專利名稱：一種含氧化釓的聚醚醚酮復(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技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料(聚醚醚酮/氧化釓復(fù)合材料)及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種高能射線在軍事、通訊、醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域和日常生活中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，各種射線也對(duì)人們的身體健康帶來(lái)了一些危害。所以射線防護(hù)材料的研制、生產(chǎn)與應(yīng)用，是民用醫(yī)療衛(wèi)生防護(hù)工作的重點(diǎn)之一，也是核能開(kāi)發(fā)領(lǐng)域、軍用領(lǐng)域射線防護(hù)的重要組成部分。傳統(tǒng)的高分子射線屏蔽材料所含有的射線吸收物質(zhì)一般以鉛、鋇及其化合物為主，鉛的原子序數(shù)為82，具有良好的射線吸收特性，鉛對(duì)低能或高能X光子和Y光子均有很高的衰減本領(lǐng)，而且易加工、價(jià)格便宜，因此鉛是一種屏蔽X-射線電離輻射的理想物質(zhì)，但由于鉛在40-88keV的射線范圍內(nèi)吸收弱，另外含有鉛、鋇的聚合物屏蔽材料存在有毒性、不耐高溫、硬度低等缺點(diǎn)。因而，選擇新一代材料來(lái)代替Pb迫在眉睫，由于稀土元素對(duì)低能和中能射線的吸收優(yōu)于鉛，且其重量輕，故可選用稀土化合物與聚合物制成復(fù)合屏蔽材料，它具有比傳統(tǒng)的鉛屏蔽材料重量輕，防護(hù)效果好并且可回收再利用的優(yōu)點(diǎn)，所以這種復(fù)合材料成為近年來(lái)功能材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。俄羅斯專利RU2054439、RU2028331公開(kāi)了以無(wú)機(jī)稀土氧化物填料改性的橡膠防X射線復(fù)合材料，但是由于無(wú)機(jī)稀土氧化物與橡膠基體相容性差，因此在其與聚合物基體的界面處容易出現(xiàn)空隙，這些空隙在高能射線照射時(shí)很容易被透過(guò)，甚至出現(xiàn)漏射線的現(xiàn)象，材料的屏蔽均一性能也難以保證，因此材料的性能穩(wěn)定性也難以控制。中國(guó)專利CN1322047C公開(kāi)了一種稀土改性全無(wú)鉛X射線屏蔽塑料，是將無(wú)機(jī)稀土的一部分用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性處理，另一部分進(jìn)行有機(jī)化反應(yīng)處理，二者再以一定比例進(jìn)行配合加入塑料中，得到屏蔽性能、力學(xué)性能理想的材料。中國(guó)專利CN101572129B公開(kāi)了一種全無(wú)鉛X射線屏蔽塑料復(fù)合材料，將金屬錫及其化合物，金屬鎢及其化合物，鉍及其化合物等與塑料復(fù)合制備可在40-170kVp能量區(qū)間實(shí)現(xiàn)全屏蔽的復(fù)合塑料。聚醚醚酮樹(shù)脂是目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功的特種工程塑料中的一個(gè)重要家族，其具有耐熱等級(jí)高、耐輻射、耐水解、抗靜電、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)。自商品化以來(lái)，已經(jīng)在航空航天、汽車、電子電器、化工、機(jī)械和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域獲得了的廣泛的應(yīng)用。為了滿足聚醚醚酮樹(shù)脂不同的使用要求，通常在聚醚醚酮樹(shù)脂中加入無(wú)機(jī)填料、玻璃纖維、碳纖維等或者其他樹(shù)脂共混進(jìn)行共混，這樣不僅可以降低制品成本，還能改善聚醚醚酮的成型加工性能和使用性能。本發(fā)明中將稀土氧化釓加入到聚醚醚酮中制備復(fù)合材料的研究之前未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，制備可用于射線防護(hù)的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料。其一是利用氧化釓作為填充材料，磺化聚醚醚酮作為改性劑，聚醚醚酮作為基體材料，通過(guò)熔融共混的方法，制備含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料；其二是利用氧化釓作為填充材料，聚醚醚酮作為基體材料，通過(guò)熔融共混的方法，制備含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料。本發(fā)明的技術(shù)方案如下。一種含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料，組成有聚醚醚酮，磺化聚醚醚酮和氧化釓 ’聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮和氧化釓的總質(zhì)量份數(shù)為100，則氧化釓質(zhì)量份數(shù)為X=5 35，磺化聚醚醚酮質(zhì)量份數(shù)為0 0. 08X，余量為聚醚醚酮。本發(fā)明制備的復(fù)合材料中稀土含量大，氧化釓?fù)ㄟ^(guò)改性劑磺化聚醚醚酮處理后達(dá)到了良好的分散效果，而且提高了聚醚醚酮基體與氧化釓粒子的界面相容性，使材料的力學(xué)性能和熱學(xué)性能都能滿足作為射線屏蔽材料的基本要求。我國(guó)稀土資源豐富，品種多樣，因此，本發(fā)明的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料具有很好的射線屏蔽應(yīng)用前景。本發(fā)明所述的聚醚醚酮，其結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1.一種含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料，組成有聚醚醚酮，磺化聚醚醚酮和氧化釓 ’聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮和氧化釓的總質(zhì)量份數(shù)為100，其中氧化釓質(zhì)量份數(shù)為X=5 35，磺化聚醚醚酮質(zhì)量份數(shù)為0 0. 08X，余量為聚醚醚酮。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是，所述的磺化聚醚醚酮的結(jié)構(gòu)式
3.一種權(quán)利要求I的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，分改性氧化釓的制備和復(fù)合材料的制備兩個(gè)步驟； 所述的改性氧化釓的制備，是將磺化聚醚醚酮溶于水中，再向上述水溶液中加入氧化釓攪拌2 8小時(shí)，其中按質(zhì)量計(jì)，氧化釓磺化聚醚醚酮為I :大于0至等于0. 08 ;然后將溶液冷卻至室溫過(guò)濾，濾餅在60 90°C烘干，再在110 130°C真空條件下烘16 24小時(shí)，研磨成粉末，得到改性氧化釓； 所述的復(fù)合材料的制備，是將改性氧化釓與聚醚醚酮混合在一起，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混；其中按質(zhì)量計(jì)投料總量為100份，在氧化釓為X=5 35份前提下，磺化聚醚醚酮質(zhì)量份數(shù)為大于0至等于0. 08X份，余量為聚醚醚酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的雙螺桿擠出機(jī)熔融共混，雙螺桿擠出機(jī)料筒有8段式加熱區(qū)域，第一段溫度為200 240 °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 3700C .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 3700C，第八段溫度為340 370°C，機(jī)頭口模溫度為330 360°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、切料得到含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，其特征是，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)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，其特征是，磺化聚醚醚酮的制備方法是，按每升濃硫酸加入聚醚醚酮100克的量將聚醚醚酮分散到濃硫酸中，在氮?dú)猸h(huán)境下40°C水浴中攪拌8小時(shí)進(jìn)行磺化；傾入冰水中聚合物成細(xì)絲狀，粉碎后用蒸餾水洗滌至濾液成中性；然后在80°C烘箱中烘24 36小時(shí)。
7.—種權(quán)利要求I的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，是將氧化釓與聚醚醚酮混合在一起，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混；其中按質(zhì)量計(jì)投料總量為100份，氧化釓為X=5 35份，聚醚醚酮為100-X份。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的雙螺桿擠出機(jī)熔融共混，雙螺桿擠出機(jī)料筒有8段式加熱區(qū)域，第一段溫度為200 2400C，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340 370°C，第八段溫度為340 370°C，機(jī)頭口模溫度為330 360°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、切料得到含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，其特征是，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)。
全文摘要
本發(fā)明的一種含氧化釓的聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法，屬于特種工程塑料技術(shù)領(lǐng)域。組成有聚醚醚酮、氧化釓和磺化聚醚醚酮，復(fù)合材料總質(zhì)量份數(shù)為100，其中氧化釓為X=5～35份，磺化聚醚醚酮為0～0.08X份，余量為聚醚醚酮。復(fù)合材料的制備包括氧化釓的改性處理和熔融共混兩個(gè)步驟，是將改性氧化釓與聚醚醚酮混合在一起，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混制備得到。本發(fā)明為增加復(fù)合材料中聚醚醚酮與氧化釓兩相之間的相互作用，先加入磺化聚醚醚酮對(duì)氧化釓進(jìn)行改性處理后再進(jìn)行熔融共混，從而使氧化釓在聚醚醚酮基體中得到良好的分散。本發(fā)明的復(fù)合材料具有更高的強(qiáng)度、模量、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及良好的X射線屏蔽性能。
文檔編號(hào)B29C47/92GK102775726SQ20121031309
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者劉韜, 姜振華, 張航, 楊延華, 王婷婷, 王海濱, 王貴賓 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)