[发明专利]一种多面体低聚倍半硅氧烷改性PEEK复合材料

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及高分子材料技术，特别涉及工程塑料复合材料。

背景技术

PEEK特种工程塑料具有特殊的耐高温、高强度、高耐磨、高尺寸稳定性及很好的耐腐蚀性能，具有通用塑料及普通工程塑料无法达到的性能优势，目前随着技术进步及生产成本的降低，在航空、航天、国防及民用行业获得越来越广泛的应用。PEEK熔体粘度大，加工流动性不好，有机或无机高强纤维增强的PEEK复合材料的熔体粘度更高，加工性能更不好，这样在一些需要流动性很好的加工场合，如注塑大型薄壁产品、挤出产品及目前看来具有很好的应用前景的热塑性复合材料等应用领域，由于纤维增强PEEK复合材料加工流动性不好，导致制品出现气孔、不实、纤维浸润不良、表面粗糙及露纤等缺陷。加入润滑剂是常用的改善聚合物加工性能的方法，润滑剂分外润滑剂和内润滑剂，内润滑剂通过减小聚合物分子间的摩擦力，降低聚合物熔体的年度，提高流动性，外润滑剂则通过降低聚合物熔体与模具间的摩擦阻力，提高熔体流动性。由于传统的硬脂酸类、石蜡类及矿物油类加工润滑剂本身分解温度低，难以应用于PEEK复合材料的高温加工条件（高达400℃）。目前市场上有一种硅酮类加工改性助剂，虽然可以达到PEEK复合材料的高温加工条件的要求，但由于其链状结构，通常在提高流动性的同时，会降低PEEK复合材料的力学性能，这也是通常润滑剂的固有特点。

多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）是一种有机-无机纳米杂化材料，它是由硅氧原子构成的无机纳米核与外围的有机基团构成，POSS类纳米材料具有许多特殊的性质，如耐高温、耐摩擦、阻燃、高结构稳定性、低介电、高强度。另外，POSS的特定的有机-无机杂化结构，使得它与有机聚合物材料具有天然良好的相容性。POSS作为聚合物加工润滑剂既具有硅酮类材料通常耐高温的特点，又具有纳米增强剂的特点。专利WO2008/054418提到，POSS作为表面改性剂可以提高无机类填料在聚合物中的分散性和表面粘接力；专利WO/0172885A1提到，POSS作为聚合物的改性剂，在聚合物基体中同时起增塑剂和增强剂的作用，提高聚合物材料的诸如耐热性、模量、压缩强度、硬度及耐磨性等性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工性能良好的纤维增强PEEK复合材料。

本发明的目的是这样实现的，利用POSS的高耐热性和纳米特性，以POSS作为耐高温润滑剂和分散剂，以纤维为增强材料改性PEEK工程塑料，在改善加工工艺性的同时，提高复合材料性能。

本发明涉及的多面体低聚倍半硅氧烷改性PEEK复合材料，至少包括增强纤维20～50wt%，PEEK与POSS的质量比介于3.5～69∶1之间；

POSS选自［(RSiO_1.5)₈］_∑8、［(RSiO_1.5)₇(R₁SiO_1.5)₁］_∑8或［(RSiO_1.5)₄(R(OH)SiO_1.0)₃］_∑7的POSS中的一种，其中：R选自烷基、苯基、硅氧基中的一种；R₁选自烷基、苯基、氨基烷基、环氧基烷基、氟碳基、硅氧基中的一种；∑#表示POSS分子中的硅原子个数，#为8代表POSS分子为完整笼型结构，#为7代表POSS分子为缺角的不完整笼型结构。

本发明涉及的多面体低聚倍半硅氧烷改性PEEK复合材料，PEEK与POSS的质量比介于4～15∶1之间。

本发明涉及的多面体低聚倍半硅氧烷改性PEEK复合材料，PEEK与POSS的质量比介于6～12∶1之间。

本发明涉及的多面体低聚倍半硅氧烷改性PEEK复合材料，增强纤维含量介于25～45wt%之间。

本发明涉及的多面体低聚倍半硅氧烷改性PEEK复合材料，增强纤维含量介于30～40wt%之间。

本发明涉及的多面体低聚倍半硅氧烷改性PEEK复合材料，所述增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或它们的混合体系。

本发明涉及的多面体低聚倍半硅氧烷改性PEEK复合材料，其加工过程为：改性助剂POSS和PEEK在高速混合机中混合；用双螺杆挤出机熔融混练，侧喂料口引入增强纤维，挤出拉条并切粒干燥，得到本发明涉及的POSS改性PEEK复合材料。