专利名称：一种碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚酰胺(PA，尼龙)改性工程塑料具有以下特性高熔点、出色的耐热性能以及自熄性；韧性、耐久性、电性能以及其他物理性能都具有出色的平衡指标；优良的耐油剂性、 耐化学品性能；优良的耐磨、抗蠕变及耐老化性能。因此尼龙工程塑料广泛应用于工业领域。碳纤维具有高强度、低密度、高耐温、耐水、耐腐蚀等特点，是一种优异的高强度增强材料。用碳纤维增强的高分子树脂是十分重要的军工器械、航空用高性能结构材料。增强树脂大部分为极性树脂，如聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺等。碳纤维表面极性很弱，与极性树脂的粘结力很小，因此一般需对其进行表面处理后才能用于增强复合材料。碳纤维增强改性的聚酰胺复合材料具有非常高的比强度，是一种优点的结构材料，在汽车、航空领域应用较
^^ ο常用的碳纤维表面处理剂包括硅烷类偶联剂及丙烯酸、聚氨酯类成膜剂等成份。 硅烷偶联剂在使用中易于自缩聚成硅氧烷低聚物，实际的利用率低，且与玻璃纤维表面有效化学键合的那部分还极易水解。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种碳纤维增强聚酰胺复合材料，其组成按质量配比为(％)聚酰胺60-80%润滑剂01.-0.3%;抗氧剂0.1-0.3%;碳纤维20-40%。其中，所述聚酰胺树脂为下述品种及其改性品种中的一种或几种PA66、PA6、 PA610、PA1010、PA1012、PA612、PA46、PA6T、PA9T 和 / 或 MXD-6。。其中，所述润滑剂为硬脂酸锌。其中，所述抗氧剂为四[β_(3’，5’ - 二叔丁基-4’ -羟基苯基)丙酸]季戊四醇其中，所述碳纤维经液态聚丙烯腈表面处理。其中，所述碳纤维制备方法包括步骤1 将聚丙烯腈与溶剂混合后搅拌均勻；步骤2 将碳纤维浸润步骤1的溶剂；
步骤3 将经浸润处理的碳纤维于50-300摄氏度烘箱内预氧化0. 01-100小时得
到表面吸附有聚丙烯腈碳纤维。一种如上所述碳纤维树脂复合材料制备方法，包括步骤a 按质量百分比将树脂、润滑剂、抗氧剂在高速混合机中混合4分钟；b:混合均勻的各组分置于双螺杆挤出机中，按质量比将碳纤维以侧喂料方式加入挤出机，经熔融混合挤出造粒；c 加工温度为一区温度240-250 °C，二区温度245-260 °C，三区温度 245-260°C，四区温度250-270°C，五区温度250-280°C，六区温度250_275°C，七区温度 250-260°C，主机转速:300-350rpmo其中，上述方法还包括将按上述方法完成的粒子在90 110°C的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在90°C，注塑成型温度控制在260-280°C。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，这些腈基与极性树脂具有非常好的键合力，改善了碳纤维与极性树脂的粘接性，提高了碳纤维的表面极性，增强了碳纤维与树脂基体的粘结力，所得碳纤维增强材料产品的强度高、韧性好、 生产工艺简单，可广泛应用于碳纤维增强的汽车、军工器械、航空用高性能结构材料。
具体实施例方式本发明提供一种碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法，本发明先将碳纤维进行表面处理，具体包括其中碳纤维表面处理剂，由以下组分按质量百分比制备而成溶剂 0-99% ；聚丙烯腈 1-100%。所述的溶剂为极性溶剂，包括水、乙醇、甲醇、丙酮中的一种或几种。所述的碳纤维为聚丙烯腈基的碳纤维。所述的聚丙烯腈为液态聚丙烯腈低聚物，其分子量范围为 106-10000 道尔顿。碳纤维表面处理方法，具体步骤包括步骤1 将聚丙烯腈与溶剂按质量百分比混合后搅拌均勻；步骤2 将碳纤维浸润步骤1的溶剂；步骤3 将经浸润处理的碳纤维于50-300摄氏度烘箱内预氧化0. 01-100小时得
到表面处理碳纤维。将上述得到的碳纤维与极性聚酰胺树脂制备碳纤维复合材料，举例如下实施例1复合材料的制备方式如下将聚酰胺树脂质量比为69. 6% ；润滑剂(硬脂酸锌) 质量比为0.2% ；抗氧剂(酚类抗氧剂四[β-(3’，5’ - 二叔丁基-4’ -羟基苯基)丙酸] 季戊四醇酯)质量比为0. 2%。在高速混合机中混合4分钟；混合均勻的各组分置于双螺杆挤出机中，经熔融混合挤出造粒，碳纤维30%以侧喂料方式加入挤出机中；其加工温度为一区温度240-250 °C，二区温度245-260 °C，三区温度 245-260°C，四区温度250-270°C，五区温度250-280°C，六区温度250_275°C，七区温度250-260°C，主机转速:300-350rpmo将按上述方法完成的粒子事先在90 110°C的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在90°C，注塑成型温度控制在260-280°C。实施例2复合材料的制备方式如下将聚酰胺树脂质量比为59. 6% ；润滑剂(硬脂酸锌) 质量比为0. 1% ；抗氧剂(酚类抗氧剂四[β-(3’，5’ - 二叔丁基-4’ -羟基苯基)丙酸] 季戊四醇酯)质量比为0. 3%。在高速混合机中混合4分钟；混合均勻的各组分置于双螺杆挤出机中，经熔融混合挤出造粒，碳纤维40%以侧喂料方式加入挤出机中；其加工温度为一区温度240-250 °C，二区温度245-260 °C，三区温度 245-260°C，四区温度250-270°C，五区温度250-280°C，六区温度250_275°C，七区温度 250-260°C，主机转速:300-350rpmo将按上述方法完成的粒子事先在90 110°C的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在90°C，注塑成型温度控制在260-280°C。实施例3复合材料的制备方式如下将聚酰胺树脂质量比为79. 6%;；润滑剂(硬脂酸锌) 质量比为0.2% ；抗氧剂(酚类抗氧剂四[β-(3’，5’ - 二叔丁基-4’ -羟基苯基)丙酸] 季戊四醇酯)质量比为0. 2%。在高速混合机中混合4分钟；混合均勻的各组分置于双螺杆挤出机中，经熔融混合挤出造粒，碳纤维20%以侧喂料方式加入挤出机中；其加工温度为一区温度240-250 °C，二区温度245-260 °C，三区温度 245-260°C，四区温度250-270°C，五区温度250-280°C，六区温度250_275°C，七区温度 250-260°C，主机转速:300-350rpmo将按上述方法完成的粒子事先在90 110°C的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在90°C，注塑成型温度控制在260-280°C。实施例4复合材料的制备方式如下将聚酰胺树脂质量比为69. 6%;；润滑剂(硬脂酸锌) 质量比为0. 1% ；抗氧剂(酚类抗氧剂四[β-(3’，5’ - 二叔丁基-4’ -羟基苯基)丙酸] 季戊四醇酯)质量比为0. 3%。在高速混合机中混合4分钟；混合均勻的各组分置于双螺杆挤出机中，经熔融混合挤出造粒，碳纤维30%以侧喂料方式加入挤出机中；其加工温度为一区温度240-250 °C，二区温度245-260 °C，三区温度 245-260°C，四区温度250-270°C，五区温度250-280°C，六区温度250_275°C，七区温度 250-260°C，主机转速:300-350rpmo将按上述方法完成的粒子事先在90 110°C的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在90°C，注塑成型温度控制在260-280°C。对比例1复合材料的制备方式如下将聚酰胺树脂质量比为69. 6% ；润滑剂(硬脂酸锌) 质量比为0.2% ；抗氧剂(酚类抗氧剂四[β-(3’，5’ - 二叔丁基-4’ -羟基苯基)丙酸] 季戊四醇酯)质量比为0. 2%。在高速混合机中混合4分钟；混合均勻的各组分置于双螺杆挤出机中，经熔融混合挤出造粒，未经表面处理的碳纤维30%以侧喂料方式加入挤出机中；其加工温度为一区温度240-250 °C，二区温度245-260 °C，三区温度 245-260°C，四区温度250-270°C，五区温度250-280°C，六区温度250_275°C，七区温度 250-260°C，主机转速:300-350rpmo将按上述方法完成的粒子事先在90 110°C的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在90°C，注塑成型温度控制在260-280°C。拉伸性能测试按ASTM D638标准进行，试样尺寸为150mm*12mm*3. 5mm,拉伸速度为50mm/min ；弯曲性能测试按ASTM D790进行，试样尺寸为80mm*12mm*3. 5mm,拉伸速度为2mm/min，跨距为48mm，悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D256进行，试样尺寸为 55mm*12. 6mm*3. 5mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。材料的综合力学性能通过测试所得样条的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度的数值进行评判。实施例1-4及对比例1性能如表1所示表 权利要求
1.一种碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于其组成按质量配比为(％) 聚酰胺60-80% ；润滑剂0.1-0.3%;抗氧剂0.1-0.3%;碳纤维20-40%。
2.如权利要求1所述碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于，所述聚酰胺为下述品种及其改性品种中的一种或几种PA66、PA6、PA610、PA1010、PA1012、PA612、PA46、PA6T、 PA9T 禾口 / 或 MXD-6。
3.如权利要求1所述碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌。
4.如权利要求1所述碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为四 [β-(3’，5’ - 二叔丁基-4’ -羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
5.如权利要求1所述碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于，所述碳纤维经液态聚丙烯腈表面处理。
6.如权利要求5所述碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于，所述碳纤维制备方法包括步骤1 将聚丙烯腈与溶剂混合后搅拌均勻； 步骤2 将碳纤维浸润步骤1的溶剂；步骤3 将经浸润处理的碳纤维于50-300摄氏度烘箱内预氧化0. 01-100小时得到聚丙烯腈表面处理碳纤维。
7.—种如权利要求1所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制备方法，其特征在于，包括步骤a 按质量百分比将树脂、润滑剂、抗氧剂在高速混合机中混合4分钟； b:混合均勻的各组分置于双螺杆挤出机中，按质量比将碳纤维以侧喂料方式加入挤出机中挤出造粒，经熔融混合挤出造粒；c 加工温度为一区温度240-250°C，二区温度245-260°C，三区温度245-260°C，四区温度250-270°C，五区温度250-280°C，六区温度250_275°C，七区温度250-260°C，主机转速:300-350rpmo
8.如权利要求7所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制备方法，其特征在于，还包括将按上述方法完成的粒子在90 110°C的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在90°C，注塑成型温度控制在 260480 "C。
全文摘要
本发明公开了一种碳纤维增强聚酰胺(PA)复合材料及其制备方法，该复合材料其组成按质量配比为(％)聚酰胺60-80％；润滑剂0.1-0.3％；抗氧剂0.1-0.3％；碳纤维20-40％。本发明主要通过液态聚丙烯腈对碳纤维进行表面处理提高碳纤维与极性聚酰胺树脂基体的粘接性，增强材料的力学性能。本发明的优点是提高了碳纤维的表面极性，增强了碳纤维与树脂基体的粘结力，所得碳纤维增强聚酰胺材料的强度高、韧性好、生产工艺简单，可广泛应用于汽车、军工器械、航空用高性能结构材料。
文档编号D06M15/31GK102311640SQ20101061454
公开日2012年1月11日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者徐东, 徐永, 黄新政 申请人:安徽科聚新材料有限公司