[发明专利]一种碳纤维织物增强聚醚醚酮聚合物复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维织物树脂基复合材料制备的技术领域，具体涉及一种碳纤维织物增强聚醚醚酮复合材料的制备方法。

背景技术

纤维织物增强高性能热塑性树脂基复合材料使用在飞机、直升机、航天飞机、舰艇、轮船、海洋平台、汽车、运动器械、桥梁、建筑等等几乎所有的高级工程结构上。纤维织物增强高性能热塑性树脂复合材料的使用量不断增长，不仅在传统工业领域上应用越来越多，而且在一些新兴领域(如生物医学)上也确立了其地位。但是，国内关于这方面的研究报道不多。

碳纤维突出的特点是高强度、高模量、低密度、其比强度、比模量远高于合金钢、铝合金和钛合金。同时还具有抗疲劳性能好、耐磨耗性和润滑性优异、良好的阻尼性能、良好的吸能减振性能等特点。并且其外形有显著的各向异性，柔软，可加工成各种织物，连续纤维织物相比短纤维具有更高的结构有序性和紧密度，因此相比短纤维增强复合材料，织物增强复合材料具有更为优异的比强度、承载能力和耐磨性。

聚醚醚酮(PEEK)是一种典型的热塑性高性能聚合物，具有高强度、高模量、高断裂韧性以及优良的尺寸稳定性，对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的。由于耐高温热塑性树脂一般都具有良好耐溶剂和耐油性，不溶于常规有机溶剂，目前主要采用热熔浸渍，但由于热塑性树脂基体的熔融粘度比较大。热熔预浸对设备要求较高，技术和工艺控制难度大，使其应用受到很大限制。因此，扩大聚醚醚酮复合材料的应用面临的一个最大难题就是解决树脂基体对纤维的浸润，同时树脂与增强纤维的粘合能力也是决定其发挥优越性能的重要因素。

目前，一些专利公开了三维编制碳纤维/PEEK复合材料制备方法(如中国专利201110022682.2)，其编织技术难度大，且制品力学性能不高(弯曲强度500-900MPa)，本方法生产设备简单、操作简便可满足多个领域的发展与需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维织物增强聚醚醚酮复合材料的制备方法以解决聚醚醚酮树脂基体对纤维的浸润及粘合能力；并且生产设备简单、操作简便，可适用于大型纤维织物增强聚醚醚酮复合材料的制备。

本发明所述的碳纤维织物增强聚醚醚酮聚合物复合材料，是碳纤维机织预成型件经添加了聚醚醚酮超细粉的聚芳砜溶液浸没抽滤、再热压处理得到的碳纤维质量分数为50％～61.1％的复合材料。

本发明的技术方案如下。

一种碳纤维织物增强聚醚醚酮聚合物复合材料的制备方法，有以下步骤：

1)将编织角度θ＝90°的平纹、斜纹2D碳纤维织物(即，碳纤维机织预成型件)浸泡在丙酮中加热超声48～72小时，再用去蒸馏水洗净、烘干；

2)将聚芳砜粉末溶解在氯仿或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，使溶液的质量浓度为2.2％～3.2％，搅拌，待聚芳砜粉末充分溶解后，加入聚醚醚酮(PEEK)粉末，聚醚醚酮与碳纤维质量比为0.45～0.5∶0.5～0.55，搅拌使之均匀混合得到悬浮液；

3)将步骤1中处理好的碳纤维织物平铺在布式漏斗中，把步骤2中配置好的悬浮液倒在碳纤维织物上，低压抽滤，使溶剂完全挥发；

4)将步骤3中得到的碳纤维织物置于热压机中，升温至380℃，熔融60min，然后加压至15～20MPa，保压30min；再以20～30℃/min的速率降至室温。

所述的聚芳砜，优选聚醚砜(PES)或联苯聚醚醚砜(PPSU)。

所述碳纤维的种类包括聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维或沥青基碳纤维。碳纤维束包括1K、3K、6K、12K或24K。

所述的聚醚醚酮(PEEK)粉末，目数为100～600目，熔融指数为60～150g/10min。

所述的低压抽滤，可以在真空度为0.01MPa下抽滤。

与现有技术相比，本发明解决了现有的聚醚醚酮树脂在浸润碳纤维过程中一些问题，比如技术和工艺控制难度大、设备和能耗成本过高、聚醚醚酮与碳纤维的粘结性能不好等问题。由制备得到的复合材料形貌电镜照片可以明显看出本发明的复合材料具有较好的浸润和粘合性能。本发明采用的设备简单、工艺方法简便，制备得到的复合材料有较好的力学性能，拉伸强度可达512MPa、弯曲强度可达940MPa。

附图说明

图1是以本发明方法制备得到的复合材料表面形貌电镜照片。

图2是以本发明方法制备得到的复合材料断面形貌电镜照片。

具体实施方式