碳纤维填充改性pc复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳纤维填充改性PC复合材料及其制备方法。本发明的碳纤维填充改性PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂50%～80%、碳纤维10%～30%、增韧剂4%～10%、复合抗氧剂0.1%～1%、润滑剂0.1%～1.5%、扩链剂0.1%～1%、其它助剂0.1%～1%。本发明的有益效果是，本发明通过先采用液态聚丙烯腈低聚物浸润碳纤维，经浸润处理的碳纤维再经预氧化后，聚丙烯腈吸附在碳纤维表面形成大量活性腈基，这些腈基与PC树脂具有非常好的键合力，改善了碳纤维与PC树脂的粘接性，提高了碳纤维的表面极性，增强了碳纤维与PC树脂基体的粘结力，所得碳纤维填充改性PC复合材料具有强度高、韧性好、生产工艺简单等优点，在汽车、化工、机械、电气、建筑等领域作为高性能结构材料具有非常广泛应用前景。
【专利说明】碳纤维填充改性PC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】，具体地说是一种碳纤维填充改性PC复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚碳酸酯(PC)是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性能，耐蠕变和尺寸稳定性好，能在较高的温度范围内保持较高的力学强度，无毒，介电性能优良，是近年来增长迅速最快和产能规模最大的工程塑料。但它也存在一些缺点，如加工流动性差、易于应力开裂、对缺口比较敏感以及耐磨性欠佳等。碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，主要用于制备先进复合材料，已广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。碳纤维可以作为工程塑料填充、改进力学性能的增强剂，但是碳纤维填充改性树脂复合材料时，要求有较高的层间剪切强度(ILSS)，而未经表面处理的碳纤维表面呈惰性，比表面积小，边缘活性碳原子少，活性官能团含量极少，表面能低，和树脂浸润性及两相界面粘结性差，碳纤维与树脂复合材料的层间剪切强度较低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种改性效果显著、力学性能优异的碳纤维填充改性PC复合材料及其制备方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:碳纤维填充改性PC复合材料，其组分按质量百分数配比为=PC树脂50%?80%、碳纤维10%?30%、增韧剂4%?10%、复合抗氧剂0.1%?1%、润滑剂0.1%?1.5%、扩链剂0.1%?1%、其它助剂0.1%?1%。
[0005]所述的PC树脂为聚碳酸酯。
[0006]所述的碳纤维为表面经聚丙烯腈改性处理过的碳纤维，其处理工艺为将碳纤维在聚丙烯腈溶液浸润后，置于50°C?300°C烘箱内预氧化2?24小时，然后烘干、获得到的碳纤维；其中，聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈低聚物与溶剂配制而成的溶液，其溶剂选自水、乙醇、丙酮中的一种。
[0007]所述的增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-GMA)。
[0008]所述的复合抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1:1比例的复配物。
[0009]所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯(PETS )。
[0010]所述的扩链剂为恶唑啉型扩链剂。
[0011]所述的其它助剂为着色剂或/和光稳定剂。
[0012]上述的碳纤维填充改性PC复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)将PC树脂在鼓风干燥机中于110°C?130°C温度下干燥3?4小时，待用；
(2)碳纤维预处理:首先配制聚丙烯腈溶液，然后将碳纤维在聚丙烯腈溶液浸润后，置于50°C?300°C烘箱内预氧化2?24小时，然后烘干、获得到的碳纤维，待用；
(3)按重量配比称取干燥的PC树脂和增韧剂、复合抗氧剂、润滑剂、扩链剂、其它助剂，分别加入高速混合机中，充分搅拌5?30分钟，出料；
(4)将步骤(3)的混合料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将步骤(2)得到的碳纤维按重量配比称取、并从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧喂料口转速以均匀碳纤维含量，并控制加工温度在240°C?260°C之间，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本品。
[0013]本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明通过先采用液态聚丙烯腈低聚物浸润碳纤维，经浸润处理的碳纤维再经预氧化后，聚丙烯腈吸附在碳纤维表面形成大量活性腈基，这些腈基与PC树脂具有非常好的键合力，改善了碳纤维与PC树脂的粘接性，提高了碳纤维的表面极性，增强了碳纤维与PC树脂基体的粘结力，所得碳纤维填充改性PC复合材料具有强度高、韧性好、生产工艺简单等优点，在汽车、化工、机械、电气、建筑等领域作为高性能结构材料具有非常广泛应用前景。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
[0015]实施例1:
一种碳纤维填充改性PC复合材料，其组分按质量百分数配比为:PC树脂70%、碳纤维20%、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-GMA) 8%、复合抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1:1比例的复配物0.3%、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)0.8%、恶唑啉型扩链剂0.5%、其它助剂0.4%。其中，所述的碳纤维为表面经聚丙烯腈改性处理过的碳纤维，其处理工艺为将碳纤维在聚丙烯腈溶液浸润后，置于50°C?300°C烘箱内预氧化2?24小时，然后烘干、获得到的碳纤维；其中，聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈低聚物与水配制而成的溶液。所述的其它助剂为着色剂或/和光稳定剂。
[0016]制备方法:(I)将PC树脂在鼓风干燥机中于110°C?130°C温度下干燥3?4小时，待用；(2)碳纤维预处理:首先配制聚丙烯腈溶液，然后将碳纤维在聚丙烯腈溶液浸润后，置于50°C?300°C烘箱内预氧化2?24小时，然后烘干、获得到的碳纤维，待用；(3)按重量配比称取干燥的PC树脂和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-GMA)、复合抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1:1比例的复配物、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)、恶唑啉型扩链剂、其它助剂，分别加入高速混合机中，充分搅拌5?30分钟，出料；(4)将步骤(3)的混合料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将步骤(2)得到的碳纤维按重量配比称取、并从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧喂料口转速以均匀碳纤维含量，并控制加工温度在240°C?260°C之间，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本品。
[0017]实施例2:
一种碳纤维填充改性PC复合材料，其组分按质量百分数配比为:PC树脂62%、碳纤维30%、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-GMA) 5%、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1:1比例的复配物0.5%、季戊四醇硬脂酸酯(PETS) 1%、恶唑啉型扩链剂1%、其它助剂0.5%。其中，所述的碳纤维为表面经聚丙烯腈改性处理过的碳纤维，其处理工艺为将碳纤维在聚丙烯腈溶液浸润后，置于50°C?300°C烘箱内预氧化2?24小时，然后烘干、获得到的碳纤维；其中，聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈低聚物与乙醇配制而成的溶液。所述的其它助剂为着色剂或/和光稳定剂。
[0018]制备方法同实施例1。
【权利要求】
1.一种碳纤维填充改性PC复合材料，其特征在于，其组分按质量百分数配比为:PC树脂50%?80%、碳纤维10%?30%、增韧剂4%?10%、复合抗氧剂0.1%?1%、润滑剂0.1%?1.5%、扩链剂0.1%?1%、其它助剂0.1%?1%。
2.根据权利要求1所述的碳纤维填充改性PC复合材料，其特征在于，所述的碳纤维为表面经聚丙烯腈改性处理过的碳纤维，其处理工艺为将碳纤维在聚丙烯腈溶液浸润后，置于50°C?300°C烘箱内预氧化2?24小时，然后烘干、获得到的碳纤维；其中，聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈低聚物与溶剂配制而成的溶液，其溶剂选自水、乙醇、丙酮中的一种。
3.根据权利要求1所述的碳纤维填充改性PC复合材料，其特征在于，所述的增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-GMA)。
4.根据权利要求1所述的碳纤维填充改性PC复合材料，其特征在于，所述的复合抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1:1比例的复配物。
5.根据权利要求1所述的碳纤维填充改性PC复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯(PETS )。
6.根据权利要求1所述的碳纤维填充改性PC复合材料，其特征在于，所述的扩链剂为恶唑啉型扩链剂。
7.根据权利要求1所述的碳纤维填充改性PC复合材料，其特征在于，所述的其它助剂为着色剂或/和光稳定剂。
8.根据权利要求1所述的碳纤维填充改性PC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将PC树脂在鼓风干燥机中于110°C?130°C温度下干燥3?4小时，待用； (2)碳纤维预处理:首先配制聚丙烯腈溶液，然后将碳纤维在聚丙烯腈溶液浸润后，置于50°C?300°C烘箱内预氧化2?24小时，然后烘干、获得到的碳纤维，待用； (3)按重量配比称取干燥的PC树脂和增韧剂、复合抗氧剂、润滑剂、扩链剂、其它助剂，分别加入高速混合机中，充分搅拌5?30分钟，出料； (4)将步骤(3)的混合料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将步骤(2)得到的碳纤维按重量配比称取、并从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧喂料口转速以均匀碳纤维含量，并控制加工温度在240°C?260°C之间，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本品。
【文档编号】B29C47/92GK104419164SQ201310397396
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】不公告发明人 申请人:青岛欣展塑胶有限公司