[发明专利]一种短切碳纤维/聚醚酮酮复合粉末材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种短切碳纤维/聚醚酮酮复合粉末材料的制备方法。本发明的制备方法包括：采用氟基和/或氯基极性溶剂溶解聚醚酮酮后，加入短切碳纤维，搅拌后得到均匀分散的短切碳纤维/聚醚酮酮混合液；然后加入凝固剂，使短切碳纤维/聚醚酮酮凝固析出，再进行恒温干燥，得到短切碳纤维/聚醚酮酮复合膜；最后将所得复合膜熔融热处理，冷却后依次经过粉碎、过筛，得到短切碳纤维/聚醚酮酮复合粉末。本发明使用液相混合及热成型的处理方法，可使聚醚酮酮和短切碳纤维充分复合，解决机械混合方法难以实现碳纤维表面聚合物充分包覆的技术难题，使短切碳纤维在材料中起到有效的加强作用。本发明制备的复合粉末材料在性能上能够满足3D打印需求。

技术领域

本发明涉及一种短切碳纤维/聚醚酮酮复合粉末材料及其制备方法，属于增材制造材料技术领域。

背景技术

3D打印技术被誉为第三次工业技术革命，其发展的核心问题之一是所用的原材料。粉末材料是3D原材料的主要形式之一，包括金属和高分子两类。随着高温3D打印技术的发展，高熔点热塑性聚合物逐渐得到了应用，如聚芳醚酮(包括聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮等)、聚苯硫醚、脂肪族-芳香族共聚酯等。其中作为聚芳醚酮类耐高温聚合物的重要成员之一，聚醚酮酮因其丰富的酮键而表现出较强的分子极性，从而具有更高的可溶解能力，并与碳纤维可形成理想化的复合结构(文献1：B.L.Li,F.Zhang,M.X.Jiao,Y.B.Li,X.Wang,X.H.Zhang.Carbon fiber/polyetherketoneketone composites.Part I:An ideal anduniform composition via solution-based processing.Polymer Composites 2022,doi:10.1002/pc.26577；文献2：张骁骅.一种碳纤维/聚醚酮酮复合材料的制备方法.中国发明专利202111055042.1)。然而不仅目前仅有种类不多的聚醚醚酮的3D打印原材料，而基于聚醚酮酮的3D打印原材料依然尚未得到开发。

例如：(1)可用于熔积成型(FDM)3D打印的聚醚醚酮线材已具有成熟的商业产品；(2)中国发明专利201610226527.5通过对聚醚醚酮粉末与碳纳米管溶液进行混合，采用干燥、球磨得到复合粉末材料。(3)中国发明专利201610854945.9利用类似工艺得到石墨烯/聚醚醚酮复合粉末材料。(4)中国发明专利201810305447.8将短切芳纶纤维与聚醚醚酮粒料混合后采用双螺杆挤出方式制备了芳纶增强聚醚醚酮线材；(5)中国发明专利201811521707.1将短切碳纤维聚醚醚酮粉末搅拌混合，通过螺杆加热挤出制备了碳纤维/聚醚酮酮3D打印线材；(6)德国PCT专利EP2019/086161(中国发明专利号201980083367.5)采用铺层后在不同组分的各自熔点下进行熔结处理得到了可混合聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚甲醛、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚交酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯中两种或两种聚合物的混合粉末；(7)美国PCT专利US2019/051489(中国发明专利201980083367.5)采用机械混合平均直径小于30微米的聚芳醚酮颗粒、平均直径大于30微米的聚芳醚酮颗粒以及短切碳纤维制备聚合物粉末，但显然该种混合粉末中聚芳醚酮与碳纤维并未形成复合结构；(8)中国发明专利201910394430.9将聚醚醚酮粉末与热处理后的短切碳纤维直接混合得到碳纤维/聚醚醚酮组合物；此外，(9)中国发明专利202011501387.0通过将硅烷偶联剂接枝的短切碳纤维与酚醛树脂的乙醇溶液进行球磨混合，干燥并过筛得到酚醛树脂覆膜短切碳纤维复合粉末，则提供了另一种方法制备碳纤维/聚合物复合粉末。