[发明专利]一种晶须复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种晶须复合材料及其制备方法。

背景技术

复合材料的研究是近年来非常活跃的科研领域，并有望在未来对社会产生深远影响。在复合材料众多的研究方向中，将无机填料引入到聚合物中以获得显著的性能提高始终具有重要意义。这些复合材料在机械性能，电性能以及热性能等方面对聚合物基体有很大的增强，在对机械性能和耐热性要求较高的船舶汽车，航空航天等领域能够广泛应用。有关于这类复合材料更重要的一点是增强体只需要很少的添加量就能够获得性能的提升，填料的分散性以及填料和基体之间的相互作用很大程度上决定了材料性能的好坏；

对于复合材料的制备和加工同时面临着下面几个问题：无机填料与聚合物基体从化学组成、结构到物化性质都有很大不同，如何使其更好的分散在基体中，并且使两相有较好界面粘接强度。另外对于材料而言，熔体粘度是一个非常重要的衡量加工难易程度的指标。聚醚醚酮通常在 340°C 开始熔融，而到了 370°C才能够拥有较好的流动性，无机填料的加入势必会使熔体粘度增加，而导致加工温度进一步提高。尽管提高了加工温度，复合材料的熔体粘度仍维持在一个较高的水平值，这不仅会阻碍正常的生产，降低效率，而且还会缩短加工设备的使用寿命。添加能够降低熔体粘度的加工助剂是解决该问题的途径之一；

磺化超支化聚合物拥有高度支化的三维结构，能够降低分子链的缠结，提高分子链的运动能力，从而降低熔体粘度，改善材料在加工时的流变性能。超支化聚合物还兼具生产成本低，制备工艺简单和易于工业化等优点，可以作为聚醚醚酮复合材料的粘度调节剂使用。同时它带有的磺酸基能够与碳酸钙晶须发生相互反应，所以不仅能够增加晶须与树脂基体间的相互作用，还能有效地降低复合加工过程中体系的粘度，提高晶须的分散性；

晶须是一种具有较高长径比的棒状单晶无机纤维，因其直径尺寸较小及完善的晶体结构，晶须展示出了较高的力学性能，是提高基体机械性能的有效增强体。但这种无机刚性填料的引入往往使加工时复合材料的熔体粘度增大，这不仅会缩短加工设备的使用寿命，而且还降低生产效率，亟待寻找到加工助剂能够降低复合材料的熔体粘度。超支化聚合物具有高度支化的树状结构，能够大大降低聚合物分子链的缠结，提高聚合物分子链的运动能力，降低体系的溶液熔体粘度。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种晶须复合材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种晶须复合材料，它是由下述重量份的原料组成的：

聚丙烯100-130、3-(三氟甲基)二苯酮24-30、对苯二酚7-9、碳酸钙晶须10-13、碳酸钾0.4-1、碳酸钠0.2-0.5、环丁砜100-120。

一种所述的晶须复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将上述3-(三氟甲基)二苯酮、对苯二酚、碳酸钾、碳酸钠混合，加入到环丁砜中，通入氮气，在200-220℃下反应8-10小时，加入到去离子水中，静置3-5小时，抽滤，将滤饼用无水乙醇、去离子水依次洗涤3-4次，在30-40℃下真空干燥2-3小时，得超支化聚芳醚酮；

（2）将上述超支化聚芳醚酮加入到其重量10-14倍的、96-98%的硫酸溶液中，通入氮气，在70-75℃下保温反应6-8小时，将产物加入到2-3℃的水中，抽滤，水洗至中性，常温干燥，得磺化聚芳醚酮；

（3）将上述磺化聚芳醚酮加入到其重量27-30倍的二甲基酰胺中，搅拌均匀，加入上述碳酸钙晶须，在80-85℃下保温100-120分钟，通入氮气，恒温搅拌4-5小时，抽滤，将滤饼用二甲基酰胺洗涤3-4次，在120-130℃下真空干燥20-30小时，得磺化聚合物改性碳酸钙；

（4）将上述磺化聚合物改性碳酸钙与剩余各原料混合，搅拌均匀，送入挤出机，熔融挤出，冷却，即得。

本发明的优点是：

本发明采用磺化处理使改性剂分子链上接枝的磺酸基，能够与碳酸钙晶须产生相互作用，从而使填料与基体结合得更为紧密，在受到应力作用时，界面能够很好地传递应力给碳酸钙晶须，使晶须消耗掉大部分的作用力，因而有效地提高了材料的力学性能，而超支化聚芳醚酮的超支化结构改善了复合材料的加工性能，聚合物基体分子链提供了有效的解缠结，降低了复合材料的熔体粘度，有利于聚合物分子链的运动，增强了两相间的界面相互作用，另外能够更有利于填料在基体中均匀分散，避免了晶须聚集、堆积和结块，有助于改善复合材料的流变性能，提高成品材料的力学性能。