一种涂层改性碳纤维增强abs树脂复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于涂层改性碳纤维增强复合材料领域，具体设及一种力学性能优异的涂 层改性碳纤维增强热塑性ABS树脂复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]ABS是丙締腊-下二締-苯乙締S元共聚物，它是一种用途广泛的热塑性工程塑 料，应用于机械工业、汽车工业、航空航天、建筑用材、电子信息、生活日用品等领域，有一定 的初性，可W在一定程度上抵抗酸、碱、盐腐蚀。但同时ABS强度和模量较低，不能满足一 些力学性能高和尺寸精密的制件制作，因而需要通过对ABS进行改性增强来满足对材料性 能越来越高的要求。常用提高聚合物强度和初性的方法包括添加好的聚合物组分，添加合 适的填料，添加合适的助剂等。对ABS进行增强改性的传统方式是添加玻璃纤维作为增强 剂，例如中国专利CN103724922、CN103265787、CN101555341、CN104045963、CN104231525、 CN104231526、CN103304911、CN104403258、CN103788568 等，配合使用增初剂、抗氧化剂、 润滑剂等加工助剂。其它常用的提高ABS强度及抗磨擦性能的添加剂还包括陶瓷纤维 (CN103740042)、有机纳米蒙脱±等纳米材料（CN103122121)、运些方法都可W在一定程度 上提高ABS组分的初性和强度，但往往会导致改性后材料的加工成本提高，或是材料密度 增加、流动性能下降，而且增强效果有限。
[0003] 碳纤维是一种具有很高强度和模量的耐高溫纤维状碳材料，碳纤维树脂基复合材 料具有质轻、高强度、高模量等优异的性能，是其他玻璃纤维增强复合材料所无法比拟的， 因此被广泛的应用于航空航天、汽车工业、轨道交通、新能源、体育用品等高新技术产业领 域。
[0004] 将碳纤维与ABS复合制备涂层改性碳纤维增强ABS复合材料，可W利用碳纤维 的优异的力学性能提高复合材料整体的性能。碳纤维对ABS有很好的增强、增初作用 (CN104151768、CN104356585、CN102399409、CN104045962)。因为碳纤维与树脂的浸润性不 佳，能否提高两者的界面结合力对复合材料的性能也具有重要的影响。因此本专利提出一 种对碳纤维进行相容剂涂层改性的方法，该方法能够显著提高碳纤维与ABS树脂的结合效 果，并且同时提升复合材料的力学性能。
【发明内容】
阳0化]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可同时显著提 高材料的力学性能、制备工艺简单的适用于工业化连续生产的涂层改性碳纤维增强ABS树 脂复合材料及其制备方法。
[0006] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：一种涂层改性碳纤维增强ABS树脂 复合材料，其特征在于，该复合材料由W下重量份的材料组成：ABS树脂100份，相容剂涂层 改性碳纤维5~80份，无机填料10~20份，偶联剂0. 5~5份，抗氧剂0. 2~1份W及润 滑剂0~3份。
[0007]所述的ABS树脂选自通用级、阻燃级、耐热级、电锻级、透明级、结构发泡级、抗静 电级、挤出板材级和管材级的粒料或粉料中的一种。
[0008] 所述的碳纤维是高性能渐青基碳纤维或丙締腊碳纤维。碳纤维的含量为5~80 份，当短切碳纤维含量小于5份时，无法发挥其优异的力学性能，所W对ABS树脂力学性能 的提高不显著。碳纤维含量越高，ABS树脂的力学性能越高。但是当短切碳纤维的质量百 分比过高，其含量大于80份时，对混合设备的磨损严重，缩短螺杆的使用寿命。另外，含量 过高会使复合材料的烙融粘度高、烙体流动性下降，因而对成型加工带来不利，尤其不利于 薄壁、复杂结构制品的成型。
[0009] 所述的碳纤维是短切碳纤维，平均长度为10ym~2mm。较长的碳纤维表面积较 大，与树脂的接触面积大，结合强度高，因此相应的增强材料具有较低的抗磨擦率，所W，纤 维长度值越大越有利于提高材料的强度、模量W及耐摩擦性。但是当纤维长度大于2mm时， 将造成复合材料烙融粘度高，流动性差，给后续的制品的成型加工带来困难，尤其不利于薄 壁、复杂结构制品的成型加工。
[0010] 所述的相容剂选自马来酸酢接枝ABS(牌号CMG1307)、马来酸酢接枝AS(牌号SAM010)、苯乙締-丙締腊-甲基丙締酸缩水甘油醋的S元无规共聚物（牌号SAG005)中 的一种。
[0011] 所述的相容剂涂层改性碳纤维是将碳纤维浸溃在相容剂溶液中加热到70~90°C处理2-化获得，所述的相容剂溶液是将相容剂溶于有机溶剂中形成质量浓度为2~5wt% 的溶液，所述的有机溶剂包括二甲基甲酯胺、1,2-二氯乙烧、丙酬、下酬、醋酸乙醋、二甲苯 或四氨巧喃。
[0012] 所述的偶联剂选自乙締基=乙氧基硅烷、丫-氨丙基=乙氧基硅烷、丫-氨丙基= 甲氧基硅烷、丫-(甲基丙締酷氧）丙基=甲氧基硅烷、丫-缩水甘油酸氧丙基=甲氧基娃 烧、正铁酸四异丙醋或异丙基=异十八酷铁酸醋中的一种或一种W上。
[0013] 所述的抗氧剂选自四[0-(3,5-二叔下基-4-径基苯基）丙酸]季戊四醇醋， N，N' -双-(3- (3, 5-二叔下基-4-径基苯基）丙酷基）己二胺或S巧，4-二叔下基苯基] 亚憐酸醋中的一种或一种W上；
[0014] 所述的润滑剂选自乙撑双脂肪酸酷胺、乙締-丙締酸共聚物或娃酬粉中的一种或 一种W上；
[0015]所述的无机填料由滑石粉、氧化儀和氧化侣按重量比1:3:1混合制成。
[0016] 一种涂层改性碳纤维增强ABS树脂复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包 括W下步骤：
[0017] (1)将各原料在鼓风烘箱中充分干燥；
[00化]似将碳纤维剪成IOcm的丝束；将相容剂溶解于溶剂中制成溶液；将IOcm长碳纤 维丝束浸溃于溶液中加热到70~90°C处理2-化，取出后烘干，剪成平均长度为10ym~ 2mm的短切纤维，得到相容剂涂层改性碳纤维；
[0019] (3)按照配比称取各组分原料；
[0020] (4)将除碳纤维W外的原料加入双螺杆挤出机料斗，将步骤（2)制得的相容剂涂 层改性碳纤维于挤出机加纤口加入，挤出造粒。 阳02U 步骤（1)所述的干燥条件是在70~90°C下鼓风干燥4~6小时；
[0022] 步骤（2)所述的烘干条件是在70~90°C下鼓风干燥8~12小时，碳纤维加工前 的含水量必须小于0. 〇2wt%;碳纤维具有吸湿性，加工前的干燥很重要，否则将导致ABS树 脂高溫加工过程中的降解，导致力学性能下降。
[0023] 步骤（4)所述的双螺杆挤出机自喂料口至挤出机模头的六区溫度设定分别为 150°C、175°C、185°C、195°C、195°C、200°C，主机转速 20 ~50 赫兹。
[0024] 与现有技术相比，本发明有效克服了填充ABS树脂力学性能不够好、碳纤维与树 脂结合不良等W往技术的缺点，制备了一种力学性能得到提高的涂层改性碳纤维增强ABS 热塑性复合材料，得到的复合材料中碳纤维与ABS树脂不仅有很好的浸润性，而且碳纤维 与ABS在浸润前通过涂层改性处理，使两者有了很好的界面结合性；制备得到的相容剂涂 覆改性碳纤维增强ABS复合材料力学性能优异，同时密度低，适合用来制造薄壁化、轻量化 的电子/电气产品、耐磨轴承，耐热汽车零部件，可极大扩展ABS树脂材料的应用领域。且 复合材料的原料成本低、制备工艺简单、适合于工业连续化生产。
【具体实施方式】
[00巧]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在W本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0026] 实施例及比较例中使用的ABS树脂的密度为1. 10g/cm3,烙融溫度160~190°C， 弯曲模量为2. 5GPa，弯曲强度为55. 6MPa。碳纤维为东丽T700碳纤维，密度为1. 80g/cm3， 拉伸模量为230GPa，拉伸强度为4. 9GPa。加工前在碳纤维和树脂均在80°C下连续鼓风干燥 8小时，使含水量均小于0. 02wt%。
[0027] 力学性能用万能电子拉力机测量。 阳0測实施例1
[0029] 称取重量份含量ABS树脂100份，相容剂涂层改性碳纤维10份，无机填料（滑石 粉、氧化儀和氧化侣，重量比1:3:1) 10份，偶联剂（丫-氨丙基=乙氧基硅烷和丫-缩水甘 油酸氧丙基S甲氧基硅烷，重量比1:1) 0. 5份，抗氧剂（四[0 - (3, 5-二叔下基-4-径基苯 基）丙酸]季戊四醇醋）〇.2份W及润滑剂0份配料；将ABS树脂、无机填料、偶联剂、抗氧 剂及润滑剂等投入高速混合机中高速混合均匀，下料至挤出机料斗，碳纤维于挤出机加纤 口加入，控制自喂料口至挤出机模头的各区溫度分别为150°C、175°C、185°C、195°C、195°C、 200°C，主机转速50赫兹，经过双螺杆挤出机挤出造粒即可得到该复合材料。
[0030] 本实施例的复合材料的各性能分别为：弯曲模量6. 4GPa，弯曲强度102. 9MPa。弯 曲强度和弯曲模量得到显著增强，满足薄壁化、轻量化的电子/电气产品生产，耐磨轴承， 耐热汽车零部件成型加工的要求，可极大扩展ABS树脂的应用领域。且复合材料的制备工 艺简单、挤出过程持续稳定，适合于工业连续化生产。 阳0川实施例2
[0032] 称取重量份含量ABS树脂100份，相容剂涂层改性碳纤维80份，无机填料（滑石 粉、氧化儀和氧化侣，重量比1:3:1) 10份，偶联剂（丫-氨丙基=乙氧基硅烷和丫-缩水甘 油酸氧丙基S甲氧基硅烷，重量比1:1) 5份，抗氧剂（四[0-(3, 5-二叔下基-4-径基苯 基）丙酸]季戊四醇醋）1份W及润滑剂（乙撑双脂肪酸酷胺）3份配料；将ABS树脂、无 机填料、偶联剂、抗氧剂及润滑剂等投入高速混合机中高速混合均匀，下料至挤出机料斗， 碳纤维于挤出机加纤口加入，控制自喂料口至挤出机模头的各区溫度分