[发明专利]一种可应用于空间环境的聚醚醚酮复合材料3D打印丝材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可应用于空间环境的聚醚醚酮复合材料3D打印丝材及其制备方法，丝材包括聚醚醚酮树脂、连续玻璃纤维和改性助剂，所述聚醚醚酮树脂占所述复合材料3D打印丝材质量的25～65％，所述连续玻璃纤维占所述复合材料3D打印丝材质量的30～60％，所述复合材料3D打印丝材的余量为改性助剂。本发明中采用聚醚醚酮树脂和连续玻璃纤维制得3D打印丝材，直接解决了现有聚醚醚酮复合材料预浸带无法直接用于增材制造成型，需经过二次加工的难题，减少了工艺过程，提高了效率；同时，相较于现有技术中公开的玻纤增强聚醚醚酮3D打印耗材材料，玻璃纤维含量高，性能极为优异，可以用于航天航空及其他拥有苛刻环境下增材制造需求的领域。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种可应用于空间环境的聚醚醚酮复合材料3D打印丝材及其制备方法。

背景技术

自二十世纪以来，随着科学技术的不断发展与进步，增材制造技术因其无需要模具、可快速的响应、能够制备结构复杂产品等优势，在国内外航空航天及武器装备制造领域受到了越来越多的重视。聚醚醚酮(PEEK)是聚芳醚酮 (PAEK)类结晶性聚合物中的一种高性能聚合物，具有优良的机械性能、耐热性能、耐辐射、耐腐蚀与电性能等特点，在航空航天、机械、汽车、电子电气和医疗等诸多领域可替代金属、陶瓷等材料。

目前，国内外基于PEEK基聚合物材料的增材制造技术研究与应用仍处于起步阶段，国内外代表性研究结构在增材制造用PEEK基聚合物材料的制备方面，以PEEK树脂的丝材、粉材为主，虽已出现纤维增强的复合材料，但其力学强度比较低，同时连续玻璃纤维增强的PEEK基聚合物材料3D丝材相关专利报道较少。

赵岩磊等公开了一种玻纤增强聚醚醚酮3D打印耗材及其制备方法(赵岩磊，等.一种玻纤增强聚醚醚酮3D打印耗材及其制备方法[P]，CN 107022167 A)，组分由长玻纤(GL)、PEEK树脂粘度调节剂和PEEK树脂混合构成。PEEK的熔融指数为2-10。长玻纤(GL)的拉伸模量大于80GPa。聚醚醚酮3D打印耗材的制备方法，包括以下步骤：原料干燥，高速混合，熔融挤出，冷却，牵引和收卷。相关测试结果表明：该专利所公开的玻纤增强聚醚醚酮3D打印耗材材料玻纤含量最高为20％，玻纤含量为15％时拉伸强度为118.5MPa，力学性能并不突出，且丝材直径是由牵引步骤中调节上下牵引辊的距离与收卷步骤中调节收卷的转速和主机的转速来控制，丝材直径控制较为复杂。

黄志高等提供了一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备(黄志高，等.一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备[P]，CN201510075434.2)，包括以下步骤：1)分纱；2)预热；3)包覆；4)卷绕。解决了聚醚醚酮复合材料预浸带在浸渍过程中存在的纤维易于受损以及与树脂基体界面作用弱问题，保证了预浸带的连续化生产，共混改性和纤维浸渍一体化，减少了工艺过程，提高了效率。然而，该连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带无法直接用于增材制造成型，需经过二次加工。

综上，与国外研究生产水平相比，国内现有技术生产的聚醚醚酮3D打印丝材性能还存在差距。目前国内生产的连续纤维增强聚醚醚酮复合材料主要是以预浸带的形式；也有玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料3D打印耗材的研究，但是材料力学性能不突出，限制了高性能增材制造产品的成型。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种可应用于空间环境的聚醚醚酮复合材料3D打印丝材及其制备方法，采用聚醚醚酮树脂和连续玻璃纤维制得3D打印丝材，直接解决了现有聚醚醚酮复合材料预浸带无法直接用于增材制造成型，需经过二次加工的难题，减少了工艺过程，提高了效率；同时，相较于现有技术中公开的玻纤增强聚醚醚酮3D打印耗材材料，玻璃纤维含量高，性能极为优异，可以用于航天航空及其他拥有苛刻环境下增材制造需求的领域；相应地制备方法，适应材料的特点，可行性强，利于推广使用，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：