專利名稱：：聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于特種工程塑料領(lǐng)域，具體涉及一種聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：蒙脫土是一種無機(jī)物，與聚合物復(fù)合而成的復(fù)合材料具有如下特點(diǎn)只需很少的蒙脫土(添加量為1~10phr，即按質(zhì)量計(jì)，每100份聚合物添加1~10份的蒙脫土)即可使復(fù)合材料具有更高的強(qiáng)度、模量、熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性。由于蒙脫土天然存在，有豐富的資源且價格低廉，所以這種復(fù)合材料成為了近年來新材料和功能材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。1987年日本豐田公司中央研究院Okada等首先采用插層聚合法合成了尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料。1997年，中國科學(xué)院化學(xué)研究所漆宗能也成功制備了尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料，并開發(fā)出了以硅橡膠、聚酯、聚苯乙烯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯等聚合物為基體的粘土納米復(fù)合材料。聚醚醚酮是一類性能優(yōu)異的特種工程塑料，具有耐熱等級高、耐輻射、沖擊強(qiáng)度高、耐磨性和耐疲勞性好、阻燃、電性能優(yōu)異等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械、化工和微電子等許多領(lǐng)域。但是將蒙脫土加入到聚醚醚酮中復(fù)合改性的研究之前未見報道，如果能夠?qū)⒚擅撏羶?yōu)異的性能引入到聚醚醚酮中來不僅可以進(jìn)一步提高聚醚醚酮的性能，而且可以考慮大量添加降低聚醚醚酮的價格。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是制備一種力學(xué)性能良好、制備條件不苛刻、成型加工易行及降低價格的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料，并提供該復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明制備的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能，具有穩(wěn)定的加工性能及相對較低的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料按質(zhì)量計(jì)，聚醚醚酮100份，有機(jī)化蒙脫土的添加量為1~20份。本發(fā)明所采用聚合物是聚醚醚酮，其結(jié)構(gòu)式為進(jìn)一步，選用熔融指數(shù)為1230g/10min聚醚醚酮樹脂。本發(fā)明所采用的有機(jī)化蒙脫土是通過改性劑對鈉基蒙脫土有機(jī)化獲得，改性劑是單十八烷基三甲基氯化胺、雙十八垸基二甲基氯化胺或十六烷基三甲基溴化胺。有機(jī)化蒙脫土的制備方法將10~100克鈉基蒙脫土分散在200~2000毫升的蒸餾水中，攪拌后，靜置1236小時；在20~80攝氏度水浴中進(jìn)行有機(jī)化改性，加入是鈉基蒙脫土重量0.25~1.1倍的單十八烷基三甲基氯化胺，使用電動攪拌漿攪拌0.58小時；將產(chǎn)品冷卻到室溫，用蒸餾水洗，直到滴加AgN03溶液沒有沉淀為止；使用高速離心機(jī)將有機(jī)化蒙脫土與水分離，然后在80~150攝氏度的烘箱中烘干，粉碎，過100~325目的篩子，即得到有機(jī)化蒙脫土。聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料的制備方法，其步驟為將1~20份有機(jī)化蒙脫土和100份聚醚醚酮混合后裝入雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)料筒采用8段式加熱區(qū)域(位于擠出機(jī)料斗和機(jī)頭?？陂g)，第一段溫度為200240'C，第二段溫度為320~350°C，第三段溫度為340~370°C，第四段溫度為340~370°C，第五段溫度為340~370°C，第六段溫度為340~370°C，第七段溫度為340~37CTC，第八段溫度為340~370°C，機(jī)頭?？跍囟葹?30~360°C,經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、切料后得到聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料。進(jìn)一步地，擠出機(jī)料筒的8段式加熱區(qū)域距離相等，螺桿轉(zhuǎn)速在60~180rpm范圍內(nèi)。本發(fā)明采用有機(jī)化蒙脫土對聚醚醚酮復(fù)合改性，得到的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)只需很少量的蒙脫土(添加量110phr)即可使復(fù)合材料具有更高的強(qiáng)度、模量、與聚醚醚酮相同的加工窗口及尺寸穩(wěn)定性；(2)大量添加蒙脫土(添加量15~20phr)時復(fù)合材料的模量和強(qiáng)度均有提高(除了20phr添加量時情形)，斷裂伸長率有所降低，但是不影響材料的加工與使用；(3)添加有機(jī)化蒙脫土后，聚醚醚酮的加工窗口不變，流動性基本不受影響；(4)相對于聚醚醚酮來說，蒙脫土價格便宜(聚醚醚酮50萬元/噸；蒙脫土300元/噸)，因此這種復(fù)合材料有望大幅度降低聚醚醚酮樹脂的價格。圖1:聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料制備過程示意圖2:蒙脫土(MMT)、有機(jī)化蒙脫土(OMMT)的X射線衍射譜。如圖1所示，各部件的名稱為雙螺桿擠出機(jī)的驅(qū)動電機(jī)1，減速裝置2，料斗3，雙螺桿擠出機(jī)螺桿4，擠出機(jī)料筒5，機(jī)頭?？?，料條傳送裝置7，擠出的PEEK/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料料條8，料條切粒系統(tǒng)9。具體實(shí)施例方式下面實(shí)施范例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。PEEK樹脂，由吉林大學(xué)特種工程塑料教育部工程研究中心制備，其熔融指數(shù)13g/10min;蒙脫土(鈉基)，陽離子交換量為90mmol/100g，購于浙江豐虹粘土化工有限公司NanolinDK系列；單十八垸基三甲基氯化胺，純度70%，購于山東長鏈化學(xué)有限公司。實(shí)施例1:聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料的制備首先制備有機(jī)化蒙脫土50克鈉基蒙脫土分散在1000毫升的蒸餾水中，攪拌后，靜置24小時；在4(TC水浴中進(jìn)行有機(jī)改性，加入單十八烷基三甲基氯化胺55.85克，使用電動攪拌漿攪拌1小時；將產(chǎn)品冷卻到室溫，用蒸餾水洗，直到滴加AgN03溶液沒有沉淀為止；使用高速離心機(jī)將有機(jī)化蒙脫土與水分離，然后在120'C的烘箱中烘干，粉碎，過200目的篩子，得到有機(jī)化蒙脫土。對制得的有機(jī)化蒙脫土和鈉基蒙脫土進(jìn)行了X射線衍射的測試從圖2中我們可以看到鈉基蒙脫土(MMT)的(001)特征峰在7.17°處，使用布拉格方程計(jì)算得出鈉基蒙脫土的層間距是1.23nm;而有機(jī)化蒙脫土(OMMT)的特征峰移動到了2.12°處，相對應(yīng)的蒙脫土層間距是4.16nm，這說明改性后的蒙脫土可以有效地增加蒙脫土的層間距，即得到改性效果非常好的有機(jī)化蒙脫土。制備聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料的工藝條件如下將聚醚醚酮PEEK與有機(jī)化蒙脫土混合均勻后由擠出機(jī)料斗3加入到雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，在料筒5中經(jīng)過高溫熔融和螺桿4的剪切擠壓，從機(jī)頭?？?擠出，經(jīng)過料條傳送裝置7，PEEK和有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料料條8由切料系統(tǒng)9切成粒料，最后收集裝袋。雙螺桿擠出機(jī)料筒平均分為8段加熱，控制各段溫度為第一段為22(TC，第二段為34CTC，第三段為35(TC，第四段為355"C，第五段為355。C，第六段為355。C，第七段為355。C，第八段為355。C,機(jī)頭?？跒?4(TC;控制螺桿轉(zhuǎn)速為90rpm。按表1中的配方在雙螺桿擠出機(jī)中加入以下成份，按質(zhì)量計(jì)，其中聚醚醚酮為100份，相應(yīng)地，有機(jī)化蒙脫土的添加量為1~20份。試樣1是純聚醚醚酮樹脂，試樣2~8為不同有機(jī)化蒙脫土添加量的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料。測試標(biāo)準(zhǔn):所得粒料按照GB/T1040-1992標(biāo)準(zhǔn)制備樣條，在23±2°C，50±5%濕度狀態(tài)下調(diào)節(jié)24小時進(jìn)行拉伸性能的測試；所得粒料按照GB/T9341-2000標(biāo)準(zhǔn)制備樣條，在23士2'C，50±5%濕度狀態(tài)下調(diào)節(jié)24小時進(jìn)行彎曲性能的測試。使用的儀器是閂本島津公司的AG-1型萬能試驗(yàn)機(jī)。表1:聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從圖中數(shù)據(jù)可以看出，小比例添加蒙脫土(1~10phr)，隨著蒙脫土添加量的增加，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量呈遞增趨勢，斷裂伸長率小幅度降低；大比例添加蒙脫土(15~20phr)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量雖然不如部分小比例添加蒙脫土制備的復(fù)合材料的高，但是仍然比純聚醚醚酮樹脂的高(蒙脫土添加量20phr制得的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度除外)。所以說可以考慮大比例添加有機(jī)化蒙脫土用來降低聚醚醚酮的價格。權(quán)利要求1.聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料，其特征在于按質(zhì)量計(jì)，聚醚醚酮為100份，有機(jī)化蒙脫土的添加量為1～20份。2、如權(quán)利要求1所述的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料，其特征在于聚醚醚酮樹脂的熔融指數(shù)為12~30g/10min。3、如權(quán)利要求1所述的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料，其特征在于有機(jī)化蒙脫土是通過改性劑對鈉基蒙脫土有機(jī)化獲得。4、如權(quán)利要求3所述的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料，其特征在于改性劑是單十八垸基三甲基氯化胺、雙十八垸基二甲基氯化胺或十六烷基三甲基溴化胺。5、如權(quán)利要求4所述的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料，其特征在于是將10~100克鈉基蒙脫土分散在200~2000毫升的蒸餾水中，攪拌后，靜置12~36小時；在2080攝氏度水浴中進(jìn)行有機(jī)化改性，加入是鈉基蒙脫土質(zhì)量0.25~1.1倍的改性劑，使用電動攪拌漿攪拌0.58小時；再將產(chǎn)品冷卻到室溫，用蒸餾水洗，直到滴加AgN03溶液沒有沉淀為止；使用高速離心機(jī)將有機(jī)化蒙脫土與水分離，然后在80~150攝氏度的烘箱中烘干，粉碎，過100~325目的篩子，即得到有機(jī)化蒙脫土。6、權(quán)利要求1所述聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下將1~20份有機(jī)化蒙脫土和100份聚醚醚酮混合后裝入雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)料筒采用8段式加熱區(qū)域，第一段溫度為20024CrC，第二段溫度為320~350°C，第三段溫度為340~370°C，第四段溫度為340~370°C，第五段溫度為340~370°C，第六段溫度為340~37(TC，第七段溫度為340~370°C，第八段溫度為340~370°C，機(jī)頭?？跍囟葹?30~360°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、切料后得到聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料。7、如權(quán)利要求6所述的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料的制備方法，其特征在于擠出機(jī)料筒的8段式加熱區(qū)域距離相等。全文摘要本發(fā)明屬于特種工程塑料領(lǐng)域，具體涉及一種聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明所述的聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料，按質(zhì)量計(jì)，是以100份的聚醚醚酮為基準(zhǔn)，通過改變有機(jī)化蒙脫土的添加量(1～20份)，而后在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，通過控制雙螺桿擠出機(jī)料筒各段溫度制備得到。本發(fā)明通過添加少量有機(jī)化蒙脫土(1～10份)即可以使聚醚醚酮/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料具有更高的強(qiáng)度、模量、與聚醚醚酮相同的加工窗口及尺寸穩(wěn)定性等特性；并且由于蒙脫土天然存在，資源豐富且價格低廉，可以大量添加(15～20份)的蒙脫土，從而降低聚醚醚酮復(fù)合材料的成本，并且不影響使用性能。文檔編號C08K9/00GK101367994SQ20081005125公開日2009年2月18日申請日期2008年10月10日優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日發(fā)明者任殿福,吳忠文,政周,姜振華,張淑玲,王貴賓,焱趙申請人:吉林大學(xué)