[發明專利]一種短切碳纖維/聚醚酮酮復合粉末材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210401927.0
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114685971B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 張驍驊;王昕;屈怡婷;李博瀾;張鳳
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08L71/10
• 分類號: C08L71/10;C08K7/06;B33Y70/10
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發明公開了一種短切碳纖維/聚醚酮酮復合粉末材料的制備方法。本發明的制備方法包括：采用氟基和/或氯基極性溶劑溶解聚醚酮酮后，加入短切碳纖維，攪拌后得到均勻分散的短切碳纖維/聚醚酮酮混合液；然后加入凝固劑，使短切碳纖維/聚醚酮酮凝固析出，再進行恒溫干燥，得到短切碳纖維/聚醚酮酮復合膜；最后將所得復合膜熔融熱處理，冷卻后依次經過粉碎、過篩，得到短切碳纖維/聚醚酮酮復合粉末。本發明使用液相混合及熱成型的處理方法，可使聚醚酮酮和短切碳纖維充分復合，解決機械混合方法難以實現碳纖維表面聚合物充分包覆的技術難題，使短切碳纖維在材料中起到有效的加強作用。本發明制備的復合粉末材料在性能上能夠滿足3D打印需求。

技術領域

本發明涉及一種短切碳纖維/聚醚酮酮復合粉末材料及其制備方法，屬于增材制造材料技術領域。

背景技術

3D打印技術被譽為第三次工業技術革命，其發展的核心問題之一是所用的原材料。粉末材料是3D原材料的主要形式之一，包括金屬和高分子兩類。隨著高溫3D打印技術的發展，高熔點熱塑性聚合物逐漸得到了應用，如聚芳醚酮(包括聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮等)、聚苯硫醚、脂肪族-芳香族共聚酯等。其中作為聚芳醚酮類耐高溫聚合物的重要成員之一，聚醚酮酮因其豐富的酮鍵而表現出較強的分子極性，從而具有更高的可溶解能力，并與碳纖維可形成理想化的復合結構(文獻1：B.L.Li,F.Zhang,M.X.Jiao,Y.B.Li,X.Wang,X.H.Zhang.Carbon?fiber/polyetherketoneketone?composites.Part?I:An?ideal?anduniform?composition?via?solution-based?processing.Polymer?Composites?2022,doi:10.1002/pc.26577；文獻2：張驍驊.一種碳纖維/聚醚酮酮復合材料的制備方法.中國發明專利202111055042.1)。然而不僅目前僅有種類不多的聚醚醚酮的3D打印原材料，而基于聚醚酮酮的3D打印原材料依然尚未得到開發。

例如：(1)可用于熔積成型(FDM)3D打印的聚醚醚酮線材已具有成熟的商業產品；(2)中國發明專利201610226527.5通過對聚醚醚酮粉末與碳納米管溶液進行混合，采用干燥、球磨得到復合粉末材料。(3)中國發明專利201610854945.9利用類似工藝得到石墨烯/聚醚醚酮復合粉末材料。(4)中國發明專利201810305447.8將短切芳綸纖維與聚醚醚酮粒料混合后采用雙螺桿擠出方式制備了芳綸增強聚醚醚酮線材；(5)中國發明專利201811521707.1將短切碳纖維聚醚醚酮粉末攪拌混合，通過螺桿加熱擠出制備了碳纖維/聚醚酮酮3D打印線材；(6)德國PCT專利EP2019/086161(中國發明專利號201980083367.5)采用鋪層后在不同組分的各自熔點下進行熔結處理得到了可混合聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚甲醛、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚交酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、二醇改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯中兩種或兩種聚合物的混合粉末；(7)美國PCT專利US2019/051489(中國發明專利201980083367.5)采用機械混合平均直徑小于30微米的聚芳醚酮顆粒、平均直徑大于30微米的聚芳醚酮顆粒以及短切碳纖維制備聚合物粉末，但顯然該種混合粉末中聚芳醚酮與碳纖維并未形成復合結構；(8)中國發明專利201910394430.9將聚醚醚酮粉末與熱處理后的短切碳纖維直接混合得到碳纖維/聚醚醚酮組合物；此外，(9)中國發明專利202011501387.0通過將硅烷偶聯劑接枝的短切碳纖維與酚醛樹脂的乙醇溶液進行球磨混合，干燥并過篩得到酚醛樹脂覆膜短切碳纖維復合粉末，則提供了另一種方法制備碳纖維/聚合物復合粉末。