一種聚醚醚酮和短碳纖維合成材料的注塑工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高分子合成材料的注塑工藝，具體涉及一種聚醚醚酮和短碳纖維 合成材料的注塑工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚醚醚酮（poly(ether-ether-ketone)，PEEK)是在主鏈結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)酮鍵和 兩個(gè)醚鍵的重復(fù)單元所構(gòu)成的高聚物，是一種具有耐高溫、耐化學(xué)藥品腐蝕、耐水解性和抗 蠕變性等物理化學(xué)性能的結(jié)晶高分子材料。聚醚醚酮熔點(diǎn)334°C，軟化點(diǎn)168°C，拉伸強(qiáng)度 132至148MPa，在X光下不顯影，可以耐受134°C下3000次循環(huán)高壓滅菌。聚醚醚酮還具有 與人骨（彈性模量l_3GPa)接近的彈性模量，遠(yuǎn)小于常見(jiàn)植入金屬材料如鈷鉻鉬合金彈性 模量（彈性模量220GPa)、鈦合金（彈性模量llOGPa)，植入體內(nèi)后可以避免產(chǎn)生應(yīng)力遮擋， 避免骨吸收。聚醚醚酮具有的這些優(yōu)良的綜合性能，使得其在許多領(lǐng)域可以替代金屬、陶瓷 等傳統(tǒng)材料，是當(dāng)今最熱門(mén)的高性能工程塑料之一，在航空航天、汽車工業(yè)、電子電氣和醫(yī) 療器械等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
[0003] PEEK材料具有諸多優(yōu)異特性，但是PEEK的價(jià)格較為昂貴，大大限制了PEEK在一些 領(lǐng)域中的應(yīng)用，另外PEEK韌性和耐沖擊強(qiáng)度偏差，這可以通過(guò)填充增強(qiáng)材料制備PEEK復(fù)合 材料，一方面提高材料的綜合性能和多樣性，滿足應(yīng)用需求，另一方面也可以有效降低材料 的使用成本。
[0004] 碳纖維（CarbonFiber,CF)是一種優(yōu)異的增強(qiáng)材料，是一種含碳量在95%以上的 高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆 砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維"外柔內(nèi)剛"，質(zhì)量比金屬鋁 輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國(guó)防軍工和民用方面都是重要 材料。碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，密度低、比性能高，無(wú)蠕變， 非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小 且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過(guò)性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等，碳 纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2 倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。碳纖維可分為單向連續(xù)碳纖維和短 碳纖維。單向連續(xù)碳纖維有一個(gè)明顯的特點(diǎn)：在纖維方向有較高的強(qiáng)度和模量，但在垂直纖 維方向上強(qiáng)度卻很弱，這一特點(diǎn)使單向連續(xù)碳纖維在應(yīng)力狀態(tài)不能預(yù)計(jì)或已知各個(gè)方向的 應(yīng)力近似相等的情況下功能受到限制。而短碳纖維則可以有效的分散到基體材料中，使材 料的各向力學(xué)性能較為一致，同時(shí)也方便制造過(guò)程的自動(dòng)化，適應(yīng)大批量生產(chǎn)要求。
[0005] 現(xiàn)有的聚醚醚酮/碳纖維復(fù)合材料的研宄，主要集中在聚醚醚酮/單向連續(xù)碳纖 維復(fù)合材料的制備技術(shù)，而聚醚醚酮/短碳纖維復(fù)合材料的制備技術(shù)研宄較少。大部分的 研宄報(bào)道了一種"鋪層法"制備復(fù)合材料的技術(shù)：將單向連續(xù)碳纖維纖維織布與聚醚醚酮制 成的薄片交替鋪層，再經(jīng)過(guò)加熱混煉成型。這種方法制備的復(fù)合材料，其在碳纖維的分布方 向上具有較好的力學(xué)性能，但在其他方向上力學(xué)性能較差。且此種方法需要進(jìn)行鋪層，操作 十分繁瑣且浪費(fèi)人手。另一些研宄報(bào)道了一種"磨碎混合"制備復(fù)合材料的技術(shù)：將聚醚醚 酮材料和短碳纖維材料用球磨機(jī)打碎后混合在加熱混煉。此種方法改變了聚醚醚酮和短碳 纖維的性狀，影響了其力學(xué)性能，而打碎后混合不能確保兩者混合的均勻性，可能造成局部 力學(xué)性能的不足。此外，還有少量研宄報(bào)道了"濕法混合"制備復(fù)合材料的技術(shù)：將聚醚醚 酮和短碳纖維用有機(jī)溶劑溶解達(dá)到混和均勻的目的，蒸干溶劑再加熱混煉。此種方法可以 解決短碳纖維材料分散不均勻的問(wèn)題，但其使用了有機(jī)溶劑，一方面有機(jī)溶劑不利于材料 的生物相容性，另一方面也增加了成本，操作也比較繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種合格率高、成本低的聚 醚醚酮和短碳纖維合成材料的注塑工藝。
[0007] 技術(shù)方案：本發(fā)明所述聚醚醚酮和短碳纖維合成材料的注塑工藝，其特征在于包 括如下步驟：
[0008] (1)將聚醚醚酮和短碳纖維材料與催化劑混合，共聚后獲得聚醚醚酮-短碳纖維 材料共聚物；
[0009] (2)將聚醚醚酮-短碳纖維材料共聚物加熱至軟化后，加入三元乙丙橡膠并攪拌 均勻；
[0010] ⑶將步驟⑵得到的混合物放入塑化料桶內(nèi)，并加入分散油攪拌均勻；
[0011] (4)將步驟（3)的混合物加入注塑機(jī)的模具中；
[0012] (5)在將混合物注入注塑模具的同時(shí)吹入高溫蒸汽，高溫蒸汽的氣壓按照每分鐘 800-1500帕的速度增加，持續(xù)8-12分鐘；
[0013] (6)對(duì)注塑模具進(jìn)行冷卻；
[0014] (7)將冷卻至室溫的模具開(kāi)模，取出注塑件。
[0015] 優(yōu)選地，步驟（1)中聚醚醚酮和短碳纖維材料的質(zhì)量比為3:7。
[0016] 優(yōu)選地，步驟（1)所述催化劑為無(wú)水氧化鋁類催化劑，如無(wú)水三氯化鋁、Y_氧化 鋁負(fù)載三氯化鋁催化劑；
[0017] 優(yōu)選地，步驟（2)中，三元乙丙橡膠的添加量為混合物總重量的5%。
[0018] 優(yōu)選地，步驟（3)中，所述分散油為松節(jié)油或白礦油。
[0019] 優(yōu)選地，步驟（5)中，高溫蒸汽的溫度為60-80 °C。
[0020] 優(yōu)選地，步驟（5)中，高溫蒸汽的氣壓按照每分鐘1000帕的速度增加，持續(xù)10分 鐘。
[0021] 優(yōu)選地，步驟（6)中，對(duì)注塑模具進(jìn)行水浴冷卻，冷卻時(shí)間控制在5分鐘內(nèi)。
[0022] 本發(fā)明采用聚醚醚酮和短碳纖維材料共聚物進(jìn)行注塑操作，熔融的聚合物被引入 模具型腔，熔融的聚合物被留置于型腔內(nèi)足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使所期望的部件得以形成，冷卻 以及隨后從模具型腔中取出成型的部件所需的時(shí)間是注塑操作制造效率的重要因素。
[0023] 有益效果：本方法所制得的聚醚醚酮-短碳纖維材料共聚物制品表現(xiàn)出收縮，該 收縮的各項(xiàng)特性高于比相應(yīng)模具中相同條