[发明专利]碳纤维长纤增强聚醚醚酮基复合材料及其制备方法

说明书

一种碳纤维长纤增强聚醚醚酮基复合材料及其制备方法，属于热塑性复合材料技术领域。该方法过程包括：(1)采用纺丝级聚醚醚酮专用料通过熔融纺丝方法制备线密度为12～380D/12F的聚醚醚酮复丝；(2)将聚醚醚酮复丝通过纤维切断机短切成30～80mm获得聚醚醚酮长纤维，将碳纤维短切成20～70mm获得碳纤维长纤；(3)将聚醚醚酮PEEK长纤维和碳纤维CF长纤按照50％～70％：50％～30％的质量比例进行混合、梳理、铺网、针刺，制备成CF/PEEK复合针刺毡预制体；(4)将得到的CF/PEEK针刺毡预制体在真空热压机上热压、排气，冷却，脱模，得到本发明所述的碳纤维长纤增强聚醚醚酮基复合材料。过程没有溶剂参与，对环境无污染，工艺流程短，制得的复合材料强度更高且材料纵横强力比降低。

技术领域

本发明属于热塑性复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维长纤增强聚醚醚酮基复合材料及其制备方法。

背景技术

长纤维增强热塑性树脂基复合材料(LFT)作为一种可设计与重复回收利用的新型复合材料，弥补了短纤维增强性能较差和连续纤维增强成本较高的不足，由于其广阔的应用前景近年来一直受国内外科研单位和工业界的广泛关注。传统的短纤维增强树脂基复合材料(SFT)纤维长度一般在3mm以下，纤维在树脂中无规随机分布，对于树脂的增强效果无法充分发挥，与之相比，长纤维增强热塑性复合材料(LFT)的纤维长度长，一般在10mm以上，成型过程中纤维可以在成型模具中相对移动，纤维损伤小，明显提高了力学性能；比刚度和比强度高，抗冲击性能好；耐蠕变性能提高，尺寸稳定好，成型精度高；耐疲劳性能优良；在高温潮湿环境中的稳定性更好。长纤维增强热塑性复合材料虽然具有一系列的优点，但在其成型过程中通常要面临热塑性树脂特别是高性能热塑性树脂熔融浸渍和纤维分散的核心技术问题，这在一定程度上阻碍了其发展。

聚醚醚酮是一种半晶态芳香族高性能热塑性树脂，具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射、耐绝缘、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能，在许多特殊领域可替代金属、陶瓷等传统材料，以碳纤维增强的聚醚醚酮基复合材料更是具有优异的综合性能，已在航空航空、车辆制造、电子电器、化学工程、能源、医疗、体育等领域中得到较广泛应用。然而，由于聚醚醚酮本身良好的耐溶剂性，无法采用溶液预浸的方法制备碳纤维长纤增强聚醚醚酮基复合材料，且由于聚醚醚酮较高的熔体粘度，采用的熔融预浸工艺和装置复杂、苛刻，很难制备出纤维分布均匀、浸渍充分完全的复合材料，易出现干纤维分布集中和富树脂区等浸渍不完全的现象，因此我国长纤维增强热塑性复合材料的研究还处于起步阶段，很多关键技术还有待研究。现已形成的长纤维增强技术主要有长纤维增强热塑性复合材料造粒技术(G-LFT)、长纤维增强在线配混并直接挤出成型技术(E-LFT)、长纤维增强在线配混并直接模压成型技术(D-LFT)和长纤维增强在线配混并直接注射成型技术(S-LFT)。然而常用的G-LFT、E-LFT存在结构设计不理想、不适合高粘度树脂、难以精确控制纤维的含量等问题，对于碳纤维长纤增强聚醚醚酮基复合材料很难实现良好的纤维分散和浸渍效果，较为先进的D-LFT、S-LFT核心技术被垄断，国内研究才刚刚起步。因此，适用于碳纤维长纤增强聚醚醚酮基复合材料的高性能、低成本、短周期且具有普遍工业价值的制备方法具有重要的研究意义。

发明内容

通过设计不同熔融指数的纺丝级聚醚醚酮专用料来制备不同线密度的聚醚醚酮纤维，将聚醚醚酮纤维PEEK和碳纤维CF进行短切制备成针刺毡预制体，再通过热压成型的方法制备高强度的复合材料。

因此，本发明的目的在于提供一种纤维分散均匀、浸渍效果更好、制备过程相对简单、对环境无害、高机械强度的碳纤维长纤增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法，所述方法的步骤如下：

(1)采用纺丝级聚醚醚酮专用料通过熔融纺丝方法制备线密度为 12～380D/12F的聚醚醚酮复丝；

(2)将制得的聚醚醚酮复丝通过纤维切断机短切成30～80mm的长度获得聚醚醚酮长纤维，将碳纤维短切成20～70mm的长度获得碳纤维长纤；