【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热塑性复合材料领域，具体涉及一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料及其制备方法，应用于航天航空、军工和医疗器械等领域。
技术介绍
1、聚芳醚酮(简称paek)是一种全芳香族半结晶热塑性工程塑料，其分子链上含有刚性的苯环、柔顺的醚键及羰基，结构规整，具有良好的力学性能、耐化学腐蚀、抗疲劳及显著的热稳定性。近年来，因连续纤维增强paek热塑性复合材料具有高刚度、高热稳定性、耐化学腐蚀性、耐磨性、生物相容性等突出性能，有望成为结构材料和于植入性骨科材料，代替工艺成熟的金属或热固性复合材料，广泛应用于航空航天、医疗、轨道交通等领域。
2、由于paek分子链呈刚性、非极性，熔融态下黏度高，其作为复合材料基体时，对纤维的浸润性较差并且结合力弱，这其中以表面活性极低的碳纤维、芳纶纤维、pbo纤维等为最，表现出内部孔隙率明显偏高、层间剪切强度(ilss)和弯曲强度明显偏低，当承受垂直于面板的力矩时，材料容易分层或发生其他形式的损伤、破坏。需要对纤维进行表面改性处理，可以解决粘接效果差的问题，提高复合材料层间剪切强度等性能。已知技术有两类，一是“活化”、二是“上浆”。活化改性是在纤维表面引入活性基团，创建和增加纤维与聚合物基体间化学键的数量，通过相互作用力提高复合材料的界面粘结强度和抗剪切强度。上浆改性是通过溶液或乳液涂层，使聚合物薄层附着到纤维表面，利用其能够同时与纤维和基体间产生强相互作用的特性，增强两者关联强度。
3、现有活化技术如电沉积处理、强酸处理及臭氧处理等。考虑在纤维表面产生尽量多的羟基和
技术实现思路
1、为了解决paek与纤维之间界面作用较弱的技术问题，本专利技术提供一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料及其制备方法。本专利技术的改性paek复合材料具有较高的界面强度。
2、为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)对碳纤维材料进行表面处理，以去除上浆剂并提高表面活性和表面粗糙度，处理后得到预处理碳纤维；
5、(2)将所述预处理碳纤维浸入界面改性悬浮液中，取出后烘干，得到预制碳纤维；
6、其中所述界面改性悬浮液含有如下100％重量百分比物料：氟化聚醚酮酮(fpekk)0.5-5％、羟基化多壁碳纳米管0.01-0.15％、第一导热材料0-0.05％、余量为溶剂；
7、(3)将所述预制碳纤维与改性paek薄膜进行层叠后热压成型获得高界面强度的改性paek纤维导热复合材料；
8、其中所述改性paek薄膜包括如下100％重量百分比物料：paek树脂80-90％、羟基化多壁碳纳米管5-15％、第二导热材料0-5％。
9、进一步地，所述表面处理是先经过烧结去除碳纤维表面上浆剂，然后进行等离子体处理提高纤维表面活性和表面粗糙度；
10、所述烧结处理的过程是：在250-420℃的温度以及负压1-3kpa环境下烧结8-16h；通过高温分解，去除碳纤维表面原有的热固性上浆剂。这些热固性上浆剂一般为环氧树脂类，是纤维在生产中必须要进行工序，否则会在纤维绕卷时产生毛丝，严重会出现纤维断纤影响力学强度。这类上浆剂若不去除，将严重影响碳纤维和paek复合的效果和质量。因这类上浆剂在复合材料成型的高温环境下会发生分解并且形成气体焦油挥发，同时由于叠层材料较为密实，大量的气体焦油无法及时有效排出，会阻碍paek熔体与碳纤维的浸润连接并形成收缩孔洞，降低复合材料的力学强度和导热性能；其随着复合材料厚度的增加，对性能质量的影响呈现急剧上升趋势。
11、再进一步地，所述烧结处理的过程是：在负压1-3kpa环境下，先在250-320℃下烧结6-12h，然后升温至350-420℃下烧结2-4h。对高温处理进行程序分段有效控制，先在250-320℃处理6-12h，环氧上浆剂在200℃左右开始分解挥发，在250-320℃大量分解挥发，较长时间的处理去除率可达到80％左右；同时进行负压1-3kpa操作，可及时有效的将分解挥发吸出，适当的处理温度和负压环境，利于提高处理效果和抑制碳纤维表面氧化损伤，降低对碳纤维强度的影响；然后在350-420℃处理2-4h，通过提高处理温度，快速分解去除碳纤维表面残留的环氧上浆剂，较短的处理时间和负压环境有利于抑制碳纤维表面的氧化反应，降低对碳纤维强度的不利影响。进行单层或者多层叠加一起高温处理，效果质量一致。若与建议的参数区间相差较大，将不利于高温分解过程的有效控制。如果高温分解的温度偏低或时间偏短，则无法彻底去除原有的上浆剂，残留部分同样会影响复合材料性能质量；如果高温分解的温度过高或时间过长，则部分碳纤维表面会出现氧化损伤，碳纤维表面沟壑变小，单丝强度会出现明显下降，同时也会影响复合材料浸润复合效果，力学强度大幅下降。
12、进一步地，所述等离子体处理是在等离子体激发频率40khz的真空等离子处理装置中进行，处理时的功率500-4000w，处理时使用的气体为氮气或者氦气，处理时气体流量50-300l/min，处理时间3-10min。等离子体处理可以将碳纤维(cf)表面原有的化学键断裂，与等离子体中的自由基发生反应，形成网状的交联结构，从而提高cf表面活性；同时具有刻蚀作用，将cf表面变“粗糙”，形成许多微细坑洼、沟壑，增大了cf表面的比表面积，可提高与paek的浸润效果和质量，从而提高力学性能和热量传递效率。虽然等离子体处理对cf表面有轻微的损伤，使cf的力学性能略有降低，但是此方法是目前工业化生产最有效、最便捷的改性处理方法。
13、进一步地，所述碳纤维材料为碳纤维编织布，包括平纹、斜纹、缎纹及单向等编织布形式，同时也包括聚丙烯腈基、沥青基、粘胶基等基体的碳纤维；
14、所述paek包括聚醚醚酮(peek)、聚醚酮酮(pekk)、聚醚酮(pek)、聚醚醚酮酮(peekk)、聚醚酮醚酮酮(pekekk)中的一种；
15、所述第一导热材料为石墨烯；所述第二导热材料为氧化硼和/或碳化硅；所述溶剂为dmf和/或dma。
16、进一步地，所述氟化聚醚酮酮(fpekk)的化学结构如下：
17、
18、由4,4’-二氟二苯甲酮和六本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述表面处理是先经过烧结去除碳纤维表面上浆剂，然后进行等离子体处理提高纤维表面活性和表面粗糙度；
3.根据权利要求2所述的一种高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的过程是：在负压1-3kPa环境下，先在250-320℃下烧结6-12h，然后升温至350-420℃下烧结2-4h。
4.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维材料为碳纤维编织布；
5.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述氟化聚醚酮酮的化学结构如下：
6.根据权利要求5所述的一种高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述氟化聚醚酮酮的制备方法如下：
7.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性P
8.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述预制碳纤维相较于所述预处理碳纤维增重0.5-1.5wt％，通过浸入时间来控制增重量，通过定时测量悬浮液的浓度来确定增重量；所述预制碳纤维与所述改性PAEK薄膜的重量比例为50％:50％～55％:45％。
9.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述热压成型的步骤是：在热压模具的型腔板上先涂敷3-5次高温脱模剂，每次涂覆间隔5-10min，涂敷后进行铺层，将所述预制碳纤维和所述改性PEAK薄膜依次交错铺放，合模后在1MPa预压力下，先升温至300-350℃到达温度后保温20-60min，然后升温至380-400℃到达温度后停止加热，随后按照每5min增加1MPa进行加压至8-20MPa，待到温度显示自然冷却至240-280℃后，通过外置冷却装置进行快速急冷降温，降温速率约3-10℃/min，待温度降至140℃以下后脱模得到产品。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的制备方法获得的高界面强度的改性PAEK纤维导热复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述表面处理是先经过烧结去除碳纤维表面上浆剂，然后进行等离子体处理提高纤维表面活性和表面粗糙度；
3.根据权利要求2所述的一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的过程是：在负压1-3kpa环境下，先在250-320℃下烧结6-12h，然后升温至350-420℃下烧结2-4h。
4.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维材料为碳纤维编织布；
5.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述氟化聚醚酮酮的化学结构如下：
6.根据权利要求5所述的一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述氟化聚醚酮酮的制备方法如下：
7.根据权利要求1所述的一种高界面强度的改性paek纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性paek薄膜的获得方法是：将配方量的paek树脂、羟基化多壁碳纳米管、第二导热材料混合均匀后进行双螺杆熔融共混后挤出得到改性peek粒子，其中paek树脂与第二导热材料的混合从双螺杆挤出机的主喂料口加入，羟基化多壁碳纳米管从双螺杆挤出机的侧喂料口加入；将所述改性peek粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军，陆士强，谭宗尚，刘哲，
申请(专利权)人：江苏君华特种高分子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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