一种纳米粉体/聚醚醚酮复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种纳米粉体/聚醚醚酮复合材料及其制备方法 (Nano powder/polyether-ether-ketone composite material and preparation method thereof ) 是由 赵辉 朱正吼 宋晖 刘容羽 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种纳米粉体/聚醚醚酮复合材料及其制备方法,所述纳米粉体/聚醚醚酮复合材料的组成成分包括聚醚醚酮与磁性纳米粉体,所述磁性纳米粉体为纳米四氧化三铁、纳米Fe粉、纳米Ni粉、纳米Co粉及其合金纳米粉体(如FeNi、FeCo等)、或氧化物的一种或两种以上。本发明首先制备磁性纳米粉体/二苯砜复合材料,在由缩聚反应生成PEEK粉末时,PEEK粉末以纳米粉体为晶核长大,能够保证纳米粉体不发生团聚；二苯砜与PEEK不同,可溶于有机溶剂并且熔融温度及粘度较低,易制备纳米颗粒均匀分散的纳米复合材料；PEEK合成反应过程中,纳米粉体一直处于二苯砜中,能够尽量减少粉体的团聚,并且有氮气保护,不会发生氧化反应。(The invention provides a nano powder/polyetheretherketone composite material and a preparation method thereof, wherein the composition components of the nano powder/polyetheretherketone composite material comprise polyetheretherketone and magnetic nano powder, and the magnetic nano powder is one or more than two of nano ferroferric oxide, nano Fe powder, nano Ni powder, nano Co powder and alloy nano powder (such as FeNi, FeCo and the like) thereof, or oxide. The invention firstly prepares the magnetic nano powder/diphenyl sulfone composite material, when the PEEK powder is generated by polycondensation reaction, the PEEK powder grows up by taking the nano powder as crystal nucleus, which can ensure that the nano powder does not agglomerate; the diphenyl sulfone is different from PEEK, can be dissolved in an organic solvent, has lower melting temperature and viscosity, and is easy to prepare a nano composite material with uniformly dispersed nano particles; in the PEEK synthesis reaction process, the nano powder is always in the diphenyl sulfone, the agglomeration of the powder can be reduced as much as possible, and no oxidation reaction occurs under the protection of nitrogen.)
技术领域
本发明属于热塑性复合材料领域，具体涉及一种纳米粉体/聚醚醚酮复合材料及其制备方法。
背景技术
聚醚醚酮(PEEK)是一种刚性半结晶聚合物，具有耐热性、耐磨性、耐疲劳性、耐辐照性、耐剥离性、抗蠕变性、尺寸稳定性、耐冲击性、耐化学药品性、无毒、阻燃等优异的综合性能，并且其结构中的两个醚键和羰基又为材料提供了柔韧性与优良的工艺性。因此，PEEK广泛应用在电子电气、航空航天、汽车、能源及其他工业、医疗等多个领域。
纳米材料(nano material)，由于其尺度已接近光的波长及具有大表面的特殊效应，往往出现不同于该物质在整体状态时所表现的性质，使得纳米复合材料在众多方面表现出特有性能，比如电、磁性、光学、导热、导电特性等等。采用纳米改性聚醚醚酮获得更好的性能具有非常重要的意义。
目前纳米粉体改性聚醚醚酮复合材料的制备方法为经球磨或者高速搅拌后采用双螺杆挤出造粒，或者热压、注塑成型；但由于PEEK熔融温度高，熔融后的粘度很大、不溶于任何溶剂，其浸润性很差以及纳米粉体比表面积大及表面效应，以及纳米粉体由于自身特性易团聚，导致纳米粉体颗粒在PEEK基体中易发生团聚，并且传统方法制备纳米粉体与聚醚醚酮界面结合情况差。因此开发一种新型的聚醚醚酮纳米复合材料的新工艺及其重要。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种纳米粉体/聚醚醚酮复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米粉体/聚醚醚酮复合材料，所述纳米粉体/聚醚醚酮复合材料的组成成分包括聚醚醚酮与磁性纳米粉体，所述磁性纳米粉体为纳米四氧化三铁、纳米铁粉、纳米镍粉、纳米钴粉、纳米铁镍合金粉体的一种或两种以上组合。
优选地，所述纳米粉体含量为0-50wt％。
上述所述的磁性纳米粉体/聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：磁性纳米粉体表面处理；首先将磁性纳米粉体加入到无水乙醇中，然后经超声分散，采用磁分离技术、离心将多余的无水乙醇去除，然后加入适量的含钛酸酯类偶联剂或硅烷偶联剂的丙酮/酒精溶剂，经超声分散及磁分离技术将多余的溶剂挥发；
步骤2：磁性纳米粉体/二苯砜复合材料的制备；将二苯砜采用合适的有机溶剂将其溶解，然后将表面处理后的磁性纳米粉体加入到溶解后的二苯砜液体中，搅拌均匀；最后机械搅拌至有机溶剂挥发完全，固体呈粉末状态；
优选地，有机溶剂选择丙酮；将二苯砜溶解在丙酮中，加入表面处理后的磁性纳米粉体，恒温60℃，机械搅拌1小时，恒温85℃，机械搅拌挥发丙酮，至固体粉末状态，同时接上冷凝回流装置，回收挥发的丙酮。
步骤3：将含磁性纳米粉体/二苯砜复合材料、二氟二苯甲酮，对苯二酚、无水碳酸钠和无水碳酸钾按照一定比例混合均匀；将混合后的料放置反应釜中，待抽真空后，通入氮气保护，接上冷凝回流器；边加热边搅拌升温到180℃保温1h，250℃保温2.5h，320℃保温2.5h后，冷却后取出反应产物；粉碎得到固体反应产物；
步骤4：产物经粉碎、洗涤(用热酒精或丙酮、水依次洗涤)，烘干，得到纳米粉体/PEEK复合材料粉末。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通常制备PEEK纳米磁性复合材料都是直接将磁性纳米粉体加入PEEK中，本发明首先制备磁性纳米粉体/二苯砜复合材料，在由缩聚反应生成PEEK粉末时，PEEK粉末以纳米粉末为晶核长大，能够保证纳米粉体不发生团聚。
(2)二苯砜与PEEK不同，可溶于有机溶剂并且熔融温度及粘度较低，易制备纳米颗粒均匀分散的磁性纳米复合材料。
(3)PEEK合成反应过程中，磁性纳米粉体一直处于二苯砜中，能够尽量减少粉体的团聚，并且有氮气保护，不会发生氧化反应。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种Fe3O4/聚醚醚酮纳米复合材料的制备。
(1)Fe3O4纳米粉体的表面处理：首先将Fe3O4纳米粉体中加入适量无水乙醇，超声分散30分钟，离心，加入适量钛酸酯类偶联剂与丙酮混合液；然后经超声30分钟，离心后待用。
(2)Fe3O4粉体改性二苯砜纳米复合材料的制备：首先用丙酮溶解二苯砜：将二苯砜粉末放入烧杯中，加入适量丙酮，放在60℃水浴锅内，搅拌溶解，直至二苯砜完全溶解。
将表面处理后纳米Fe3O4粉体均匀分散到二苯砜中：将处于丙酮溶剂的Fe3O4粉体倒入丙酮溶解后的二苯砜中，恒温60℃，机械搅拌1小时，然后恒温85℃，机械搅拌挥发丙酮，至固体粉末状态。
(3)将Fe3O4/二苯砜磁性纳米复合材料、4，4`-二氟二苯甲酮，对苯二酚按一定比例混合均匀，放置烧瓶中，接上冷凝回流器，氮气进气，搅拌器，边加热边搅拌至180℃；加入无水碳酸钠和无水碳酸钾混合粉末，搅拌均匀；
(4)升温到180℃保温1h，250℃保温2.5h，320℃保温2.5h后，冷却后取出反应产物，得到固体反应产物。
(5)产物经粉碎、洗涤(用丙酮(两次)和水(两次)和丙酮(两次)依次洗涤)，烘干，得到Fe3O4/PEEK纳米复合材料粉末。
实施例2
本实施例提供一种FeNi/聚醚醚酮纳米复合材料的制备。
(1)FeNi纳米粉体的表面处理：首先将FeNi纳米粉体中加入适量无水乙醇，超声分散30分钟，离心，加入适量硅烷偶联剂与酒精混合液；然后经超声30分钟，离心后待用。
(2)FeNi/二苯砜纳米复合材料的制备：首先用热酒精溶解二苯砜：将二苯砜粉末放入烧杯中，加入适量酒精，放在60℃水浴锅内，搅拌溶解，直至二苯砜完全溶解。将表面处理后FeNi纳米粉体加入到热酒精溶解后的二苯砜中，恒温60℃，机械搅拌1小时，然后恒温85℃，机械搅拌挥发酒精，至固体粉末状态。
(3)将FeNi/二苯砜纳米复合材料、4，4`-二氟二苯甲酮、对苯二酚、无水碳酸钠和无水碳酸钾按一定比例混合均匀。将混合后的料放置反应釜中，待抽真空后，通入氮气保护，接上冷凝回流器；边加热边搅拌升温到180℃保温1h，250℃保温2.5h，320℃保温2.5h后，冷却后取出反应产物；粉碎得到固体反应产物；
(4)产物经粉碎、洗涤(用丙酮(两次)和水(两次)和丙酮(两次)依次洗涤)，烘干，得到FeNi/PEEK纳米复合材料粉末。
实施例3
本实施例提供一种羟基磷灰石(HAP)/Fe3O4/聚醚醚酮纳米复合材料的制备。
(1)HAP/Fe3O4纳米粉体的表面处理：首先采用液相共沉淀法制备HAP包覆Fe3O4纳米复合粉体，然后将纳米复合粉体中加入适量无水乙醇，超声分散30分钟，离心，加入适量钛酸酯类偶联剂与丙酮混合液；然后经超声30分钟，离心后待用。
(2)HAP/Fe3O4纳米复合粉体改性二苯砜纳米复合材料的制备：首先用丙酮溶解二苯砜：将二苯砜粉末放入烧杯中，加入适量丙酮，放在60℃水浴锅内，搅拌溶解，直至二苯砜完全溶解。
将表面处理后纳米复合粉体均匀分散到二苯砜中：将处于丙酮溶剂的HAP/Fe3O4复合粉体倒入丙酮溶解后的二苯砜中，恒温60℃，机械搅拌1小时，然后恒温85℃，机械搅拌挥发丙酮，至固体粉末状态。
(3)将含HAP/Fe3O4复合粉体/二苯砜纳米复合材料、4，4`-二氟二苯甲酮，对苯二酚按一定比例混合均匀，放置烧瓶中，接上冷凝回流器，氮气进气，搅拌器，边加热边搅拌至180℃；加入无水碳酸钠和无水碳酸钾混合粉末，搅拌均匀；
(4)升温到180℃保温1h，250℃保温2.5h，320℃保温2.5h后，冷却后取出反应产物，得到固体反应产物。
(5)产物经粉碎、洗涤(用丙酮(两次)和水(两次)和丙酮(两次)依次洗涤)，烘干，得到HAP/Fe3O4/PEEK纳米复合材料粉末。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。