專利名稱：一種含氧化釓的聚醚醚酮復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于特種工程塑料技術領域，具體涉及一種含氧化釓的聚醚醚酮復合材料(聚醚醚酮/氧化釓復合材料)及其制備方法。
背景技術：
隨著現代科學技術的飛速發展，各種高能射線在軍事、通訊、醫學、工農業等領域和日常生活中得到越來越廣泛的應用。但給人們帶來方便的同時，各種射線也對人們的身體健康帶來了一些危害。所以射線防護材料的研制、生產與應用，是民用醫療衛生防護工作的重點之一，也是核能開發領域、軍用領域射線防護的重要組成部分。傳統的高分子射線屏蔽材料所含有的射線吸收物質一般以鉛、鋇及其化合物為主，鉛的原子序數為82，具有良好的射線吸收特性，鉛對低能或高能X光子和Y光子均有很高的衰減本領，而且易加工、價格便宜，因此鉛是一種屏蔽X-射線電離輻射的理想物質，但由于鉛在40-88keV的射線范圍內吸收弱，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。因而，選擇新一代材料來代替Pb迫在眉睫，由于稀土元素對低能和中能射線的吸收優于鉛，且其重量輕，故可選用稀土化合物與聚合物制成復合屏蔽材料，它具有比傳統的鉛屏蔽材料重量輕，防護效果好并且可回收再利用的優點，所以這種復合材料成為近年來功能材料領域研究的熱點之一。俄羅斯專利RU2054439、RU2028331公開了以無機稀土氧化物填料改性的橡膠防X射線復合材料，但是由于無機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空隙，這些空隙在高能射線照射時很容易被透過，甚至出現漏射線的現象，材料的屏蔽均一性能也難以保證，因此材料的性能穩定性也難以控制。中國專利CN1322047C公開了一種稀土改性全無鉛X射線屏蔽塑料，是將無機稀土的一部分用硅烷偶聯劑進行表面改性處理，另一部分進行有機化反應處理，二者再以一定比例進行配合加入塑料中，得到屏蔽性能、力學性能理想的材料。中國專利CN101572129B公開了一種全無鉛X射線屏蔽塑料復合材料，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合制備可在40-170kVp能量區間實現全屏蔽的復合塑料。聚醚醚酮樹脂是目前已經開發成功的特種工程塑料中的一個重要家族，其具有耐熱等級高、耐輻射、耐水解、抗靜電、沖擊強度高、耐磨性和耐疲勞性好、阻燃、電性能優異等特點。自商品化以來，已經在航空航天、汽車、電子電器、化工、機械和醫療衛生等領域獲得了的廣泛的應用。為了滿足聚醚醚酮樹脂不同的使用要求，通常在聚醚醚酮樹脂中加入無機填料、玻璃纖維、碳纖維等或者其他樹脂共混進行共混，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。本發明中將稀土氧化釓加入到聚醚醚酮中制備復合材料的研究之前未見報道。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，制備可用于射線防護的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料。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，通過熔融共混的方法，制備含氧化釓的聚醚醚酮復合材料；其二是利用氧化釓作為填充材料，聚醚醚酮作為基體材料，通過熔融共混的方法，制備含氧化釓的聚醚醚酮復合材料。本發明的技術方案如下。一種含氧化釓的聚醚醚酮復合材料，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量份數為100，則氧化釓質量份數為X=5 35，磺化聚醚醚酮質量份數為0 0. 08X，余量為聚醚醚酮。本發明制備的復合材料中稀土含量大，氧化釓通過改性劑磺化聚醚醚酮處理后達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，使材料的力學性能和熱學性能都能滿足作為射線屏蔽材料的基本要求。我國稀土資源豐富，品種多樣，因此，本發明的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料具有很好的射線屏蔽應用前景。本發明所述的聚醚醚酮，其結構式為
權利要求
1.一種含氧化釓的聚醚醚酮復合材料，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量份數為100，其中氧化釓質量份數為X=5 35，磺化聚醚醚酮質量份數為0 0. 08X，余量為聚醚醚酮。
2.根據權利要求I所述的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料，其特征是，所述的磺化聚醚醚酮的結構式
3.一種權利要求I的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料的制備方法，分改性氧化釓的制備和復合材料的制備兩個步驟； 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，其中按質量計，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濾，濾餅在60 90°C烘干，再在110 130°C真空條件下烘16 24小時，研磨成粉末，得到改性氧化釓； 所述的復合材料的制備，是將改性氧化釓與聚醚醚酮混合在一起，用雙螺桿擠出機熔融共混；其中按質量計投料總量為100份，在氧化釓為X=5 35份前提下，磺化聚醚醚酮質量份數為大于0至等于0. 08X份，余量為聚醚醚酮。
4.根據權利要求3所述的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料的制備方法，其特征是，所述的雙螺桿擠出機熔融共混，雙螺桿擠出機料筒有8段式加熱區域，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，機頭口模溫度為330 360°C，經高溫熔融、螺桿剪切擠壓、切料得到含氧化釓的聚醚醚酮復合材料。
5.根據權利要求3或4所述的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料的制備方法，其特征是，擠出機料筒的8段式加熱區域距離相等，螺桿轉速在60 180rpm范圍內。
6.根據權利要求3或4所述的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料的制備方法，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，在氮氣環境下40°C水浴中攪拌8小時進行磺化；傾入冰水中聚合物成細絲狀，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。
7.—種權利要求I的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料的制備方法，是將氧化釓與聚醚醚酮混合在一起，用雙螺桿擠出機熔融共混；其中按質量計投料總量為100份，氧化釓為X=5 35份，聚醚醚酮為100-X份。
8.根據權利要求7所述的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料的制備方法，其特征是，所述的雙螺桿擠出機熔融共混，雙螺桿擠出機料筒有8段式加熱區域，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，機頭口模溫度為330 360°C，經高溫熔融、螺桿剪切擠壓、切料得到含氧化釓的聚醚醚酮復合材料。
9.根據權利要求7或8所述的含氧化釓的聚醚醚酮復合材料的制備方法，其特征是，擠出機料筒的8段式加熱區域距離相等，螺桿轉速在60 180rpm范圍內。
全文摘要
本發明的一種含氧化釓的聚醚醚酮復合材料及其制備方法，屬于特種工程塑料技術領域。組成有聚醚醚酮、氧化釓和磺化聚醚醚酮，復合材料總質量份數為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。復合材料的制備包括氧化釓的改性處理和熔融共混兩個步驟，是將改性氧化釓與聚醚醚酮混合在一起，用雙螺桿擠出機熔融共混制備得到。本發明為增加復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氧化釓進行改性處理后再進行熔融共混，從而使氧化釓在聚醚醚酮基體中得到良好的分散。本發明的復合材料具有更高的強度、模量、優異的熱穩定性以及良好的X射線屏蔽性能。
文檔編號B29C47/92GK102775726SQ20121031309
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者劉韜, 姜振華, 張航, 楊延華, 王婷婷, 王海濱, 王貴賓 申請人:吉林大學