[发明专利]一种碳纳米管/聚醚酮复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种碳纳米管/聚醚酮复合材料及其制备方法和应用，属于聚合物领域。本发明提供的碳纳米管/聚醚酮复合材料包括聚醚酮和分散在聚醚酮中的碳纳米管；本发明通过在聚醚酮中添加双酚芴，使得聚醚酮具有独特的结构，有利于与原位添加的碳纳米管之间形成较强的π‑π键，通过π‑π堆积作用，使碳纳米管能够均匀分散在聚醚酮中，有效改善了碳纳米管与聚醚酮基体树脂的界面相容性，提高了复合材料的机械性能和耐磨性能。

技术领域

本发明涉及聚合物领域，尤其涉及一种碳纳米管/聚醚酮复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚醚酮(PEK)作为一种半结晶性热塑性高分子材料，具有优异的阻燃性、耐辐射性和耐高温性，使其广泛应用于航空航天、仪器仪表和汽车工业等领域，然而聚醚酮的机械性能还有待提高。

碳纳米管因其优异的机械性能被认为是制备高性能纳米复合材料的理想填料。然而碳纳米管之间的范德华力及静电效应使其在基体树脂中难以分散均匀，导致碳纳米管无法有效提高树脂基体的机械性能。

发明内容

本发明提供了一种碳纳米管/聚醚酮复合材料，本发明提供的碳纳米管/聚醚酮复合材料机械性能较好，拉伸强度为111.76～126.43MPa、拉伸模量为1406.15～1828.56MPa、弯曲强度为127.63～148.00MPa、弯曲模量为3669.98～4375.41MPa、断裂伸长率为71.06～94.15％。

本发明提供了一种碳纳米管/聚醚酮复合材料，所述碳纳米管/聚醚酮复合材料包括聚醚酮和分散在聚醚酮中的碳纳米管；

所述聚醚酮具有式I所示结构单元：

其中x+y＝1，x＝1％～10％；

所述碳纳米管在复合材料中的质量分数为0.1％～10％。

本发明提供了上述技术方案所述碳纳米管/聚醚酮复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将4,4'-二氟二苯甲酮、双酚芴、对羟基二苯甲酮、碳纳米管、催化剂、脱水剂和反应溶剂混合，得到反应原料；所述催化剂包括碳酸钾和碳酸钠中的一种或两种；

(2)将所述步骤(1)得到的反应原料依次进行共沸脱水、排除脱水剂和聚合反应，得到碳纳米管/聚醚酮复合材料。

优选的，4,4'-二氟二苯甲酮、双酚芴和对羟基二苯甲酮的摩尔比为0.8～1.2:0.01～0.10:0.9～0.99；所述碳纳米管和双酚芴的质量比为0.1～5:1～10。

优选的，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。

优选的，所述共沸脱水、排除脱水剂和聚合反应均在保护气氛下进行。

优选的，所述共沸脱水的温度为140～180℃，时间为1～2h。

优选的，所述排除脱水剂的温度为210～230℃，时间为2～3h。

优选的，所述聚合反应包括依次进行的第一聚合反应和第二聚合反应；所述第一聚合反应的温度为240～280℃，时间为2～3h；所述第二聚合反应的温度为300～310℃，时间为0.5～1h。

本发明提供了上述技术方案所述碳纳米管/聚醚酮复合材料或者上述技术方案所述方法制备得到的碳纳米管/聚醚酮复合材料作为热塑性高分子材料的应用。

优选的，所述碳纳米管/聚醚酮复合材料作为热塑性高分子材料的应用方法包括以下步骤：

(a)将碳纳米管/聚醚酮复合材料依次进行挤出、造粒和干燥处理，得到复合材料颗粒；

(b)将所述步骤(a)得到的复合材料颗粒依次进行注塑成型和退火处理，得到热塑性高分子材料。