本发明涉及尼龙复合材料技术领域，尤其涉及一种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术：
拉杆箱脚轮系统材料(含支架及脚轮)国内外都以增强尼龙来生产。尼龙主要通过纤维改性，可明显地改善尼龙的耐酸碱性及物理机械性能，使其适用范围更广，因此纤维改性尼龙具有重要的意义。增强尼龙包括玻璃纤维增强类/碳纤维增强类/玄武岩纤维增强类及芳纶纤维增强类。其中以玻璃纤维和碳纤维增强类为主，玻璃纤维增强尼龙是以聚合物为基体，以玻璃纤维为增强材料而制成复合材料，综合了聚合物和玻璃纤维的性能，具有强度高、耐腐蚀、隔热、成型收缩小等优点。随着应用市场的飞跃发展，对玻璃纤维增强尼龙提出更高的要求。国内对玻纤增强尼龙材料进行了大量的理论研究和产品开发，从基体中玻纤含量、玻纤尺寸、玻纤的分散性、玻纤与尼龙基料的粘结程度、各种助剂的正确使用以及工艺条件的调整等不同的方面进行研究，取得了进展，但是在提高尼龙的强度、尺寸稳定性和降低吸水率获得突破外，也带来一系列的问题，如：当玻纤含量超过一定量时，复合体系的熔体粘度增大，不仅造成加工成型困难，而且制品容易出现玻纤外露、表面粗糙等不良现象，当应用在拉杆箱脚轮系统配件中，除了以上不良情况，还出现配件重量增大，因此研制高性能、高品质的增强尼龙势在必行。
碳纤维改性尼龙材料近年来发展较快，因为尼龙和碳纤维都是各自领域性能优异的材料，其复合材料综合体现了两者的优越性，碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、导热等特点，与玻璃纤维相比，模量高3—5倍，因而是一种获得高刚性和高强度尼龙材料的优良增强材料，目前国外大多采用尼龙6或66作为基体材料，以短切或长碳纤维作为增强材料，如美国wilson-fibertil国际公司研究了添加20％的碳纤维其弯曲强度与添加40％的玻璃纤维增强材料相同。国内也开展了相关的研究和试验，大量试验结果表明：碳纤维增强尼龙可以使尼龙复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、表面硬度、耐磨性增大、耐热性好，摩檫系数小，重量轻等系列优点，但碳纤维增强材料也有其缺点，如：成本高、加工性不好、表面光洁度不高等。因此研制高性能、成本适中易成型加工的碳纤维增强尼龙复合材料是塑料改性行业的一大发展趋势。
技术实现要素：
本发明要解决上述问题，提供一种高韧性、耐磨损性能好、易加工的拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料及其制备方法。
本发明解决问题的技术方案是，提供一种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料，按照质量份，包括pa35-45份，玻璃空心微珠5-10份，活性碳纤维10-15份，界面增溶剂5-10份，纳米氧化铝3-5份以及助剂0.7-2份。
优选地，所述助剂包括热稳定剂0.1-0.5份，抗氧化剂0.1-0.5份，润滑剂0.5-1份。
优选地，按照质量份，还包括交联剂0.1-0.5份。
优选地，所述界面增溶剂选自epdm-g-mah。
优选地，所述pa为改性pa6与改性pa66的混合物。
优选地，所述改性pa6由以下步骤制备：将pamam树枝状大分子、o-mmt、己内酰胺、水和磷酸酯以（0.5-1）：（1-10）：100：50：（1-3）的质量比混合后升温至75-85℃，搅拌混合均匀；在氮气保护下，再升温至240-260℃，保温保压水解开环反应1.5-2.5h后，减压聚合后出料并切粒。
优选地，所述改性pa66由以下步骤制备：将kh-570硅烷偶联剂溶于等体积丙酮溶剂中，再加入5%-15%的csw，高速搅拌分散、真空抽滤、烘干、打散后，与pa66熔融共混并挤出造粒。
本发明的另一个目的是提供一种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纤维和高锰酸钾置于浓硫酸中加热2-3小时后，用蒸馏水冲洗至ph为6-7，再经乙醇淋洗后置于乙醇中超声分散，磁力搅拌得到混合物1；
（2）将硅烷偶联剂tts、玻璃空心微珠、纳米氧化铝置于乙醇中超声分散，磁力搅拌得到混合物2；
（3）将混合物1和混合物2混合后磁力搅拌，并于75-85℃加热8-12h得到增强填充剂；
（4）将pa、界面增溶剂、增强填充剂、助剂依次混合后挤出造粒得到塑料母料；
（5）将塑料母料和交联剂混合后注塑成型得到拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料。
本发明的有益效果：
1.以尼龙为原料、活性碳纤维为增强改性剂、表面活化的空心玻璃微珠为填充剂，epdm-g-mah为界面增容剂，制备得到的复合材料具有更好的耐磨能力、弹性以及抗形变能力，从而能够有效延长拉杆箱脚轮的使用寿命。
2.对尼龙基体材料进行预处理，采用有机蒙脱土（o-mmt）与枝化剂共同作用，原位接枝聚合以改性pa6，使得o-mmt表面的有机改性剂（hooc（ch2)17nh3+)的端羧基很好地与树枝状的pa6大分子反应，从而使蒙脱土表面接枝树枝状的pa6大分子，使蒙脱土充分分散剥离和插层于超支化pa6基体中，形成一种网络交联结构。这种结构使得pa6的强度和韧性都得到了大幅度的提高。采用硫酸钙晶须改性pa66，减少了pa66的摩擦系数的同时还提高了pa66的拉伸强度和冲击强度。从而增强由改性pa6和改性pa66作为基底制得的复合材料的各项性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，并对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料，
按照质量份，包括pa35份，玻璃空心微珠5份，活性碳纤维10份，界面增溶剂5份，纳米氧化铝3份以及助剂0.7份，交联剂0.1份。其中，助剂包括热稳定剂0.1份，抗氧化剂0.1份，润滑剂0.5份。
其中，界面增溶剂选自epdm-g-mah，pa为改性pa6与改性pa66的混合物，热稳定剂选用硬脂酸钙，抗氧化剂选用亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯，润滑剂选用硬脂酸，交联剂选用苯乙烯。
这种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料由以下步骤制备：
（1）改性pa6，将pamam树枝状大分子、o-mmt、己内酰胺、水和磷酸酯以0.5：1：100：50：1的质量比混合后升温至75℃，搅拌混合均匀；在氮气保护下，再升温至240℃，保温保压水解开环反应1.5h后，减压聚合后出料并切粒。
（2）改性pa66，将kh-570硅烷偶联剂溶于等体积丙酮溶剂中，再加入5%csw，高速搅拌分散、真空抽滤、烘干、打散后，与pa66熔融共混并挤出造粒。
（3）以1:1的质量比混合改性pa6和pa66得到pa。
（4）制备epdm-g-mah，将epdm、mah、乙烯基三甲氧基硅烷、苯乙烯以95:2:0.1:3的质量比依次加入密炼机内于170℃反应10min，转速70rpm，制得高接枝率1.6%的epdm-g-mah。
（5）按照上述质量份，将碳纤维和高锰酸钾置于浓硫酸中加热2小时后，用蒸馏水冲洗至ph为6，再经乙醇淋洗后置于乙醇中超声分散，磁力搅拌得到混合物1。
（6）按照上述质量份，将硅烷偶联剂tts、玻璃空心微珠、纳米氧化铝置于乙醇中超声分散，磁力搅拌得到混合物2。
（7）将混合物1和混合物2混合后磁力搅拌，并于75℃加热8h得到增强填充剂。
（8）按照上述质量份，将pa、界面增溶剂、增强填充剂、助剂依次混合后挤出造粒得到塑料母料。
（9）按照上述质量份，将塑料母料和交联剂混合后注塑成型得到拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料。
实施例2
一种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料，
按照质量份，包括pa40份，玻璃空心微珠8份，活性碳纤维12份，界面增溶剂8份，纳米氧化铝4份以及助剂1.2份，交联剂0.3份。其中，助剂包括热稳定剂0.2份，抗氧化剂0.3份，润滑剂0.9份。
其中，界面增溶剂选自epdm-g-mah，pa为改性pa6与改性pa66的混合物，热稳定剂选用硬脂酸镁，抗氧化剂选用亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯，润滑剂选用聚乙烯蜡，交联剂选用苯乙烯。
这种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料由以下步骤制备：
（1）改性pa6，将pamam树枝状大分子、o-mmt、己内酰胺、水和磷酸酯以0.8：5：100：50：2的质量比混合后升温至80℃，搅拌混合均匀；在氮气保护下，再升温至250℃，保温保压水解开环反应2h后，减压聚合后出料并切粒。
（2）改性pa66，将kh-570硅烷偶联剂溶于等体积丙酮溶剂中，再加入10%csw，高速搅拌分散、真空抽滤、烘干、打散后，与pa66熔融共混并挤出造粒。
（3）以1:2的质量比混合改性pa6和pa66得到pa。
（4）制备epdm-g-mah，将epdm、mah、乙烯基三甲氧基硅烷、苯乙烯以95:2:0.1:3的质量比依次加入密炼机内于175℃反应11min，转速75rpm，制得高接枝率1.6%的epdm-g-mah。
（5）按照上述质量份，将碳纤维和高锰酸钾置于浓硫酸中加热2.5小时后，用蒸馏水冲洗至ph为6.5，再经乙醇淋洗后置于乙醇中超声分散，磁力搅拌得到混合物1。
（6）按照上述质量份，将硅烷偶联剂tts、玻璃空心微珠、纳米氧化铝置于乙醇中超声分散，磁力搅拌得到混合物2。
（7）将混合物1和混合物2混合后磁力搅拌，并于80℃加热10h得到增强填充剂。
（8）按照上述质量份，将pa、界面增溶剂、增强填充剂、助剂依次混合后挤出造粒得到塑料母料。
（9）按照上述质量份，将塑料母料和交联剂混合后注塑成型得到拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料。
实施例3
一种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料，
按照质量份，包括pa45份，玻璃空心微珠10份，活性碳纤维15份，界面增溶剂10份，纳米氧化铝5份以及助剂2份，交联剂0.5份。其中，助剂包括热稳定剂0.5份，抗氧化剂0.5份，润滑剂1份。
其中，界面增溶剂选自epdm-g-mah，pa为改性pa6与改性pa66的混合物，热稳定剂选用硬脂酸钙，抗氧化剂选用亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯，润滑剂选用硬脂酸甘油酯，交联剂选用苯乙烯。
这种拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料由以下步骤制备：
（1）改性pa6，将pamam树枝状大分子、o-mmt、己内酰胺、水和磷酸酯以1：10：100：50：3的质量比混合后升温至85℃，搅拌混合均匀；在氮气保护下，再升温至260℃，保温保压水解开环反应2.5h后，减压聚合后出料并切粒。
（2）改性pa66，将kh-570硅烷偶联剂溶于等体积丙酮溶剂中，再加入15%csw，高速搅拌分散、真空抽滤、烘干、打散后，与pa66熔融共混并挤出造粒。
（3）以2:1的质量比混合改性pa6和pa66得到pa。
（4）制备epdm-g-mah，将epdm、mah、乙烯基三甲氧基硅烷、苯乙烯以95:2:0.1:3的质量比依次加入密炼机内于180℃反应12min，转速80rpm，制得高接枝率1.6%的epdm-g-mah。
（5）按照上述质量份，将碳纤维和高锰酸钾置于浓硫酸中加热3小时后，用蒸馏水冲洗至ph为7，再经乙醇淋洗后置于乙醇中超声分散，磁力搅拌得到混合物1。
（6）按照上述质量份，将硅烷偶联剂tts、玻璃空心微珠、纳米氧化铝置于乙醇中超声分散，磁力搅拌得到混合物2。
（7）将混合物1和混合物2混合后磁力搅拌，并于85℃加热12h得到增强填充剂。
（8）按照上述质量份，将pa、界面增溶剂、增强填充剂、助剂依次混合后挤出造粒得到塑料母料。
（9）按照上述质量份，将塑料母料和交联剂混合后注塑成型得到拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料。
各实施例的拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料的各项性能对照表如下表所示。
从该表可看出，本发明的拉杆箱脚轮用碳纤增强尼龙复合材料的各项性能明显优于普通拉杆箱脚轮用材料。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。