阅读说明：本技术 一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法 (A kind of polyether-ether-ketone perforated foams and preparation method thereof ) 是由 牟建新 李澍 吴焓 陈瑞 王振洋 温丰宇 何青霞 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法,属于高分子材料制备技术领域。是将聚醚醚酮粉末、增强体填料和发泡剂在高速搅拌下混合均匀,放入模具腔中并在硫化仪上预热；再对模具腔施加压力,控制适当的发泡温度进行发泡,保持此压力,进行降温冷却；冷却到一定温度后,得到该聚醚醚酮多孔泡沫材料。本发明所述方法可通过控制发泡温度,进而调控发泡速率,并且适当提高发泡温度,可以加速发泡剂产生的气体在聚合物中扩散,减少发泡时间,提高发泡效率。本发明工艺过程简单,便于操作,加工条件温和,易于推广。(A kind of polyether-ether-ketone perforated foams and preparation method thereof, belong to field of polymer material preparing technology.It is to be uniformly mixed polyether-ether-ketone powder, reinforcement filler and foaming agent under high velocity agitation, is put into mold cavity and is preheated on vulcameter；Pressure is applied to mold cavity again, blowing temperature appropriate is controlled and foams, keeps this pressure, carries out cooling down；After being cooled to certain temperature, the polyether-ether-ketone perforated foams are obtained.The method of the invention can be by controlling blowing temperature, and then regulates and controls expansion rate, and properly increase blowing temperature, and the gas that foaming agent can be accelerated to generate is spread in the polymer, reduces foamed time, improves bubbling efficiency.Present invention process process is simple, and convenient for operation, processing conditions is mild, easy to spread.)

一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种高性能聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法。

背景技术

特种工程塑料指综合性能更高、长期使用温度在150℃以上、主要应用于高技术领域的一类高分子材料，所以又称作高性能工程塑料或耐热工程塑料，聚醚醚酮为其中重要的一类。聚醚醚酮作为一种结晶性高分子材料，具有耐热等级高、耐辐射、耐化学药品、耐冲击、抗蠕变、阻燃性好、电性能优良等优点，在高速轨道交通系统、低能耗与新能源汽车、高效运输技术与装备、航空航天、电子、信息和国防等技术领域都有广泛应用。

泡沫材料是由刚性骨架和内部的孔洞组成，自20世纪40年代问世以来，由于具有诸多优异的性能，如：比强度高、质量轻、节省材料、隔热性好、能吸收冲击载荷、热导率低、优良的减震性能和隔音隔热等性能，应用在家用电器、材料包装、绝缘材料、日常出行、运动器材和化工等方面。性能优良的聚合物发泡材料则在国防军事领域中发挥着重要作用。为了进一步扩大聚醚醚酮材料的应用范围，制备聚醚醚酮泡沫塑料具有十分重要的意义。

无论采用何种发泡工艺，都需要完成以下步骤才能制备出所需发泡制品，具体过程如下：(1)形成聚合物/气体体系；(2)气泡引发成核；(3)气泡生长以及控制。这三步是聚合物发泡塑料加工理论的基础。

泡沫制品的发泡方法主要是物理发泡法和化学发泡法，化学发泡由加入的化学发泡剂受热分解或原料组分间发生化学反应而产生的气体，使塑料熔体充满泡孔，物理发泡是在高分子塑料中溶入气体或液体，而后使其膨胀或汽化发泡的方法，但是此种方法需用专门的注塑机及其它辅助设备，技术要求很高，不便于工业化。

泡沫制品的成型工艺有很多种，在工业上制备发泡板材的成型方法主要有挤出法、注塑法和模压法，但挤出法和注塑法的缺点是难以实现厚度较大发泡制品的制备。目前，工业上制备厚度较大的发泡板材最常见的方法是模压法，模压法具备以下优点：可制备厚度较大的高分子塑料发泡板材，操作方便易上手，设备成本低廉，并且还可以制备一些其他工艺无法实现的高分子塑料发泡材料。

中国专利CN102924743A公开了一种结晶性硬质聚醚醚酮多孔泡沫材料的制备方法，使用超临界CO₂发泡剂制备出了聚醚醚酮泡沫，但该法所用设备复杂，操作困难，对技术要求高，不便于工业化。中国专利CN105367994A公开了一种轻质耐磨微发泡聚醚醚酮复合材料及制备方法与应用，使用高温发泡剂制备微发泡聚醚醚酮材料，但所得材料发泡倍率太小，其材料表观密度在1.35g/cm³以上。中国专利03118818.4公开了一种模压法微孔发泡工程塑料的方法，使用模压法并结合化学发泡剂制备出了微孔的工程塑料，但此法所用的塑料基体仅限于片材，并且还需先制备出发泡剂基材，这大大限制了此种方法的推广。综上，对于制备聚醚醚酮多孔泡沫材料而言，现有方法不是发泡倍率有限就是工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法。

本发明所述的一种聚醚醚酮多孔泡沫材料的制备方法，其步骤如下：

1)将聚醚醚酮粉末、增强体填料和发泡剂在20000～30000r/min高速搅拌下混合0.5～2min，得到聚醚醚酮混合物；

2)将步骤1)得到的聚醚醚酮混合物放入模具腔中，然后将模具腔置于一定温度的硫化仪上，预热一定时间；

3)对步骤2)的模具腔施加压力，控制适当的发泡温度，经过一段时间的发泡，保持此压力，进行降温冷却；

4)冷却到一定温度后，从而得到本发明所述的聚醚醚酮多孔泡沫材料。

步骤1)中所述的聚醚醚酮粉末为50～1000目，其熔融指数为16～120g/10min(测试温度为400℃，载荷为5Kg)；

步骤1)中所述的增强体填料包括但不限于碳纳米管、石墨、石墨烯、炭黑、碳纤维粉、氮化硼、氮化铝、铜粉、银粉和镍粉等，其质量用量为聚醚醚酮粉末的0～40％；

步骤1)中所述的发泡剂为受阻胺类光稳定剂3346、受阻胺类光稳定剂196、光稳定剂610中的一种，其质量用量为聚醚醚酮粉末的1～20％；

步骤2)中所述硫化仪的预热温度为350～390℃，预热时间为5～10min；

步骤3)中所述对模具腔施加的压力为3～50MPa，硫化仪的加热上板和加热下板的温度为360～410℃，加热上板和加热下板的温度可保持一致或有一定的温差，温差范围在0～30℃，发泡时间为10～20min；

步骤4)中冷却温度为200℃或以下。

本发明与现有聚醚醚酮泡沫塑料的制备方法相比，具有以下优点：

本方法可以对粉末直接进行发泡成型，无需经过制备聚合物片材这一过程，也可用于对不易采用挤出法和注塑法进行发泡的塑料。其所用设备为常规的具有加热上板和加热下板的硫化仪(安徽华标检测仪器有限公司的HY4016)和无需特殊密封的模具，设备费用较低，成本不高。此种方法可通过控制发泡温度，进而调控发泡速率，并且适当提高发泡温度，可以加速发泡剂产生的气体在聚合物中扩散，减少发泡时间，提高发泡效率。本发明工艺过程简单，便于操作，加工条件温和，易于推广。

附图说明

图1：实施例1所得聚醚醚酮多孔泡沫材料的扫描电镜图；

图2：实施例1所得聚醚醚酮多孔泡沫材料的压缩形变曲线(横坐标为压缩形变，纵坐标为压缩应力)；

图1给出了聚醚醚酮多孔泡沫材料的扫描电镜照片。从扫描电镜中可知，硬质聚醚醚酮多孔泡沫材料具有均匀的多孔结构，孔径的大小为420μm左右。

图2给出了所制备的聚醚醚酮多孔泡沫材料的压缩形变曲线。当其压缩形变为10％时，其泡沫材料所承受的最大压缩强度为9.89MPa。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1：

将熔融指数为20g/10min的聚醚醚酮粉末(100目)16.0g和受阻胺类光稳定剂33460.4g放入高速搅拌机中，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具腔置于加热上板和加热下板的温度均为365℃的硫化仪上，预热6min，对上述模具腔施加20MPa的压力，控制加热上板和加热下板的温度为370℃，经过15min的发泡，保持20MPa的压力，冷却到200℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为420μm，泡孔密度为7.86×10⁷个/cm³，最大压缩强度为9.89MPa。

实施例2：

将熔融指数为30g/10min的聚醚醚酮粉末(400目)16.0g和受阻胺类光稳定剂1960.4g放入高速搅拌机，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具置于加热上板和加热下板的温度为370℃的硫化仪上，预热7min，对上述模具腔施加10MPa的压力，控制加热上板和加热下板的温度均为380℃，经过17min的发泡，保持10MPa的压力，冷却到190℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为487μm，泡孔密度为2.93×10⁷个/cm³，最大压缩强度为8.0MPa。

实施例3：

将熔融指数为40g/10min的聚醚醚酮粉末(600目)16.0g、石墨烯0.70g和光稳定剂610 0.8g放入高速搅拌机中，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具置于加热上板和加热下板的温度为370℃的硫化仪上，预热8min，对上述模具腔施加40MPa的压力，控制加热上板的温度为390℃，加热下板温度380℃，经过17min的发泡，保持40MPa的压力，冷却到190℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为400μm，泡孔密度为4.8×10⁷个/cm³，最大压缩强度为5.3MPa。

实施例4：

将熔融指数为90g/10min的聚醚醚酮粉末(800目)16.0g、石墨4.0g和受阻胺类光稳定剂3346 1.12g放入高速搅拌机中，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具置于加热上板和加热下板的温度均为385℃的硫化仪上，预热9min，对上述模具腔施加25MPa的压力，控制加热上板温度为390℃，加热下板温度370℃，经过19min的发泡，保持25MPa的压力，冷却到180℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为328μm，泡孔密度为7.84×10⁷个/cm³，最大压缩强度为7.4MPa。

实施例5：

将熔融指数为20g/10min聚醚醚酮粉末(900目)16.0g和受阻胺类光稳定剂33460.4g放入高速搅拌机中，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具置于加热上板和加热下板的温度为390℃的硫化仪上，预热10min，对上述模具腔施加19MPa的压力，控制加热上板温度380℃，加热下板温度400℃，经过20min的发泡，保持19MPa的压力，冷却到170℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为388μm，泡孔密度为4.6×10⁷个/cm³，最大压缩强度为8.1MPa。

实施例6：

将熔融指数为30g/10min聚醚醚酮粉末(700目)16.0g、氮化硼1.50g和受阻胺类光稳定剂3346 3.2g放入高速搅拌机中，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具置于加热上板和加热下板的温度为380℃的硫化仪上，预热8min，对上述模具腔施加10MPa的压力，控制加热上板温度370℃，加热下板温度380℃，经过12min的发泡，保持10MPa的压力，冷却到180℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为427μm，泡孔密度为7.72×10⁷个/cm³，最大压缩强度为6.6MPa。

实施例7：

将熔融指数为30g/10min聚醚醚酮粉末(60目)16.0g、铜粉2.50g和受阻胺类光稳定剂3346 0.4g放入高速搅拌机中，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具置于加热上板和下板的温度为385℃的硫化仪上，预热7min，对上述模具腔施加9MPa的压力，控制加热上板温度360℃，加热下板发温度370℃，经过10min的发泡，保持9MPa的压力，冷却到185℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为498μm，泡孔密度为2.65×10⁷个/cm³，最大压缩强度为6.5MPa。

实施例8：

将熔融指数为80g/10min聚醚醚酮粉末(700目)16.0g和受阻胺类光稳定剂33460.4g放入高速搅拌机中，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具置于加热上板和下板的温度为350℃的硫化仪上，预热7min，对上述模具腔施加45MPa的压力，控制加热上板温度375℃，加热下板发温度370℃，经过15min的发泡，保持45MPa的压力，冷却到50℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为430μm，泡孔密度为5.64×10⁷个/cm³，最大压缩强度为7.5MPa。

实施例9：

将熔融指数为19g/10min的聚醚醚酮粉末(500目)16.0g、碳纤维粉6.4g和受阻胺类光稳定剂3346 1.60g放入高速搅拌机中，其搅拌速度为25000r/min，混合1.5min，得到聚醚醚酮混合物，将上述聚醚醚酮混合物放入不锈钢模具腔中，模具置于加热上板和加热下板的温度均为375℃的硫化仪上，预热5min，对上述模具腔施加10MPa的压力，控制加热上板温度为375℃，加热下板温度375℃，经过17min的发泡，保持10MPa的压力，冷却到150℃，将聚醚醚酮发泡样品从模具腔中取出，即可得到聚醚醚酮多孔泡沫材料，其聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔径平均为328μm，泡孔密度为7.3×10⁷个/cm³，最大压缩强度为7.89MPa。