[发明专利]一种3D打印高强高韧聚醚醚酮碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种3D打印高强高韧聚醚醚酮碳纳米管复合材料及其制备方法，属于3D打印材料技术领域。本发明使用的碳纳米管界面改性剂不仅含有与聚醚醚酮具有良好相容性的醚酮链段，同时具有对碳纳米管具有良好分散能力的大共轭基团(萘环结构)，因而能够同时增韧聚醚醚酮并分散碳纳米管；将所述碳纳米管界面改性剂与3D打印级聚醚醚酮树脂专用料进行共混，所制备的聚醚醚酮碳纳米管复合材料在保持高强度的同时具有极好的断裂韧性。

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，尤其涉及一种3D打印高强高韧聚醚醚酮碳纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

聚醚醚酮(PEEK)因具有优异的耐热性和机械性能、良好的耐化学腐蚀性和优良的生物相容性，被广泛应用于航空航天、石油开采、汽车工业和生物医疗等领域。近年来，3D打印技术快速发展，聚醚醚酮树脂材料因其优异的综合性能在3D打印领域中得到了广泛的应用，而通过增强填料进行改性处理可以使聚醚醚酮的强度、刚度、弹性模量、抗蠕变性能、尺寸稳定性、耐磨和耐热性能得到进一步提升。在众多增强填料中，碳纳米管(CNT)由于其较大的长径比，较低的密度和较高的拉伸强度而被认为是理想的增强填料。但是，一方面，由于碳纳米管极易在聚合物基体中团聚，从而导致材料在团聚处由于应力集中而失效；另一方面，碳纳米管和聚醚醚酮具有较弱的界面作用也容易导致复合材料的力学性能出现下降。特别地，在3D打印中由于共混了碳纳米管的材料熔体黏度变大，导致层间粘结强度的下降则是更容易导致复合材料发生脆性断裂。3D打印聚醚醚酮碳纳米管复合材料的强度和韧性不可兼得的矛盾直接制约了聚醚醚酮碳纳米复合材料在3D打印领域的进一步应用。

公开号为CN109851731A的专利描述了一种改性碳纳米管及其制备方法和聚醚醚酮复合材料及其制备方法，采用共价接枝的方式将碳纳米管参与到聚醚醚酮的制备之中进而制备了一种改性碳纳米管修饰的聚醚醚酮复合材料，材料具有良好的力学性能和摩擦性能；公开号为CN105838086A的专利描述了一种磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的制备方法，通过将碳纳米管磺化后和羟基化处理后的聚醚醚酮材料进行接枝，制备的材料表现出了高强度、高模量、高硬度和高热变形温度。然而，以上方法均是通过化学接枝的方法改善碳纳米管复合材料的性能，所制备的碳纳米管复合材料的韧性提高有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印高强高韧聚醚醚酮碳纳米管复合材料及其制备方法，将碳纳米管界面改性剂与3D打印级聚醚醚酮树脂专用料共混所制备的聚醚醚酮碳纳米管复合材料在保持高强度的同时具有极好的断裂韧性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种3D打印聚醚醚酮碳纳米管复合材料，包括以下质量份数的制备原料：聚醚醚酮90～95份，碳纳米管界面改性剂5～10份，碳纳米管0.5～3份；所述碳纳米管界面改性剂具有式I所示结构：

式I中，n＝0.1～0.5。

优选的，所述碳纳米管界面改性剂的制备方法包括以下步骤：

将4,4’-二氟二苯甲酮、2,7-萘二酚、对苯二酚、碱催化剂、带水剂和有机溶剂混合，依次进行共沸带水和聚合反应，得到碳纳米管界面改性剂。

优选的，所述碱催化剂包括碳酸钾，所述带水剂包括甲苯或二甲苯；所述有机溶剂包括环丁砜、N-甲基吡咯烷酮和二甲基乙酰胺的一种或几种。

优选的，所述2,7-萘二酚和对苯二酚的总摩尔数与4,4’-二氟二苯甲酮的摩尔数之比为(0.95～1):1，所述2,7-萘二酚和对苯二酚的摩尔比为(0.1～0.5):(0.5～0.9)，所述碱催化剂与4,4’-二氟二苯甲酮的摩尔比为(1.0～1.2):1。

优选的，所述带水剂的体积为所述有机溶剂体积的20～50％。

优选的，所述共沸带水的温度为140～160℃，时间为1～3h。