一种回收碳纤维增强热塑性复合材料板材的制造方法与流程

本发明涉及废旧材料回收领域以及非连续碳纤维增强热塑性复合材料领域，按照本发明制备的回收碳纤维增强热塑性复合材料板材可以以二次模压或者模内注塑工艺应用于家电、消费类电子以及汽车等对力学性能有较高要求的具有复杂外形的结构件或者半结构件，最大程度上发挥回收碳纤维的价值。

背景技术：

现有的回收纤维增强热塑性复合材料主要以碳纤维增强塑料粒子的类lft-g材料为主，在塑料粒子的挤出以及后续的注塑加工过程中碳纤维会受到注塑机螺杆的损伤，最终制品中碳纤维的保留长度只有2mm左右，增强效果大打折扣，最终制件的力学性能无法满足对力学性能要求较高的部件的要求。

现有的回收碳纤维在使用过程中都没有对碳纤维再次进行表面活化以及上浆处理，导致在制备的复合材料中存在与基体树脂界面结合不良，难以发挥碳纤维的增强作用下，复合材料力学性能较差。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种回收碳纤维增强热塑性复合材料板材的制造方法，保留碳纤维长度长，通过回收时对碳纤维进一步表面活化和上浆，结合紧密，增强性能优秀。

本发明采用以下技术方案来实现本发明的目的：

提供一种回收碳纤维增强热塑性复合材料板材的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

准备处理：原材料包括回收碳纤维与热塑性短纤维，回收的碳纤维预先裁切长度为20～40mm；热塑性短纤维可以为丙纶、锦纶、涤纶中的一种或几种；

1)无纺毡的制备：采用无纺布生产设备将裁切后的回收碳纤维和热塑性短纤维制成混合纤维毡，并使用缝编机和热塑性连续纤维在毡料的长度方向上进行加固；依次包括开包、混合、开松、梳理、成网、针刺、收卷流程；

2)活化及上浆：使用碳纤维生产线上的电化学处理、上浆及烘干设备对混合纤维毡中的碳纤维进行活化及上浆处理，依次包括放卷、电化学处理、水洗、烘干、上浆、烘干和收卷流程；

3)板材压制：先对活化及上浆后的混合纤维毡进行预热，然后使用双钢带压机进行热压后裁切即可得到复合材料板材，依次包括放卷、预热、热压、切割、成品流程。

进一步地，准备处理过程中热塑性短纤维纤维直径为7～50μm、长度为38～100mm。

进一步地，准备处理过程中，所述回收碳纤维和热塑性短纤维的质量比为3:7～5:5；步骤1)中，制备的混合纤维毡的面密度为100～700g/㎡。

进一步地，步骤2)中所使用上浆剂的种类根据热塑性短纤维的种类可选择聚氨酯乳液上浆剂、pa乳液上浆剂或者脲烷类上浆剂，上浆量控制在0.6～1.5％。

进一步地，步骤2)中电化学处理使用的电解液为碳酸氢铵或者氢氧化钠溶液。

进一步地，步骤3)中所述预热使用红外热板。

进一步地，准备处理过程中所述回收的碳纤维预先裁切长度优选为25-30mm。

本发明还提供上述的回收碳纤维增强热塑性复合材料板材的制造方法所制得的板材及其应用。

本发明的有益效果：

1.本发明以回收碳纤维作为增强材料来制备热塑性复合材料板材，碳纤维保留长度长，板材力学性能优异。开发了回收碳纤维在碳纤维lft以及导电性填料意外在热塑性复合材料领域新的使用方法。

2.本发明采用非织造工艺将回收碳纤维与热塑性短纤维制成混合纤维毡后以常规的电化学处理工艺对碳纤维进行活化处理，解决了短切碳纤维难以进行连续活化处理的难题，降低了短切碳纤维的活化成本。

附图说明：

图1为回收碳纤维增强热塑性复合材料板材的制造方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应包括在本发明权利要求的保护范围之内。

实施例1

本发明提供一种回收碳纤维增强热塑性复合材料板材的制造方法，包括以下步骤：

准备处理：准备回收碳纤维与热塑性短纤维，将回收碳纤维使用切刀切成长度为25mm。

1)无纺毡的制备：开包，将切后的回收碳纤维与直径19.7μm，长度51mm的锦纶6纤维进行混合，两者的质量比为4：6，然后进入无纺布生产设备，经过开松、梳理、成网、针刺、收卷流程制成混合纤维毡，并使用缝编机和热塑性连续纤维在毡料的长度方向上进行加固。混合纤维毡面密度470～530g/㎡，幅宽1000mm，厚度8～10mm。

2)活化及上浆：使用碳纤维生产线上的电化学处理、上浆及烘干设备对混合纤维毡中的碳纤维进行活化及上浆处理，将混合纤维毡依次进行放卷、电化学处理、水洗、烘干、上浆、烘干和收卷流程，电化学处理中电解液为碳酸氢铵水溶液，质量浓度为5％，电流密度为1ma/cm²，处理时间1分钟，上浆中上浆剂类型为聚氨酯乳液，上浆剂浓度2.5％，上浆量控制在1％。

3)板材压制：将处理好的混合纤维毡放卷后进行红外线预热，然后使用双钢带压机进行热压后裁切即可得到复合材料板材成品。

将压好的板材裁切样条依照gb/t1447-2005和gb/t1449-2005进行力学性能测试后，弯曲强度为300～350mpa，弯曲模量为30～34gpa，拉伸强度280～320mpa，抗拉模量为28～32gpa。

实施例2：

步骤1)中回收碳纤维和锦纶6纤维的质量比调整为3:7，其余操作与实施例1保持不变。将压好的板材裁切样条依照gb/t1447-2005和gb/t1449-2005进行力学性能测试后，板材弯曲强度为250～290mpa，弯曲模量为28～32gpa，拉伸强度250～300mpa，抗拉模量为20～26gpa。

对比例1：

与实施例1相比，去掉步骤2)，即不进行碳纤维活化处理及上浆，其余步骤与实施例1相同。将压好的板材裁切样条依照gb/t1447-2005和gb/t1449-2005进行力学性能测试后，板材弯曲强度为190-210mpa，弯曲模量为18-22gpa，拉伸强度190-220mpa，抗拉模量为16-19gpa。

技术特征：

技术总结
本发明的目的在于提供一种回收碳纤维增强热塑性复合材料板材的制造方法，保留碳纤维长度长，通过回收时对碳纤维进一步表面活化和上浆，结合紧密，增强性能优秀。以回收碳纤维作为增强材料来制备热塑性复合材料板材，碳纤维保留长度长，板材力学性能优异。开发了回收碳纤维在碳纤维LFT以及导电性填料意外在热塑性复合材料领域新的使用方法。采用非织造工艺将回收碳纤维与热塑性短纤维制成混合毡后以常规的电化学处理工艺对碳纤维进行活化处理，解决了短切碳纤维难以进行连续活化处理的难题，降低了短切碳纤维的活化成本。

技术研发人员：黄险波;范欣愉;马雷;孙雅杰;廖梦圆;熊鑫;蒲颖;邓荣坚;宋威;陈大华
受保护的技术使用者：广州金发碳纤维新材料发展有限公司
技术研发日：2017.12.05
技术公布日：2019.06.11