一种碳纤维增强尼龙微发泡材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种尼龙微发泡复合材料及其制备方法， 尤其是一种碳纤维增强尼龙微发泡复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 轻量化、环保节能、安全舒适已经成为汽车发展重要趋势，这也同样成为汽车材料 努力改进方向。微发泡技术是一种能够制备具有独有的致密表层和发泡芯层结构材料的技 术。在保证材料基本性能的前提下，显著减轻制件重量，有利于实现汽车轻量化。其中，尼 龙微发泡材料已在汽车部件，如发动机罩盖、门把手等部件应用。
[0003] 然而，由于尼龙微发泡材料综合性能较低，目前仍无法应用到比如，散热器风扇、 进气歧管、空气滤清器壳体、发电机盖、电器外壳、冷却排管、座椅主体、座椅滑轨、油门踏板 等结构部件上，严重阻碍了尼龙微发泡材料发展。
【发明内容】
[0004] 本发明采用轻质、高强、高模、高耐热碳纤维作为增强体，保证尼龙微发泡材料轻 量化优势前提下，大幅提高其抗拉、抗弯强度、模量和耐热性能，获得了具有轻量化特征的 高性能尼龙微发泡材料，并提供该材料的制备方法。本发明工艺简单，生产效率高、易于实 现工业化。
[0005] 技术方案
[0006] 本发明通过以下技术方案解决技术问题：
[0007] -种碳纤维增强尼龙微发泡材料，原料包括以下重量份的组分：
[0008] 尼龙 40-70 份
[0009] 碳纤维10-40份
[0010] 相容剂1-10份
[0011] 发泡剂母粒0.5-6份
[0012] 抗氧剂0.5-2份。
[0013] 进一步的技术方案，组分中还包括填充剂0-20份，所述的填充
[0014] 剂为碳酸钙、玻璃微珠、滑石粉中的一种。
[0015] 进一步的技术方案，所述的尼龙为PA6、PA66、PA1010中的一种；
[0016] 所述的碳纤维表面经过硅烷偶联剂处理，碳纤维为连续碳纤维或者短切碳纤维；
[0017] 所述的相容剂为马来酸酐接枝P0E或者马来酸酐接枝PE;
[0018] 所述的发泡剂母粒的主要成份为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲
[0019] 酰胺、甲苯磺酞氨基脲、偶氮二碳酸胺中的一种；
[0020] 所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂。
[0021] 进一步的技术方案，所述的碳纤维是碳含量彡95 %，抗拉强度彡4000MPa，单丝直 径是5~8ixm的连续碳纤维。
[0022] 进一步的技术方案，所述的相容剂是马来酸酐接枝POE型。
[0023] 进一步的技术方案，所述的发泡剂母粒的主要成分是偶氮二甲酰胺。
[0024] 进一步的技术方案，所述的主抗氧剂是抗氧剂1098,所述的辅抗氧剂是抗氧剂 168〇
[0025] 一种碳纤维增强尼龙微发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026] (1)将尼龙、相容剂、填充剂、抗氧剂按一定重量比例放入高速混合机中混合 4-6min，获得组分混合物；
[0027] (2)将上述组分混合物由料斗连续加入双螺杆挤出机，碳纤维由侧喂料口加入到 双螺杆挤出机中混炼挤出，经过牵条、冷却、干燥、切粒，得到碳纤维增强尼龙复合材料；
[0028] (3)将步骤（2)中所得到的碳纤维增强尼龙复合材料和发泡剂母粒按94-99. 5份 和0. 5-6份混合后加入到注塑机中，注塑成型得到高性能碳纤维增强尼龙微发泡材料。
[0029] 进一步的技术方案，所述步骤（1)中，双螺杆挤出机料筒从加料口到机头各段温 度范围为区：220-240°C、II区：240-260°C、III区：245-265°C、IV区：250-270°C、V区： 250-270°C、VI区：250-270°C、VII区：250-270°C、VIII区：245-265°C、IX区 240-260°C， 螺杆转速500r/min。
[0030] 进一步的技术方案，所述步骤（3)中注塑机料筒温度为220-290°C，注射压力为 60-100MPa，注射速度为50-90mm/s，冷却时间为10-40s。
[0031] 有益效果
[0032] 本发明采用碳纤维增强技术，大幅提高尼龙微发泡材料抗拉强度、弯曲模量和耐 热性等性能的同时，进一步减轻材料重量，满足汽车工业对工程塑料轻量化和高性能化要 求，产品可应用到汽车零部件中的结构件代替现有实心改性尼龙注塑制件，实现汽车材料 轻量化，有利于促进汽车进一步节能减排。本发明制备方法中采用侧喂料口加入碳纤维，可 以更好地保留玻纤长度，提高材料力学性能。本发明产品可在普通注塑机实现微发泡，操作 简单，易于产业化。
【具体实施方式】
[0033] 实施例一
[0034] 将PA6 50份、马来酸酐接枝P0E 7. 5份、抗氧剂1098 0.6份、抗氧剂168 0.4份的 混合物放入高速混合机，混合6分钟，然后，将上述组分混合物由料斗连续加入双螺杆挤出 机，将经过硅烷偶联剂处理的碳含量多95%，抗拉强度多4000MPa，单丝直径是5~8m的连 续碳纤维40份由挤出机中部喂料口以侧喂方式加入到双螺杆挤出机机筒中混炼，经过牵 条、冷却、干燥、切粒，得到碳纤维增强尼龙复合材料。双螺杆挤出机料筒从加料口到机头各 段温度范围为区：220°C、II 区：240°C、III 区：245°C、IV 区：270°C、V 区：270°C、VI 区： 270°C、VII区：250°C、VIII区：245°C、IX区240°C，螺杆转速500r/min ;将所得到的碳纤维 增强尼龙复合材料99. 5份与主要成分是偶氮二甲酰胺的发泡母粒0. 5份混合后放入到注 塑机中，注塑成型得到高性能碳纤维增强尼龙微发泡材料；注塑机料筒温度220-290°C，注 射压力为lOOMPa，注射速度为90mm/s，冷却时间为40s。所得微发泡材料与未加碳纤维材料 性能对比如下：
[0035] 表1碳纤维增强微发泡材料与未加纤材料性能对比
[0036]
[0037] 实施例二
[0038] 将PA66 40份、马来酸酐接枝POE10份、滑石粉20份、抗氧剂1098 1份、抗氧剂 168 1份的混合物放入高速混合机，混合6分钟，然后，将上述组分混合物由料斗连续加入 双螺杆挤出机，将经过硅烷偶联剂处理的碳含量多95%，抗拉强度多4000MPa，单丝直径是 5~8m的连续碳纤维22份，由挤出机中部喂料口以侧喂方式加入到双螺杆挤出机机筒中 混炼，经过牵条、冷却、干燥、切粒，得到碳纤维增强尼龙复合材料。双螺杆挤出机料筒从加 料口到机头各段温度范围为区：220°C、II区：250°C、III区：250°C、IV区：270°C、V区： 270°C、VI区：270°C、VII区：270°C、VIII区：265°C、IX区 260°C，螺杆转速 500r/min;将所 得到的碳纤维增强尼龙复合材料94份与主要成分是碳酸氢钠的发泡母粒6份加入到注塑 机中，注塑成型得到碳纤维增强尼龙微发泡复合材料。注塑机料筒温度220-290°C，注射压 力为60MPa，注射速度为50mm/s，冷却时间为10s。所得微发泡材料与未加碳纤材料性能对 比如下：
[0039] 表1碳纤维增强微发泡材料与未加纤材料性能对比
[0040]
[0041] 实施例三
[0042] 将PA6 70份、马来酸酐接枝PE1份、碳酸钙10份、抗氧剂1098 0. 3份、抗氧剂 1010 0. 2份的混合物放入高速混合机，混合5分钟，然后，将上述组分混合物由料斗连续加 入双螺杆挤出机，将经过硅烷偶联剂处