一种聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及聚醚酰亚胺复合材料技术领域，具体属于一种聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚醚酰亚胺(简称pei)是无定形聚醚酰亚胺所制造的超级工程塑料，其不仅具有普通塑料具有的抗化学性，同时还具有较好的耐高温及尺寸稳定性，以及阻燃、电气性、高强度、高刚性等，因此聚醚酰亚胺被广泛应用于医疗、电器和航空等领域。然而现有的聚醚酰亚胺制品存在缺口应力敏感、开裂和耐候性差的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法，克服了现有技术的不足，降低了聚醚酰亚胺的缺口应力敏感性，提高了耐候性。
4.为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
5.一种聚醚酰亚胺复合材料，由以下重量份的原料制成：
6.聚醚酰亚胺85-90份；
7.耐磨助剂3-7份；
8.基体增强剂1-5份；
9.添加剂0.5-1.5份；
10.所述基体增强剂由31-70份基材、5-15份丁腈橡胶粉制成。
11.其中，耐磨助剂为聚四氟乙烯。
12.其中，所述基材的制备方法包括以下步骤：按重量份将60-70份玻璃纤维置于40-60℃的碱液中表面处理10-15min，然后过滤出玻璃纤维，将玻璃纤维水洗至中性，烘干，得到基材。
13.其中，基材为处理后的玻璃纤维，处理方法为：按重量份将60-70份玻璃纤维置于40-60℃的碱液中表面处理10-15min，然后过滤出玻璃纤维，将玻璃纤维水洗至中性，烘干，得到基材。
14.其中，基材为30-40重量份碳纤维与1-1.5重量份交联附着促进剂xh-9040的混合物。其中交联附着促进剂能够对丁腈橡胶和碳纤维进行交联，提高碳纤维与聚醚酰亚胺混合时的结合强度。
15.其中，添加剂由聚甲基三乙氧基硅烷和n-甲基二乙醇胺按质量比5:1-1.5组成。聚甲基三乙氧基硅烷分子链与聚醚酰亚胺分子链混合后，聚甲基三乙氧基硅烷分子链能够起到憎水和支撑的作用，而n-甲基二乙醇胺能够中和复合材料机体内的酸性和碱性基团，及与丁腈橡胶结合，提高复合材料的抗老化性能和力学性能。
16.其中，所述丁腈橡胶粉的丙烯腈含量为30-33％。由于丁腈橡胶内含有强吸电子基团丙烯腈，因此，丁腈橡胶与玻璃纤维表面形成的羧基和羟基能够形成分子间氢键，使丁腈
橡胶能够作为附着媒介，提高玻璃纤维与聚醚酰亚胺分子链之间的相容性，从而避免整个复合材料力学性能的降低；此外，丁腈橡胶内的丙烯腈也能够与聚醚酰亚胺内的活性官能团作用，同时在丁腈橡胶和添加剂的复配作用下，降低了该复合材料的缺口应力敏感性。
17.聚醚酰亚胺复合材料的制备方法包括以下步骤：按重量份将聚醚酰亚胺和基体增强剂加热至150-180℃干燥1-1.5h，然后加热至300-350℃搅拌20-30min，混合均匀；然后按配比加入混合均匀的耐磨助剂和添加剂，在300-320℃下继续搅拌1-1.5h，然后送入造粒机造粒，得到聚醚酰亚胺复合材料。
18.本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
19.1、通过改进聚醚酰亚胺复合材料的配方，有效地提高了材料的耐用性能；
20.2、本发明通过使用基体增强剂和添加剂，降低了复合材料的缺口敏感性，使加工的聚醚酰亚胺复合材料制品的耐用性得到了显著提高。
21.3、本发明使用的原料成本较低，降低了生产成本。
具体实施方式
22.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明使用的原料聚醚酰亚胺购买于上海玉宴新材料有限公司，牌号：棒材级1000-1000；聚四氟乙烯购买于中航新材料(山东)有限公司；聚甲基三乙氧基硅烷购买于南京罗恩硅材料有限公司；碳纤维购买于江苏苏通碳纤维有限公司；丁腈橡胶粉购买于安庆华兰科技有限公司，丁腈橡胶粉的丙烯腈含量为30-33％；交联附着促进剂xh-9040购买于东莞市旭华新材料科技有限公司。
24.实施例1
25.首先，将60kg玻璃纤维置于40℃的碱液中表面处理15min，然后过滤出玻璃纤维，将玻璃纤维水洗至中性，烘干，得到基材，然后将60kg基材与10kg丁腈橡胶粉混合均匀，并加热至120℃搅拌混合均匀，冷却后得到基体增强剂。
26.然后，将聚甲基三乙氧基硅烷和n-甲基二乙醇胺按质量比5:1混合均匀，得到添加剂。
27.最后，将85kg聚醚酰亚胺和1kg基体增强剂加热至150℃干燥1.5h，然后加热至300℃搅拌30min，混合均匀；接着加入由3kg耐磨助剂聚四氟乙烯和0.5kg添加剂组成的混合物料，在300℃下继续搅拌1.5h，然后送入造粒机造粒，得到聚醚酰亚胺复合材料。
28.实施例2
29.首先，将70kg玻璃纤维置于60℃的碱液中表面处理10min，然后过滤出玻璃纤维，将玻璃纤维水洗至中性，烘干，得到基材，然后将70kg基材与15kg丁腈橡胶粉混合均匀，并加热至150℃搅拌混合均匀，冷却后得到基体增强剂。
30.然后，将聚甲基三乙氧基硅烷和n-甲基二乙醇胺按质量比5:1.5混合均匀，得到添加剂。
31.最后，将90kg聚醚酰亚胺和5kg基体增强剂加热至180℃干燥1h，然后加热至350℃
搅拌20min，混合均匀；接着加入由7kg耐磨助剂聚四氟乙烯和1.5kg添加剂组成的混合物料，在320℃下继续搅拌1h，然后送入造粒机造粒，得到聚醚酰亚胺复合材料。
32.实施例3
33.首先，将65kg玻璃纤维置于55℃的碱液中表面处理10min，然后过滤出玻璃纤维，将玻璃纤维水洗至中性，烘干，得到基材，然后将65kg基材与13kg丁腈橡胶粉混合均匀，并加热至135℃搅拌混合均匀，冷却后得到基体增强剂。
34.然后，将聚甲基三乙氧基硅烷和n-甲基二乙醇胺按质量比5:1.2混合均匀，得到添加剂。
35.最后，将86kg聚醚酰亚胺和3.5kg基体增强剂加热至170℃干燥1h，然后加热至325℃搅拌25min，混合均匀；接着加入由5.2kg耐磨助剂聚四氟乙烯和1.1kg添加剂组成的混合物料，在320℃下继续搅拌1.5h，然后送入造粒机造粒，得到聚醚酰亚胺复合材料。
36.实施例4
37.与实施例3的区别在于，将3.5kg基体增强剂替换为3.5kg玻璃纤维，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
38.实施例5
39.与实施例3的区别在于，丁腈橡胶粉的添加量为0，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
40.实施例6
41.与实施例3的区别在于，聚甲基三乙氧基硅烷的添加量为0，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
42.实施例7
43.与实施例3的区别在于，n-甲基二乙醇胺的添加量为0，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
44.实施例8
45.与实施例3的区别在于丁腈橡胶粉的丙烯腈含量为36-41％，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
46.将实施例3-8的聚醚酰亚胺复合材料分别在330℃下融化，制成样品，然后按照gb/t 1451-2005纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法国家标准进行冲击强度的测试；按照gb/t 1040.1-2018塑料拉伸性能测试国家标准进行拉伸强度的测试；按照gb/t 9341-2008塑料弯曲性能测试国家标准进行弯曲强度的测试；按照gb/t 16422.3-1997塑料实验室光源暴露试验方法(第3部分)测试耐老化性能，测试结果如下表所示：
[0047][0048]
由上表的测试结果可以看出，本发明制备的改性玻璃纤维显著提高了聚醚酰亚胺复合材料的抗冲击能力，其中改性玻璃纤维内加入的丁腈橡胶与添加剂进行复配使用后，不仅提高了玻璃纤维与聚醚酰亚胺基体的结合强度，提高了聚醚酰亚胺复合材料的拉伸和弯曲强度；而丁腈橡胶粉与玻璃纤维表面的官能团能够产生相互作用力，从而使聚醚酰亚胺复合材料的抗冲击能力得到提高；同时在添加剂内的部分n-甲基二乙醇胺能与丁腈橡胶的丙烯腈进行反应，而聚甲基三乙氧基硅烷能够对分子间游离水产生排斥效应，从而提高了聚醚酰亚胺复合材料稳定性，提高了抗老化能力。
[0049]
实施例9
[0050]
首先，将30kg碳纤维与5kg丁腈橡胶粉、1kg交联附着促进剂xh-9040搅拌混合，并加热至125℃，在真空条件下搅拌混合反应0.5h，冷却后得到基体增强剂。
[0051]
然后，将聚甲基三乙氧基硅烷和n-甲基二乙醇胺按质量比5:1混合均匀，得到添加剂。
[0052]
最后，将85kg聚醚酰亚胺和1kg基体增强剂加热至150℃干燥1h，然后加热至300℃搅拌20min，混合均匀；接着加入由3kg耐磨助剂聚四氟乙烯和0.5kg添加剂组成的混合物料，在300℃下继续搅拌1h，然后送入造粒机造粒，得到聚醚酰亚胺复合材料。
[0053]
实施例10
[0054]
首先，将40kg碳纤维与8kg丁腈橡胶粉、1.5kg交联附着促进剂xh-9040搅拌混合，并加热至135℃，在真空条件下搅拌混合反应1h，冷却后得到基体增强剂。
[0055]
然后，将聚甲基三乙氧基硅烷和n-甲基二乙醇胺按质量比5:1.5混合均匀，得到添加剂。
[0056]
最后，将90kg聚醚酰亚胺和5kg基体增强剂加热至180℃干燥1.5h，然后加热至350℃搅拌30min，混合均匀；接着加入由7kg耐磨助剂聚四氟乙烯和1.5kg添加剂组成的混合物料，在320℃下继续搅拌1.5h，然后送入造粒机造粒，得到聚醚酰亚胺复合材料。
[0057]
实施例11
[0058]
首先，将34kg碳纤维与6kg丁腈橡胶粉、1.3kg交联附着促进剂xh-9040搅拌混合，并加热至125℃-135℃，在真空条件下搅拌混合反应1h，冷却后得到基体增强剂。
[0059]
然后，将聚甲基三乙氧基硅烷和n-甲基二乙醇胺按质量比5:1.3混合均匀，得到添加剂。
[0060]
最后，将87kg聚醚酰亚胺和3kg基体增强剂加热至170℃干燥1.5h，然后加热至345℃搅拌25min，混合均匀；接着加入由5kg耐磨助剂聚四氟乙烯和1.2kg添加剂组成的混合物料，在310℃下继续搅拌1.5h，然后送入造粒机造粒，得到聚醚酰亚胺复合材料。
[0061]
实施例12
[0062]
与实施例11的区别在于，将3kg基体增强剂替换为3kg碳纤维，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
[0063]
实施例13
[0064]
与实施例11的区别在于，丁腈橡胶粉的添加量为0，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
[0065]
实施例14
[0066]
与实施例11的区别在于，交联附着促进剂xh-9040的添加量为0，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
[0067]
实施例15
[0068]
与实施例11的区别在于，聚甲基三乙氧基硅烷的添加量为0，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
[0069]
实施例16
[0070]
与实施例11的区别在于，n-甲基二乙醇胺的添加量为0，制备得到聚醚酰亚胺复合材料。
[0071]
将实施例11-16的聚醚酰亚胺复合材料分别在330℃下融化，制成样品，然后按照gb/t 1451-2005纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法国家标准进行冲击强度的测试；按照gb/t 1040.1-2018塑料拉伸性能测试国家标准进行拉伸强度的测试；按照gb/t 9341-2008塑料弯曲性能测试国家标准进行弯曲强度的测试；按照gb/t 16422.3-1997塑料实验室光源暴露试验方法(第3部分)测试耐老化性能，测试结果如下表所示：
[0072][0073]
由上表的测试结果可以看出，本发明制备的基体增强剂显著提高了聚醚酰亚胺复合材料的抗冲击能力，其中基体增强剂内加入的丁腈橡胶和交联附着促进剂与添加剂进行复配使用后，不仅提高了碳纤维与聚醚酰亚胺基体的结合强度，提高了聚醚酰亚胺复合材料的拉伸和弯曲强度；而丁腈橡胶粉和交联附着促进剂与碳纤维表面的官能团能够产生交
联作用，从而使聚醚酰亚胺复合材料的抗冲击能力得到提高；同时部分n-甲基二乙醇胺能与丁腈橡胶的丙烯腈进行反应，而聚甲基三乙氧基硅烷能够对分子间游离水产生排斥效应，从而提高了聚醚酰亚胺复合材料稳定性，提高了抗老化能力。
[0074]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚醚酰亚胺85-90份；耐磨助剂3-7份；基体增强剂1-5份；添加剂0.5-1.5份；所述基体增强剂由31-70份基材、5-15份丁腈橡胶粉制成。2.根据权利要求1所述的一种聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述基材的制备方法包括以下步骤：按重量份将60-70份玻璃纤维置于40-60℃的碱液中表面处理10-15min，然后过滤出玻璃纤维，将玻璃纤维水洗至中性，烘干，得到基材。3.根据权利要求1所述的一种聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于：按重量份，所述基材包括30-40份碳纤维与1-1.5份交联附着促进剂xh-9040。4.根据权利要求1所述的一种聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述基体增强剂的制备方法为：将基材与丁腈橡胶粉按重量份混合均匀，并加热至120℃-150℃搅拌混合均匀，冷却后，得到基体增强剂。5.根据权利要求1所述的一种聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述丁腈橡胶粉的丙烯腈含量为30-33％。6.根据权利要求1所述的一种聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述耐磨助剂为聚四氟乙烯。7.根据权利要求1所述的一种聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述添加剂由聚甲基三乙氧基硅烷和n-甲基二乙醇胺按质量比5:1-1.5组成。8.制备权利要求1所述的聚醚酰亚胺复合材料的方法，包括以下步骤：按重量份将聚醚酰亚胺和基体增强剂加热至150-180℃干燥1-1.5h，然后加热至300-350℃搅拌20-30min，混合均匀；然后按配比加入混合均匀的耐磨助剂和添加剂，在300-320℃下继续搅拌1-1.5h，然后送入造粒机造粒，得到聚醚酰亚胺复合材料。

技术总结
本发明公开了一种聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法，聚醚酰亚胺复合材料，由以下重量份的原料制成：聚醚酰亚胺85-90份、耐磨助剂3-7份、基体增强剂1-5份、添加剂0.5-1.5份；基体增强剂由31-70份基材、5-15份丁腈橡胶粉制成，本发明克服了现有技术的不足，降低了聚醚酰亚胺的缺口应力敏感性，提高了耐候性。提高了耐候性。


技术研发人员：李平 彭赛 温夫美
受保护的技术使用者：常州德毅新材料科技有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/12