一种氧化石墨烯和碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体设及一种氧化石墨締和碳纤维增强聚 丙締复合材料，本发明还设及该复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳纤维复合材料具有质轻、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 品等局新技术广业领域。
[0003] 聚丙締树脂作为一种通用塑料，由于其具有密度低，机械性能和加工性能优异，且 价格便宜等优点，已被广泛的应用于汽车，家电，电器等领域。而纯聚丙締树脂由于其强度， 硬度，尺寸稳定性和耐热性等性能往往存在些不足，需要对其改性方能将其应用于上述领 域。为了改善聚丙締的运些性能，目前常用的方法是通过采用玻璃纤维增强聚丙締或采用 无机填料如碳酸巧，滑石粉等来填充改性聚丙締，如专利CN1125127所述。而玻璃纤维或无 机填料密度较大，填充改性即后得到的组合物密度也随之大幅增加，运会导致产品的市场 竞争力下降，同时，受玻璃纤维或无机填料本身性能限制，采用玻纤或无机填料增强改性的 即性能有限，在一些性能要求较高的场合应用将受限制。
[0004] 为了进一步提高改性即复合材料的性能，并使改性材料轻量化，使其满 足对性能要求较高领域的应用，一种方法是采用碳纤维增强改性聚丙締，如专利 CN100368471，CN100478386所述，制备得到的复合材料不仅强度高，性能优异，而且密度低。 然而，由于碳纤维和树脂之间粘结性不好，使得复合材料的力学性能很难达到理论值。碳纤 维的表面改性，比如：电化学腐蚀，气液相氧化和等离子体处理等可W使碳纤维表面暴露一 些官能团进而和树脂基体进行反应。但是，对于热塑性树脂来说，基体内的含氧官能团较 少，而不能和上述方法处理的碳纤维进行化学接枝反应。况且用上述方法处理的碳纤维虽 然在表面得到了一些官能团，但牺牲了纤维表面存在的石墨结构，对纤维和复合材料的力 学性能有所影响且成本较高。专利CN103850123A公布了一种界面改性的碳纤维/聚丙締 复合材料及其制备方法。具体的是通过在碳纤维表面接枝聚麟腊，获得了表面带有大量氨 基的改性碳纤维，再将石墨締和氨基化的碳纤维进行化学接枝反应，在碳纤维表面接枝上 具有系列不同密度的石墨締，能够有效的增加碳纤维/聚丙締复合材料的力学性能。但是， 上述方法先经过对碳纤维表面的酸化接枝改性，再进行接枝石墨締，步骤繁琐，复杂，且碳 纤维用酸进行表面氧化后会破坏纤维表面结构，对复合材料的力学性能不利。
【发明内容】
[0005] 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强度高、力学性 能优异、成本低的氧化石墨締和碳纤维增强聚丙締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：一种氧化石墨締和碳纤维增强聚 丙締复合材料，其特征在于，该组合物包含w下重量份的组分制成： 聚丙締树脂：60-90份； 短切碳纤维：5-30份； 碳纤维表面处理剂氧化石墨締：〇-1份； 抗氧剂：〇. 1-0. 5份； 光稳定剂：〇. 1-1份； 相容剂：3-15份； 增初剂：〇-15份； 润滑剂：〇. 1-0. 5份； 填料氧化石墨締：〇-1份； 所述的聚丙締为均聚聚丙締或共聚聚丙締。
[0007] 所述的碳纤维的为日本东丽有限公司生产的型号为T700SC的碳纤维，长度为3-5 mm〇
[0008] 所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂168中的一种或一 种W上。
[0009] 所述的光稳定剂为双（2, 2, 6, 6-四甲基苯赃晚剂）葵二酸醋、二（1，2, 2, 6, 6-戊 甲基-4-赃晚基）葵二酸盐中的一种或一种W上。
[0010]所述的相容剂为马来酸酢接枝聚丙締（PP-g-MH)、丙締酸接枝聚丙締（PP-g-AA) 和乙締-丙締酸甲醋-甲基丙締酸缩水甘油醋无规=元共聚物（AX8900)中的一种或一种 社。
[0011] 所述的增初剂为乙締-辛締共聚物（P0E)、S元乙丙橡胶巧PDM)、下苯橡胶（SBS) 和乙丙橡胶巧PR)中的一种或一种W上。所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸巧、硬脂酸锋、聚 乙締蜡和娃酬粉中的一种或一种W上。
[0012] 所述的氧化石墨締是实验室利用改进的Hummers方法制备，氧化石墨締制备的具 体过程为： a. 室溫下，将0.5重量份硝酸钢、1重量份石墨粉和46重量份98wt%浓硫酸在冰浴条 件下混合，揽拌30min,然后再缓慢加入3重量份高儘酸钟，揽拌30min; b. 将步骤a中的反应体系加热至35 °C，揽拌2~48h，得到褐色悬浮液；向悬浮液中缓 慢地加入50重量份去离子水，揽拌，升溫至98 °C继续反应5~10min,冷却至室溫； C.将步骤b的反应液边揽拌边倒入167重量份去离子水中，加入5重量份30wt%双 氧水，静置24h; d.取下层沉淀，用去离子水在8000巧m条件下离屯、洗涂S次，每次5~10min;将沉淀 用去离子水透析，直至BaClz检测无SO42，透析后将粘稠液体加入去离子水中，超声处理1 h，然后将溶液在4000~8000巧m的条件下离屯、5~10min,所得上层液体即为氧化石墨締水 溶液。
[0013] 将得到氧化石墨締水溶液利用冷冻干燥法得到氧化石墨締粉末。厚度为0. 9~1. 5 皿，片层直径为2~5ym。
[0014] 一种氧化石墨締和碳纤维增强聚丙締复合材料的制备方法，其特征在于，包括W 下步骤： (1) 按上述配比，称取表面处理剂氧化石墨締0-1份配成0.2mg/ml的溶液，称取5-30 份的碳纤维，分散到配制好的氧化石墨締溶液中，W200巧m的转速揽拌24小时，放到烘箱 中蒸干掉水分后，待用； (2) 按上述配比，称取60-90份聚丙締树脂，步骤（1)中的氧化石墨締处理的5-30份 碳纤维，0. 1-0. 5份抗氧化剂，0. 1-1份稳定剂，3-15份相容剂，0-15份增初剂，0. 1-0. 5份润 滑剂，0-1份填料氧化石墨締，于高溫混炼机中，混合均匀； (3) 将步骤（2)混合均匀的原料加入到双螺杆挤出机中烙融共混，挤出，注塑制得氧 化石墨締和碳纤维增强聚丙締复合材料。
[0015] 所述的步骤（3)的双螺杆挤出机为同向或异向双螺杆挤出机，挤出机溫度为 165-185 °C，进料速度为1-10巧m，螺杆转速为5-50巧m。
[0016] 本发明的目的之一是提供一种氧化石墨締和碳纤维增强聚丙締复合材料，该复合 材料避免了碳纤维表面刻蚀的处理，减小了环境污染与成本；同时，还具有强度高、力学性 能优异、成本低等优点；另外，该复合材料使用氧化石墨締既对碳纤维表面改性又对聚丙締 树脂基体改性，使碳纤维表面和聚丙締树脂基体内部都可W发生交联反应，进一步提高了 复合材料的力学性能。
[0017] 本发明的另一目的是提供一种上述氧化石墨締和碳纤维增强聚丙締复合材料的 制备方法，该制备方法简单，制备的复合材料可W广泛的应用于航空航天、汽车、机械、电子 电器、家电等产品零部件。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0019] W下实施例中，拉伸性能测试标准为ISO527-2:2012,弯曲性能测试标准为ISO 178:2010,冲击强度测试标准为ISO180:2000。
[0020] 实施例1 氧化石墨締和碳纤维增强聚丙締复合材料