一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法及PEEK基板材技术

本发明专利技术涉及一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法及PEEK基板材，包括如下步骤：S1、配制含PEEK的悬浮液；S2、将碳纤维的丝束展开后进行表面处理，得到预处理碳纤维；S3、将所述预处理碳纤维浸入所述悬浮液中进行浸渍处理，烘干后进行挤压成型，冷却后收卷得到碳纤维增强聚醚醚酮预浸料；PEEK基板材是将所述碳纤维增强PEEK预浸料铺层后模压成型所得。本发明专利技术的板材复合材料机械性能好、耐磨性能优异且成本低廉。成本低廉。成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法及PEEK基板材


[0001]本专利技术涉及碳纤维增强热塑性树脂复合材料
，具体涉及一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法及PEEK基板材。

技术介绍

[0002]碳纤维增强的热塑性树脂基复合材料的比强度和比模量，要比纯工程材料或者短纤维增强的工程塑料性能要高几倍。其与基体相结合制成的复合材料被广泛应用于航空航天、国防军工、高端民用工业、体育用品等诸多领域。
[0003]聚醚醚酮(PEEK)由于大分子链上含有刚性的苯环、柔性的醚键、用于提高分子间作用力的羰基以及规整的结构，使其成为一种半结晶性芳香族热塑性特种工程塑料。与其它传统工程塑料相比，具有优异的综合力学性能、尺寸稳定性、耐热性能、耐化学腐蚀、自润滑性好、耐剥离性、生物相容性、绝缘性好以及易加工成型等诸多优点。正是由于这些优异的特性，使得PEEK在航空航天、军工、汽车、船舶、仪表、医疗等领域得到广泛应用。随着各个领域对材料性能要求的不断提高，其应用领域正在逐步扩大。
[0004]在工业生产或生活中，减摩耐磨材料必不可缺，随着使用要求的提高，树脂基耐磨材料以其独特的优势(质轻、自润滑、易加工等)正蓬勃发展。PEEK良好的自润滑性使其成为一种重要的减摩耐磨材料，在一定负载、滑行速度、温度范围内都能保持较好的耐磨性。因而广泛应用于各种转动和传动装置。但是随着装备使用环境的苛刻，寿命要求的不断提高，对材料的要求也越来越高，纯PEEK树脂难以满足复杂的工况需求。利用连续纤维增强及各种填料对其改性，是提升PEEK树脂摩擦性能、降低成本的重要途径。
[0005]目前连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的现有技术情况如下：申请号为2021114043178的专利技术专利公开了“一种耐高温热塑性复合材料单向预浸带的制备方法”，首先制备树脂溶液，然后在纤维经树脂溶液充分浸润后，进行沉析处理，利用沉析剂将树脂从溶液中沉析出来附着在纤维上，实现溶剂回收和预浸带初步定型，经过烘干、高温定型、冷却收卷，得到纤维增强耐高温热塑性复合材料单向预浸带。
[0006]申请号为2022100802581的专利技术专利公开了“一种高固含量聚醚醚酮水悬浮液及复合纤维的制备方法”，该悬浮液包括分散相PEEK树脂粉末和表面活性剂以及连续相去离子水，固含10
–
40(质量)％；复合纤维包括碳纤维增强PEEK复合纤维，制备方法包括：表面活性剂均匀分散在去离子水中，并用酸溶液或碱溶液调节溶液的pH值为2
–
12，混合溶液逐滴与PEEK树脂粉末混合形成悬浮液，然后将悬浮液涂覆在碳纤维表面，干燥后在热定型装置内恒温静置，冷却后得到。
[0007]申请号为2022101912536的专利技术专利公开了“一种碳纤维
‑
聚芳醚酮复合材料单向预浸带及其制备方法”，先采用两亲性聚氧乙烯衍生物对碳纤维上浆，并在一定的较低温度下对碳纤维丝束进行扩展处理，然后再去除上浆剂，而后再与聚芳醚酮热熔复合，复合后进行辐照处理和再熔处理，进一步增加碳纤维与聚芳醚酮的界面相互作用。
[0008]虽然已经有一些连续碳纤维增强PEEK预浸料或者其他类型的复合材料出现，但是
高机械强度、优异耐磨性的、低成本的连续碳纤维增强PEEK的预浸料或者其它形式的复合材料鲜有。而实际的工业生产中对此类的产品需求迫切，鉴于以上问题，有必要研制出一种高强度、耐摩擦并且低成本的高性能碳纤维增强PEEK预浸料，用于制备各种产品。

技术实现思路

[0009]为了解决上述技术问题，而提供一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法及PEEK基板材。本专利技术的碳纤维增强PEEK预浸料机械性能好、耐磨性能优异且成本低廉。
[0010]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0011]一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法，包括如下步骤：
[0012]S1、配制含PEEK的悬浮液；
[0013]S2、将碳纤维的丝束展开后进行表面处理，得到预处理碳纤维；
[0014]S3、将所述预处理碳纤维浸入所述悬浮液中进行浸渍处理，烘干后进行挤压成型，冷却后收卷得到高性能碳纤维增强PEEK预浸料。
[0015]进一步地，所述悬浮液包括如下重量份数材料：增稠剂0.1
‑
1份、表面活性剂0.01
‑
0.2份、纳米碳材料0.01
‑
0.3份、聚四氟乙烯0.5
‑
5份、PEEK树脂5
‑
50份、三氧化二铝10
‑
30份、水100份；其中PEEK树脂是聚四氟乙烯树脂的10倍重量份数。
[0016]再进一步地，所述增稠剂为聚乙烯醇，例如可以是1788、1792、1799、2099型PVA；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、全氟辛酸酯中的一种或多种；所述纳米碳材料为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯纳米片中的一种或多种；所述水的电导率为0.1
‑
1μS/cm。
[0017]进一步地，所述表面处理的温度为200
‑
1000℃；所述浸渍处理是在室温下进行的；所述烘干的温度为100
‑
500℃；所述挤压成型的温度为200
‑
500℃；所述收卷的速度为0.1
‑
5m/min。
[0018]进一步地，所述预浸料中碳纤维占比40
‑
70wt％、余量为PEEK基材料，其中所述PEEK基材料按照100wt％物料计算含有：PEEK 30
‑
60wt％、聚四氟乙烯3
‑
6wt％、三氧化二铝35
‑
65wt％、多壁碳纳米管0.05
‑
0.4wt％；优选地，所述预浸料中碳纤维占比55
‑
65wt％、余量为PEEK基材料。
[0019]进一步地，所述碳纤维的种类为聚丙烯腈基碳纤维、粘胶纤维基碳纤维、沥青基碳纤维中任意一种或多种组合，碳纤维的规格为1K、3K、6K、12K、24K、48K等。
[0020]本专利技术另一方面提供一种PEEK基板材，采用上述制备方法得到的碳纤维增强PEEK预浸料铺层后模压成型制备。
[0021]进一步地，所述铺层是按照0
°
、+45
°
、
‑
45
°
、90
°
中的任意两种以上角度进行多层铺设；所述模压成型的温度为350
‑
380℃、压力0.5
‑
1.2MPa、层压时间0.5
‑
2h。
[0022]有益技术效果：
[0023]本专利技术以PEEK为基体树脂，连续碳纤维为增强体，并辅以碳纳米管、三氧化二铝、聚四氟乙烯为改性材料得到高性能碳纤维增强PEEK预浸料，以预浸料进行多层铺设从而获得高性能PEEK基板材。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、配制含PEEK的悬浮液；S2、将碳纤维的丝束展开后进行表面处理，得到预处理碳纤维；S3、将所述预处理碳纤维浸入所述悬浮液中进行浸渍处理，烘干后进行挤压成型，冷却后收卷得到高性能碳纤维增强PEEK预浸料。2.根据权利要求1所述的一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法，其特征在于，所述悬浮液包括如下重量份数材料：增稠剂0.1
‑
1份、表面活性剂0.01
‑
0.2份、纳米碳材料0.01
‑
0.3份、聚四氟乙烯0.5
‑
5份、PEEK树脂5
‑
50份、三氧化二铝10
‑
30份、水100份；其中PEEK树脂是聚四氟乙烯树脂的10倍重量份数。3.根据权利要求2所述的一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为聚乙烯醇；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、全氟辛酸酯中的一种或多种；所述纳米碳材料为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯纳米片中的一种或多种；所述水的电导率为0.1
‑
1μS/cm。4.根据权利要求2所述的一种高性能碳纤维增强PEEK预浸料的制备方法，其特征在于，所述纳米碳材料的直径30
‑
50nm、长度为0.5
‑
50μm；所述聚四氟乙烯的粒径为5
‑
100μm；所述PEEK树脂的粒径为300
‑
2000目，380℃、荷重5KG时的熔融指数为50
‑
200g/10min；所述三氧化二铝的粒径为300
‑
2000目。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，陆士强，王二平，谭宗尚，
申请(专利权)人：常州君华医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：