一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料及其制备方法；本发明的高流动良表面碳纤维增强尼龙复合材料组分按重量份分别为：尼龙树脂40～80份、碳纤维10～50份、马来酸酐接枝物0～10份、抗氧剂0.1～1份、树枝状聚合物0.1～2份、加工助剂0.2～2份。与目前市场上常见的碳纤维增强尼龙复合材料相比，本发明的碳纤维增强尼龙复合材料在保持较高的拉伸强度、拉伸模量、冲击强度等性能的同时，复合材料的熔融指数大大提高，碳纤维增强尼龙复合材料的浮纤改善或者消除，表面质量好。
【专利说明】
一种高流动良表面碳纤维纤维増强尼龙复合材料及其制备 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种碳纤维纤维增强尼龙复合材料，具体涉及一种高流动良表面碳纤 维纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，这是一种工艺简单、适于结构复杂、对表观有高要 求的大型薄壁制件成型的一种高流动性的碳纤维增强尼龙复合材料。
【背景技术】
[0002] 在高科技的推动下，工程塑料得到了迅速的发展，其中尼龙由于耐高温，力学性能 好，越来越受到人们的欢迎，为了满足不同领域的需要，通常对其进行进一步改性，如专利 CN 102558847A，CN102329517A，US3453356，US3632254对通过纤维增强提高尼龙材料的力 学性能进行了研究，通过改性的尼龙复合材料在电子电器、汽车、机械设备和精密仪器得到 了广泛的应用。然而，近年来，在应用中对于电器部件、汽车部件的尼龙制件的尺寸精度提 出了越来越高的要求，面对结构复杂的大型薄壁制件的要求，尤其要求复合材料的流动性 能要好、表观要求光滑。但是由于纤维的导入造成了树脂在型腔中的流动性能变差，制品表 面不光，尤其是高含量的碳纤维增强尼龙复合材料限制了其在这些方面的应用。
[0003] 国内专利公开号103342811A:"一种高流动性PA10T聚酰亚胺预聚物及由其组成的 聚酰胺组合物"采用高流动性聚酰胺预聚物改性聚酰胺复合物，能够有效降低复合材料的 流动性，但是添加聚酰胺预聚物之后复合材料的力学性能有所下降。
[0004] 因此，为了改善纤维增强尼龙复合材料流动性差、表面粗糙的缺陷，有必要进一步 加强研究工作，开发出一种工艺简便、成型流动性良好、各项物理机械性能优异的纤维增强 尼龙复合材料。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种工艺简便，各项物理机械性能优异，成 型流动性良好、表面光滑的高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料及其制备方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] -种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料，由以下重量百分比计的原料组 成：
[0008] 尼龙树脂:40~80% ;
[0009] 碳纤维：10 ~50 %;
[0010] 马来酸酐接枝物:0~10%;
[0011] 树枝状聚合物:0.1~1%;
[0012]润滑剂:0.2-1 %
[0013]抗氧剂:〇.2~1 % ·
[0014] 所述的尼龙树脂可以尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙12和尼龙9T中的一种或者几种 的组合物。
[0015] 所述的碳纤维经过硅烷偶联剂表面处理的碳纤维。
[0016] 所述的马来酸酐接枝为马来酸酐接枝的ΡΡ、Ρ0Ε和SEBS中的一种或者几种组合。
[0017] 所述的树枝状聚合物为威海晨源分子新材料有限公司提供，牌号为CYD-2108。
[0018] 所述的润滑剂为硬脂酸酰胺、石蜡、聚乙烯蜡和硅酮母粒的一种或者几种组合。
[0019] 所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照1:2的比例复配而成。
[0020] 上述高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料的制备方法如下：
[0021] 1)按照重量配比称取原料；
[0022] 2)将除碳纤维以外的原料投入到高速混合器中干混3~5min;
[0023] 3)将步骤2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧 喂料口中加入碳纤维；
[0024] 4)将步骤3)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理，其中，双螺杆挤出机转速 为300~400r.p.m;双螺杆挤出机各段温度在220~280°C之间。
[0025]本发明的有益效果是:通过本发明制备了一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙 复合材料，具有机械强度尚、耐尚温、质轻等多种优异性能；同时具有尚流动性和良好的表 观性能，特别适用于结构复杂且对外观有要求的大型功能部件。
[0026]本发明的优点是：
[0027] 1、本发明使用树枝状聚合物作为添加料，用于改性碳纤维增强尼龙复合材料，使 得其流动性能大大提高同时复合材料的表面无浮纤、表观光滑；
[0028] 2、本发明使用了树枝状聚合物，所制备的复合材料的成型流动性能得到大幅度提 高，表观性能更佳，同时添加树枝状聚合物对复合材料的机械性能无不良影响；
[0029] 3、本发明所制备的高流动良表面碳纤维增强尼龙复合材料具有制备工艺简单，成 本低廉。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
[0031] 本发明实施例中，PA66选自神马集团PA66，其相对粘度为2.7;碳纤维为韩国TYM公 司提供的长度为6mm短切圆棒状碳纤维，其拉伸强度为4. OGPa，拉伸模量为230GPa，密度为 1.78g/cm3;PA6为广东新会美达锦纶股份有限公司，型号为M2000，其相对粘度为2.0，密度 为1.131g/cm 3。马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝Ρ0Ε;润滑剂为德国瓦克提供的硅酮母粒； 抗氧剂为1010和抗氧剂168按照重量比1:2配比复配;树脂状聚合物为威海晨源分子新材料 有限公司提供，牌号为CYD-2108。
[0032] 实施例1:
[0033] (1)按重量配比称取原料PA66 81.2%，，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润 滑剂0.3 %，树枝状聚合物0.2 %。
[0034] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0035] (3)将重量比为15 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0036] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240°C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0037] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0038] 实施例2:
[0039] (1)按重量配比称取原料PA66 80.9%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3 %，树枝状接枝物0.5 %。
[0040] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0041 ] (3)将重量比为15 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0042] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240°C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0043] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0044] 实施例3:
[0045] (1)按重量配比称取原料PA66 75.9%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3 %，树枝状接枝物0.5 %。
[0046] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0047] (3)将重量比为20 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0048] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0049] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0050] 实施例4:
[00511 (1)按重量配比称取原料PA66 65.4%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3%，树枝状接枝物1 %。
[0052] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0053] (3)将重量比为30 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0054] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0055] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0056] 实施例5:
[0057] (6)按重量配比称取原料PA6 81.2%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3 %，树枝状聚合物0.2 %。
[0058] (7)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0059 ] (8)将重量比为15 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0060] (9)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240°C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0061] (10)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0062] 实施例6:
[0063] (6)按重量配比称取原料PA6 80.9%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3 %，树枝状聚合物0.5 %
[0064] (7)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0065] (8)将重量比为15 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0066] (9)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240°C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0067] (10)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0068] 实施例7:
[0069] (6)按重量配比称取原料PA6 75.9%，马来酸酐接枝POE 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3 %，树枝状聚合物0.5 %。
[0070] (7)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0071 ] (8)将重量比为20 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0072] (9)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0073] (10)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0074] 实施例8:
[0075] (6)按重量配比称取原料PA6 65.4%，马来酸酐接枝POE 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3%，树枝状聚合物1 %。
[0076] (7)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0077] (8)将重量比为30 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0078] (9)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0079] (10)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0080] 对比例1:
[0081 ] (1)按重量配比称取原料PA66 81.4%，马来酸酐接枝POE 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3%〇
[0082] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0083 ] (3)将重量比为15 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0084] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0085] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0086] 对比例2:
[0087] (1)按重量配比称取原料PA66 76.4%，马来酸酐接枝POE 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3%〇
[0088] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0089] (3)将重量比为20 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0090] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为260 °C，260 °C，260°C，260°C，260°C，260 °C，260°C，其转速为380r. p. m，混合物在双螺杆挤出机内受到 剪切、熔融等复合处理。
[0091] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0092] 对比例3:
[0093] (1)按重量配比称取原料PA66 66.4%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3%〇
[0094] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0095] (3)将重量比为30 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0096] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240°C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0097] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0098] 对比例4:
[0099] (1)按重量配比称取原料PA66 81.4%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3%〇
[0100] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0101 ] (3)将重量比为15 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0102] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240°C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0103] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0104] 对比例5:
[0105] (1)按重量配比称取原料PA66 76.4%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3%〇
[0106] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0107] (3)将重量比为20 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0108] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为260 °C，260 °C，260°C，260°C，260°C，260 °C，260°C，其转速为380r. p. m，混合物在双螺杆挤出机内受到 剪切、熔融等复合处理。
[0109] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0110] 对比例6:
[0111] (1)按重量配比称取原料PA66 66.4%，马来酸酐接枝Ρ0Ε 3%，抗氧剂0.3%，润滑 剂0.3%〇
[0112] (2)将上述原料放入高速混合机共混5分钟，然后由双螺杆挤出机主喂料口加入。
[0113] (3)将重量比为30 %的短切碳纤维由双螺杆侧喂料口加入。
[0114] (4)上述物料经双螺杆挤出机挤出造粒，温度口到机头的温度分别为240°C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，260 °C，其转速为380r · p · m，混合物在双螺杆挤出机 内受到剪切、熔融等复合处理。
[0115] (5)将步骤(4)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理。
[0116] 根据实施例和对比例制的样品，进行性能测试对比，拉伸性能测试按照IS0527-2 进行，试样尺寸为150*10*4mm，拉伸速度为50mm/min;弯曲性能测试按照ISO 178进行，试样 尺寸为80*10*4mm，弯曲速度为2mm/min;简支梁冲击强度按IS0 179，试样尺寸55*6*4;熔融 流动指数按照ISO 1183测试采用ISO测试标准，测试性能如下表1和表2所示。
[0117] 表1为实施例1-4和对比例1-3的测试数据
[0120]表2为实施例5-8和对比例4-6的测试数据
[0123] 从表中可以看出，添加树枝状聚合物后复合材料的力学性能基本不发生变化，而 起熔融指数增大幅度较大，即复合材料的流动性能更好，同时，添加料树枝状聚合物复合材 料的表观质量明显改善。
[0124] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，并不用以 限制本发明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提 下所做的若干等同替代变型都应视为本发明的权力范围之内。
【主权项】
1. 一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：由以下重量百分比 计的原料组成： 尼龙树脂:40~80 % ; 碳纤维：10~50 % ; 马来酸酐接枝物:〇~10 %; 树枝状聚合物:0.1~1%; 润滑剂:0.2-1 % 抗氧剂:0.2~1 %。2. 根据权利要求1所述的一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料，其特征在 于:所述的尼龙树脂可以尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙12和尼龙9T等中的一种或者几种组 合。3. 根据权利要求1所述的一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料，其特征在 于:所述的碳纤维经过硅烷偶联剂表面处理。4. 根据权利要求1所述的一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料，其特征在 于:所述的马来酸酐接枝为马来酸酐接枝的PP、P〇E和SEBS中的一种或者几种组合。5. 根据权利要求1所述的一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料，其特征在 于:所述的树枝状聚合物为CYD-2108。6. 根据权利要求1所述的一种高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料，其特征在 于:所述的润滑剂为硬脂酸酰胺、石蜡、聚乙烯蜡和硅酮母粒中的一种或者几种组合。7. 根据权利要求1所述的一种高流动性纤维增强尼龙复合材料，其特征在于:所述的抗 氧剂为抗氧剂1 〇 1 〇和抗氧剂168按照1:2的比例复配而成。8. -种制备权利要求1所述高流动良表面碳纤维纤维增强尼龙复合材料的制备方法， 其特征在于，其步骤如下： 1) 按照重量配比称取原料； 2) 将除碳纤维以外的原材料投入到高速混合器中干混3~5min; 3) 将步骤2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧喂料 口中加入增强纤维； 4) 将步骤3)得到的物质经过挤出、冷却、切粒、干燥处理，其中，双螺杆挤出机转速为 300~400r.p.m;双螺杆挤出机各段温度在220~280°C之间。
【文档编号】C08L77/06GK106046776SQ201610463622
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】肖浩, 张中伟, 张祥福, 周文
【申请人】上海普利特复合材料股份有限公司, 上海普利特化工新材料有限公司, 浙江普利特新材料有限公司, 重庆普利特新材料有限公司