用在航空航天、铁路、汽车和风力发电等多个领域。但由于碳纤维(CFs) 光滑的石墨表面和稳定的非极性结构，从而导致树脂基体与CFs的界面结合较差，因此改性 CFs，改善纤维与基体之间的界面结合效果受到人们的广泛研究。针对CFs表面的改性，增强纤维与基体之间的界面附着力，提出了很多策略，包括电化学氧化、等离子体处理、化学接枝、上浆等，其中上浆是一种既经济高效又可控的方法，在纤维表面上浆不仅可以改善纤维表面的润湿性，通过“桥状”连接强化界面相互作用，还可以引入官能团，在界面处提供良好的化学键合，同时又不会对碳纤维造成损害。
[0003]聚醚醚酮(PEEK)因其具有优异的机械性能，良好的热稳定性和耐化学腐蚀等性能，是作为上浆基体，增强复合材料的理想选择。然而，由于PEEK表面呈化学惰性，PEEK难以充分浸润CFs表面，导致CFs与PEEK之间的粘接强度较低，使得力学性能达不到理想效果。在纳米技术快速发展的时代，纳米粒子的掺入在提高复合材料中纤维与基体的粘附性方面取得了进展，改善了界面处的化学相互作用。因此，将纳米粒子和聚合物溶液结合作为复合施胶剂，促进CFs和树脂基体的界面粘附是最有效的方法之一。碳纳米管(CNTs)具有较高的比表面积、优异的机械、电学和光学性能，被广泛应用于复合材料的增强材料中。但 CNTs由于高比表面积，容易出现团聚分散不均匀等问题，使得所获得的复合材料力学、电学性能达不到理想效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决目前现有PEEK基上浆剂无法有效提高碳纤维/环氧树脂复合材料中纤维与基体间界面结合强度以及由于CNTs易团聚而导致CNTs增强的碳纤维/环氧树脂复合材料力学和电学性能不高的技术问题，而提供了一种改性PEEK基上浆剂及其制备和其在碳纤维/环氧树脂复合材料制备中的应用。
[0005]本专利技术的一种改性PEEK基上浆剂以DMF为溶剂，以CNTs/MXenes
‑
PEEK复合物为溶质。
[0006]进一步限定，上浆剂的浓度为0.1g/mL～1g/mL。
[0007]进一步限定，CNTs/MXenes
‑
PEEK复合物以HATU为缩合剂，由PEEK
‑
COOH、 MXenes
‑
NH2和CNTs
‑
NH2经缩合反应制得，CNTs
‑
NH2、MXenes
‑
NH2、PEEK
‑
COOH的质量比为(0.05～0.15)：(0.05～0.15)：2，缩合剂与PEEK
‑
COOH的质量比为(0.1～0.3)：2。
[0008]进一步限定，所述PEEK
‑
COOH的制备如下：
[0009]步骤1：将PEEK和NaBH4按5：1的比例加入到200mL DMSO溶液中，120℃下加热 20h，然后真空抽滤到聚四氟乙烯微孔滤膜上，干燥后，得到PEEK
‑
OH粉末；
[0010]步骤2：将PEEK
‑
OH粉末和甘氨酸按1：1的比例放入到40mL醋酸溶液中，室温搅拌 24h，然后真空抽滤到聚四氟乙烯微孔滤膜上，干燥后，得到PEEK
‑
COOH粉末。
[0011]本专利技术的一种改性PEEK基上浆剂的制备方法按以下步骤进行：
[0012]步骤1：将PEEK
‑
COOH、MXenes
‑
NH2和CNTs
‑
NH2加入到DMF溶液中，然后加入 HATU，超声分散0.5h～1.5h后，机械搅拌20h～24h，得到CNTs/MXenes
‑
PEEK悬浮液；
[0013]步骤2：将步骤1得到的悬浮液采用真空抽滤的方式，沉积于聚四氟乙烯微孔滤膜上，干燥后，得到CNTs/MXenes
‑
PEEK粉末；
[0014]步骤3：将步骤2得到的粉末分散至DMF溶液中，室温下磁力搅拌，得到改性PEEK 基上浆剂。
[0015]进一步限定，步骤1中PEEK
‑
COOH的质量与DMF的体积的比为2g：(20～40)mL。
[0016]进一步限定，步骤2中聚四氟乙烯微孔滤膜的孔径为0.45μm，步骤2中干燥温度为 50～70℃，时间为20h～24h。
[0017]进一步限定，步骤3中磁力搅拌的转速为400r/min～600r/min，时间为20h～24h。
[0018]本专利技术的一种改性PEEK基上浆剂在碳纤维/环氧树脂复合材料制备中的应用，具体步骤如下：
[0019]步骤1：将碳纤维织物置于改性PEEK基上浆剂中震荡浸渍，然后烘干，得到改性CF 织物薄膜；
[0020]步骤2：将多层改性CF织物薄膜叠放，并逐层浇铸树脂，得到复合材料前体；
[0021]步骤3：对复合材料前体进行排泡处理，然后先低温烘干，再中温烘干，得到MXenes/CNTs 增强碳纤维/环氧树脂复合材料。
[0022]进一步限定，步骤2中复合材料前体中每层树脂层厚0.4mm～0.6mm。
[0023]进一步限定，步骤3中抽真空30min进行排泡，步骤3中低温烘干的温度为70～90℃，时间为1.5h～2.5h，中温烘干的温度为110～120℃，时间为3.5h～4.5h。
[0024]本专利技术与现有技术相比具有的优点：
[0025]本专利技术采用缩合的方法制备了CNTs/MXenes
‑
PEEK复合物，并以其为溶质，获得了相应的上浆剂，采用震荡上浆的方法，将CNTs/MXenes
‑
PEEK覆盖在碳纤维表面，解决了直接将不同维度的PEEK、CNTs、MXenes共混分散在溶剂中而导致的分散不均匀且团聚的问题，制备出优异性能的PEEK/CNTs/MXenes碳纤维织物，并以其为增强体，环氧树脂为基体制备出具有良好导电性优异力学性能的碳纤维增强环氧复合材料，具体优点如下：
[0026]1)本专利技术采用缩合的方式制得CNTs/MXenes
‑
PEEK复合物，不仅改善了PEEK表面化学惰性，还解决了不同维度的CNTs、MXenes的团聚问题，此外，采用上浆的方式获得的 CNTs/MXenes
‑
PEEK/CF增强环氧复合材料，有利于实现导电/耐热/结构多功能复合材料一体化。
[0027]2)本专利技术的改性PEEK上浆剂对碳纤维实现了均匀全覆盖，显著提高了膜层与纤维基体之间的界面结合强度，既使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性PEEK基上浆剂，其特征在于，该上浆剂以DMF为溶剂，以CNTs/MXenes
‑
PEEK复合物为溶质。2.根据权利要求1所述的一种改性PEEK基上浆剂，其特征在于，上浆剂的浓度为0.1g/mL～1g/mL。3.根据权利要求1所述的一种改性PEEK基上浆剂，其特征在于，CNTs/MXenes
‑
PEEK复合物以HATU为缩合剂，由PEEK
‑
COOH、MXenes
‑
NH2和CNTs
‑
NH2经缩合反应制得，CNTs
‑
NH2、MXenes
‑
NH2、PEEK
‑
COOH的质量比为(0.05～0.15)：(0.05～0.15)：2，缩合剂与PEEK
‑
COOH的质量比为(0.1～0.3)：2。4.根据权利要求3所述的一种改性PEEK基上浆剂，其特征在于，PEEK
‑
COOH的制备如下：步骤1：将PEEK和NaBH4按5：1的比例加入到200mLDMSO溶液中，120℃下加热20h，然后真空抽滤到聚四氟乙烯微孔滤膜上，干燥后，得到PEEK
‑
OH粉末；步骤2：将PEEK
‑
OH粉末和甘氨酸按1：1的比例放入到40mL醋酸溶液中，室温搅拌24h，然后真空抽滤到聚四氟乙烯微孔滤膜上，干燥后，得到PEEK
‑
COOH粉末。5.如权利要求1
‑
4任意一项所述的一种改性PEEK基上浆剂的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：将PEEK

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婷，苏飞艳，王晓东，秦宇婕，乔英杰，张晓红，张丽丽，白成英，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：