导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及导电材料领域，具体是一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.新型高性能聚合物的创造发明与推广应用是当代材料科技发展的重要里程碑。但塑料类制品，日常生活中易产生静电累积，如粘附灰尘，产生火花，火灾等。为了防止和消除静电作用的影响，保护实现静电屏蔽作用，可采用的途径是将导电物质填充高分子材料，制备出抗静电复合材料。
3.作为工程塑料，聚醚醚酮(peek)以卓越的综合性能及性价比，在科技领域和商业领域，取得了令人瞩目的快速成长。但聚醚醚酮具有绝缘性所带来的静电作用制约了其特殊领域应用，为进一步扩展其应用，充分发挥其性能优势，关键要提高抗静电能力。
4.现有技术中，铟掺杂二氧化锡(ito)是一种n型半导体材料，作为导电材料，在耐候性、耐磨性、安全性、光学性及热学性能等特性，对比其他的导电材料如(如石墨，金属粉)，更具优势。广泛应用于液晶显示器，太阳能电池，催化剂等领域。目前，纳米ito粉体在高分子材料基材中，界面相容性较差，影响了实际应用效果。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料及其制备方法，本导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料具有良好的防静电性，另外，制备方法中，将纳米ito粉体和碳纤维粉末预先经过表面改性处理，有效改善其与高分子基材(即peek)的界面结合性能，相容性良好；制备方法相对简单，易于操作，适合产业化。
6.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
7.一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料，包括以下原料：peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末。
8.作为本发明进一步改进的技术方案，所述的改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体。
9.作为本发明进一步改进的技术方案，所述的改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末。
10.作为本发明进一步改进的技术方案，所述的表面活性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种。
11.作为本发明进一步改进的技术方案，所述的改性纳米ito粉体的粒径为30-80nm，比表面积为82m2/g，体积密度为0.6g/cm3。
12.作为本发明进一步改进的技术方案，所述的改性纳米ito粉体的质量分数占总质量的3-10％，所述的改性碳纤维粉末的质量分数占总质量的2-6％。
13.为实现上述技术目的，本发明采取的另一个技术方案为：
14.一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
15.步骤1、将peek模压粉料进行干燥；
16.步骤2：按一定的质量比称取烘干后的peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末，并进行混料；其中，改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；
17.步骤3：将混合后的材料放入热压模腔中，熔融后，在一定压力下成型，冷却到一定温度时脱模，脱模后得到毛坯；
18.步骤4：毛坯在一定温度下进行保温，保温后自然冷却，再经机加工处理可得到导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料。
19.作为本发明进一步改进的技术方案，具体包括以下步骤：
20.步骤1、将peek模压粉料在120℃干燥3h；
21.步骤2：按一定的质量比称取烘干后的peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末，放入高速搅拌机中混料30min；其中，改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；
22.步骤3：将混合后的材料放入380-390℃的热压模腔中，熔融后，在15mpa的压力下成型，冷却至130℃时脱模，脱模后得到毛坯；
23.步骤4：毛坯在180℃下保温3h，自然冷却，再经机加工处理可得到导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料。
24.作为本发明进一步改进的技术方案，其中改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，具体包括以下步骤：
25.称取纳米ito粉体50g，真空干燥3h，之后加入水中，用高速剪切机剪切15min，再超声处理1h，使纳米ito粉体均匀分散于水中，得到纳米ito分散溶液；
26.将纳米ito分散溶液放入至三口烧瓶中，将定量的表面改性剂加入三口烧瓶中，三口烧瓶中的溶液于75℃搅拌30min后，于130℃回流6h，真空抽滤，得到滤饼；
27.滤饼用无水乙醇洗涤后，真空干燥2h，研磨，得到改性纳米ito粉体。
28.作为本发明进一步改进的技术方案，其中改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末，具体包括以下步骤：
29.s11、将碳纤维粉末浸泡在无水乙醇中，超声清洗15min，去离子水清洗干净后，放于120℃的烘箱中干燥3h，再用60wt％的浓硝酸对干燥后的碳纤维粉末进行预处理，75℃水浴中处理30min，将处理完成后的碳纤维粉末使用去离子水清洗干净；
30.s12、量取质量分数分别为75％的无水乙醇、20％的表面活性剂及15％的去离子水，常温下混合搅拌30min，得到表面活性剂混合液；
31.s13、将步骤s11得到的碳纤维粉末置于配好的表面活性剂混合液中，75℃下搅拌处理2h，将处理完成后的碳纤维粉末取出并清洗干燥，即可得到表面改性后的碳纤维粉末，简称改性碳纤维粉末。
32.本发明的有益效果为：
33.本发明制备的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料属于防静电材料，电阻率
低，具有良好的防静电性；本发明将纳米ito和碳纤维粉末预先经过表面改性处理，有效改善其与高分子基材(peek)的界面结合性能，相容性良好。本发明制备方法相对简单，易于操作，适合产业化。本发明制备的防静电材料其具有良好的导电性，耐化学性、耐候性、耐磨性、机械性等特性。
具体实施方式
34.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
35.peek，粉末状，粒径为100-260nm；改性纳米ito粉体，粒径为30-80nm，比表面积为82m2/g，体积密度为0.6g/cm3，纯度为99％；改性碳纤维粉末，纤维长径比为5.62。
36.实施例1：
37.一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
38.步骤1、将peek模压粉料在120℃干燥3h；
39.步骤2：按质量比为95：3：2称取烘干后的peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末，放入高速搅拌机中混料30min；其中，改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；
40.步骤3：将混合后的材料放入380-390℃的热压模腔中，熔融后，在15mpa的压力下成型，冷却至130℃时脱模，脱模后得到毛坯；
41.步骤4：毛坯在180℃下保温3h，自然冷却，再经机加工处理可得到导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料。
42.实施例2：
43.一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
44.步骤1、将peek模压粉料在120℃干燥3h；
45.步骤2：按质量比为93：5：2称取烘干后的peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末，放入高速搅拌机中混料30min；其中，改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；
46.步骤3：将混合后的材料放入380-390℃的热压模腔中，熔融后，在15mpa的压力下成型，冷却至130℃时脱模，脱模后得到毛坯；
47.步骤4：毛坯在180℃下保温3h，自然冷却，再经机加工处理可得到导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料。
48.实施例3：
49.一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
50.步骤1、将peek模压粉料在120℃干燥3h；
51.步骤2：按质量比为88：10：2称取烘干后的peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末，放入高速搅拌机中混料30min；其中，改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过
表面活性剂改性处理得到的粉体，改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；
52.步骤3：将混合后的材料放入380-390℃的热压模腔中，熔融后，在15mpa的压力下成型，冷却至130℃时脱模，脱模后得到毛坯；
53.步骤4：毛坯在180℃下保温3h，自然冷却，再经机加工处理可得到导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料。
54.实施例4：
55.一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
56.步骤1、将peek模压粉料在120℃干燥3h；
57.步骤2：按质量比为84：10：6称取烘干后的peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末，放入高速搅拌机中混料30min；其中，改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；
58.步骤3：将混合后的材料放入380-390℃的热压模腔中，熔融后，在15mpa的压力下成型，冷却至130℃时脱模，脱模后得到毛坯；
59.步骤4：毛坯在180℃下保温3h，自然冷却，再经机加工处理可得到导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料。
60.实施例1-4中：
61.其中改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，具体包括以下步骤：
62.称取纳米ito粉体50g，真空干燥3h，之后加入水中，用高速剪切机剪切15min，再超声处理1h，使纳米ito粉体均匀分散于水中，得到纳米ito分散溶液；
63.将纳米ito分散溶液放入至三口烧瓶中，将定量的表面改性剂(与纳米ito粉体质量比1：4)加入三口烧瓶中，三口烧瓶中的溶液于75℃搅拌30min后，于130℃回流6h，真空抽滤，得到滤饼；
64.滤饼用无水乙醇洗涤后，真空干燥2h，研磨，得到改性纳米ito粉体。
65.其中改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末，具体包括以下步骤：
66.s11、将碳纤维粉末浸泡在无水乙醇中，超声清洗15min，去离子水清洗干净后，放于120℃的烘箱中干燥3h，再用60wt％的浓硝酸对干燥后的碳纤维粉末进行预处理，75℃水浴中处理30min，将处理完成后的碳纤维粉末使用去离子水清洗干净；
67.s12、量取质量分数分别为75％的无水乙醇、20％的表面活性剂及15％的去离子水，常温下混合搅拌30min，得到表面活性剂混合液；
68.s13、将步骤s11得到的碳纤维粉末置于配好的表面活性剂混合液中，75℃下搅拌处理2h，将处理完成后的碳纤维粉末取出并清洗干燥，即可得到表面改性后的碳纤维粉末，简称改性碳纤维粉末。
69.其中，表面活性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种。
70.对比例1：
71.为了与本技术方案比较，与实施例1的区别在于，称取相同总量的烘干后纯peek模
压粉(不包含改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末)，其他的制备方法步骤与实施例1完全一致。
72.对比例2：
73.为了与本技术方案比较，与实施例2的区别在于，纳米ito粉体、碳纤维粉末均未经过表面改性处理，进而与peek模压粉料混合制备复合材料，其他的制备方法步骤与实施例2相同。
74.对实施例1-4及对比例1-2制得的导电复合材料作性能测试。
75.本发明中采用的测试方法如下：
76.摩擦磨损性能：按照gb 3960—2016测试，试验前用1200目金相砂纸打磨。试验条件为正载荷196n，摩擦力矩5n
·
m，转速200r/min，测试时间120min，干摩擦，室温23
±
2℃。
77.电学性能参考gb/t 1410-2006/iec 60093:1980，测试环境：温度23
±
2℃，相对湿度rh≤75％，导电电极：铜板，绝缘垫：大理石台。
78.表1、性能测试结果：
[0079][0080]
由上述的结果可以得出，本发明实施例1-4中掺铟氧化锡与聚醚醚酮复合材料具有良好的抗静电性能、耐磨性。对比例1中由于未添加纳米抗静电填料及碳纤维材粉，从而影响抗静电性能与耐磨性，对比例2中，纳米ito粉体和碳纤维未经表面活性剂的处理，与高分子基材的界面结合性能差，可能导致混料不均，影响其耐磨性。peek中填充改性后的纳米ito粉体和碳纤维，两者协同改善了抗静电效果与耐磨性。
[0081]
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料，其特征在于，包括以下原料：peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末。2.根据权利要求1所述的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料，其特征在于，所述的改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体。3.根据权利要求2所述的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料，其特征在于，所述的改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末。4.根据权利要求3所述的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料，其特征在于，所述的表面活性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种。5.根据权利要求1所述的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料，其特征在于，所述的改性纳米ito粉体的粒径为30-80nm，比表面积为82m2/g，体积密度为0.6g/cm3。6.根据权利要求1所述的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料，其特征在于，所述的改性纳米ito粉体的质量分数占总质量的3-10％，所述的改性碳纤维粉末的质量分数占总质量的2-6％。7.一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将peek模压粉料进行干燥；步骤2：按一定的质量比称取烘干后的peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末，并进行混料；其中，改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；步骤3：将混合后的材料放入热压模腔中，熔融后，在一定压力下成型，冷却到一定温度时脱模，脱模后得到毛坯；步骤4：毛坯在一定温度下进行保温，保温后自然冷却，再经机加工处理可得到导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料。8.根据权利要求7所述的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、将peek模压粉料在120℃干燥3h；步骤2：按一定的质量比称取烘干后的peek模压粉料、改性纳米ito粉体和改性碳纤维粉末，放入高速搅拌机中混料30min；其中，改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；步骤3：将混合后的材料放入380-390℃的热压模腔中，熔融后，在15mpa的压力下成型，冷却至130℃时脱模，脱模后得到毛坯；步骤4：毛坯在180℃下保温3h，自然冷却，再经机加工处理可得到导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料。9.根据权利要求7所述的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，其特征在于，其中改性纳米ito粉体是由纳米ito粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体，具体包括以下步骤：称取纳米ito粉体50g，真空干燥3h，之后加入水中，用高速剪切机剪切15min，再超声处理1h，使纳米ito粉体均匀分散于水中，得到纳米ito分散溶液；
将纳米ito分散溶液放入至三口烧瓶中，将定量的表面改性剂加入三口烧瓶中，三口烧瓶中的溶液于75℃搅拌30min后，于130℃回流6h，真空抽滤，得到滤饼；滤饼用无水乙醇洗涤后，真空干燥2h，研磨，得到改性纳米ito粉体。10.根据权利要求7所述的导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料的制备方法，其特征在于，其中改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末，具体包括以下步骤：s11、将碳纤维粉末浸泡在无水乙醇中，超声清洗15min，去离子水清洗干净后，放于120℃的烘箱中干燥3h，再用60wt％的浓硝酸对干燥后的碳纤维粉末进行预处理，75℃水浴中处理30min，将处理完成后的碳纤维粉末使用去离子水清洗干净；s12、量取质量分数分别为75％的无水乙醇、20％的表面活性剂及15％的去离子水，常温下混合搅拌30min，得到表面活性剂混合液；s13、将步骤s11得到的碳纤维粉末置于配好的表面活性剂混合液中，75℃下搅拌处理2h，将处理完成后的碳纤维粉末取出并清洗干燥，即可得到表面改性后的碳纤维粉末，简称改性碳纤维粉末。

技术总结
本发明公开了一种导电掺铟氧化锡与聚醚醚酮的复合材料及其制备方法，包括以下原料：PEEK模压粉料、改性纳米ITO粉体和改性碳纤维粉末；所述的改性纳米ITO粉体是由纳米ITO粉体经过表面活性剂改性处理得到的粉体；所述的改性碳纤维粉末是由碳纤维粉末经过表面活性剂改性处理得到的粉末；本发明预先将纳米ITO和碳纤维进行表面改性，改善了在高分子基材中的界面性能，提高了相容性，有效提高混料均匀。本发明防静电材料电阻率低，具有良好的防静电性，纳米ITO粉体和碳纤维，协同作用，整体改善了耐磨性和抗静电效果。了耐磨性和抗静电效果。


技术研发人员：孙克原 陈勤勤 王孝刚 夏炎 杨文光
受保护的技术使用者：南京肯特复合材料股份有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/9