一种无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及到一种无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚酰胺具有良好的综合性能，包括力学性能、耐磨损、耐热性、耐化学腐蚀和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工。随着汽车的轻量化、机械设备轻量化、电子电气设备的高性能化的进程加快，对聚酰胺将有更高更强的要求。特别是用聚酰胺作为结构性材料，对其强度、耐热性、耐寒性等方面提出了很高的要求。提高聚酰胺力学性能以及阻燃性能，实现高性能化与功能化，进而促进相关行业产品向高性能、高质量方向发展是一个趋势。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种高强度、高阻燃性的无卤阻燃的碳纤维增强聚乙烯复合材料。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]—种无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其组分按质量百分数配比为:聚酰胺40 %?70 %、碳纤维5 %?50 %、无卤阻燃剂10 %?30 %、增韧剂I %?5 %、润滑剂I %?5%、抗氧剂0.1%?I %、色料0.1%?I %。
[0006]其中，所述的碳纤维为经过多种酸混合溶液进行表面处理过的碳纤维，经过表面处理后的碳纤维与聚酰胺树脂更好的结合，使制得的无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料具有更好的性能，其性能为:密度为1.lg/cm3?1.4g/cm3;拉伸强度为90MPa?400MPa;弯曲强度为I 1MPa?450MPa ；弯曲模量为5000MPa?30000MPa ；悬臂梁缺口冲击强度为2KJ/m2?20KJ/m2;悬臂梁冲击强度为20KJ/m2?100KJ/m2。
[0007]所述的碳纤维为将表面进行氧化处理的碳纤维，其具体方法为将60^%浓硫酸、20wt %硝酸、1wt %高猛酸钾和1wt %双氧水进行混合后加水调配到浓度为45 %?65 %的溶液，然后将调配好的溶液加热到50°C?90°C，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50°C?90°C的温度条件下，浸泡处理30?90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净并烘干。
[0008]所述的聚酰胺为聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610中的一种或几种混合而成。
[0009]所述的无卤阻燃剂为有机磷阻燃剂、磷氮阻燃剂和硅系阻燃剂中的一种或几种复配而成。
[0010]所述增韧剂为马来酸酐接枝POE或者马来酸酐接枝PP。
[0011]所述的润滑剂为聚四氟乙烯。
[0012]所述的抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物。
[0013]上述无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，其步骤如下:
[0014](I)碳纤维表面氧化处理:将60wt %浓硫酸、20wt %硝酸、1wt %高猛酸钾和1wt %双氧水进行混合后加水调配到浓度为45 %?65 %的溶液，然后将调配好的溶液加热到50°C?90°C，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50°C?90°C的温度条件下，浸泡处理30?90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80°C?110°C温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维。
[0015](2)按重量比称配聚酰胺、无卤阻燃剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和色料，加入高速混合机中充分混合I?5分钟。
[0016](3)将上述混合均匀的物料由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将按重量配比称取的经过表面处理的碳纤维由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，通过调整主侧喂料口的喂料螺杆转速控制碳纤维的含量，通过双螺杆挤出机熔融挤出，其挤出工艺为:双螺杆挤出机温度区:一区温度250°C?260°C、二区温度250°C?260°C、三区温度255°C?265°C、四区温度255°C?265°C、五区温度260°C?270°C、六区温度260°C?270°C、七区温度265°C?275°C、八区温度265°C?275°C、九区温度270°C?280°C、机头温度265°C?275°C，螺杆转速300r/min?500r/min，将挤出的物料冷却切粒，即得本发明的无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料。
[0017]本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明制得的无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料，具有高强度、高阻燃性、高耐化学腐蚀性、高耐热性和良好的加工性能等优点;本发明的生产工艺简单，适于工业化生产，可广泛应用于汽车、航空航天、军工器械等领域。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实例来进行进一步说明本发明的技术方案。
[0019]实施例1:
[0020]—种无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其组分按质量百分比配比为:聚酰胺-6661 %、碳纤维6%、有机磷阻燃剂25%、马来酸酐接枝POE 3%、聚四氟乙烯4%、受阻酚抗氧剂11与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物0.6 %、色料0.4 %。所述的碳纤维为将表面进行氧化处理的碳纤维，其具体方法为将60wt %浓硫酸、20wt %硝酸、1wt %高锰酸钾和1wt %双氧水进行混合后加水调配到浓度为45 %?65 %的溶液，然后将调配好的溶液加热到50°C?90°C，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50°C?90°C的温度条件下，浸泡处理30?90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净并烘干。
[0021 ] 制备方法:(I)碳纤维表面氧化处理:将60wt %浓硫酸、20wt %硝酸、1wt %高猛酸钾和1wt %双氧水进行混合后加水调配到浓度为45 %?65 %的溶液，然后将调配好的溶液加热到50°C?90°C，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50°C?90°C的温度条件下，浸泡处理30?90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80°C?110°C温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；(2)按重量比称配聚酰胺-66、有机磷阻燃剂、马来酸酐接枝Ρ0Ε、聚四氟乙烯、受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物和色料，加入高速混合机中充分混合I?5分钟；(3)将上述混合均匀的物料由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将按重量配比称取的经过表面处理的碳纤维由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，通过调整主侧喂料口的喂料螺杆转速控制碳纤维的含量，通过双螺杆挤出机熔融挤出，其挤出工艺为:双螺杆挤出机温度区:一区温度250°C?260°C、二区温度250°C?260°C、三区温度255°C?265°C、四区温度255°C?265°C、五区温度260°C?270°C、六区温度260°C?270°C、七区温度265°C?275°C、八区温度265°C?275°C、九区温度270°C?280°C、机头温度265°C?275°C，螺杆转速300r/min?500r/min，将挤出的物料冷却切粒，即得本发明的无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料。
[0022]将制得的无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料检测后得到其性能检测结果为:密度为1.212g/cm3;拉伸强度为109.5MPa;弯曲强度为139.4MPa;弯曲模量为6609MPa;悬臂梁缺口冲击强度为3.5KJ/m2;悬臂梁冲击强度为26.4KJ/V。阻燃等级UL94V-0。
[0023]实施例2:
[0024]—种无卤阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其组分按质量百分比配比为:聚酰胺-6660%、碳纤维10%、有机磷阻燃剂23%、马来酸酐接枝POE 3%、聚四氟乙烯3%、受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物0.5%、色料0.5%。所述的碳纤维为将表面进行氧化处理的碳纤维，其具体方法为将60wt %浓硫酸、20wt %硝酸、1wt %高锰酸钾和1wt %双氧水进行混合后加水调配到浓度为45 %?65 %的溶液，然后将调配好的溶液加热到50°C?90°C，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50°C?90°C的温度条件下，浸泡处理30?90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净并烘干。
[°°25] 制备方法:(I)碳纤维表面氧化处理:将60wt %浓硫酸、20wt %硝酸、1wt %高猛酸钾和1wt %双氧水进行混合后加水调配到浓度为45 %?65 %的溶液，然后将调配好的溶液加热到50°C?90°C，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50°C?90°C的温度条件下，浸泡处理30?90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80°C?110°C温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；(2)按重量比称配聚酰胺-66、有机磷阻燃剂、马来酸酐接枝Ρ0Ε、聚四氟乙烯、受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物和色料，加入高速混合机中充分混合I?5分钟；(3)将上述混合均匀的物料由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将按重量配比称取的经过表面处理的碳纤维由双