专利名称：一种碳纤维增强树脂复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及材料领域，具体说是一种碳纤维树脂复合材料及其制备方法。
背景技术：
目前制造家具的主要材料是木材和化学材料或者玻璃。众所周知，木材是不可再生资源，木材的大量使用，使得大面积森林被砍伐,森林植被减少，加剧了生态环境的恶化。另外一方面木材材料本身也具有一些缺点，比如在潮湿环境里会发霉、腐烂，而太干燥时容易开裂变形、易燃，而且木材很容易遭虫蛀，抗冲击力也差，所以木材家具使用周期短。而化学材料方面，大多采用工程塑料，工程塑料刚性差，易老化，使用周期也较短。 采用玻璃制作的家具虽然美观，但是玻璃重而脆，容易破裂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种质轻、强度高、刚度强、耐疲劳、抗腐蚀、抗紫外线的新型碳纤维增强树脂复合材料。本发明是这样实现的
一种碳纤维增强树脂复合材料，包括热塑性树脂、分散颗粒、碳纳米纤维，热塑性树脂分散颗粒碳纳米纤维的质量比为100 :20 1000 :4 20。所述碳纤维增强物为短切毡、连续纤维毡、木粉或者碳纳米纤维。优选的，所述热塑性树脂为EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物)树脂或者聚碳酸酯或者聚酯树脂或者氟树脂或者聚乙烯或者聚丙烯或者聚氯乙烯或者ABS(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)树脂或者聚苯乙烯。优选的，所述分散颗粒为铝及铝合金或者镁及镁合金或者钛及钛合金或者氧化铝或者氧化锆或者氮化硅。在强剪切力的作用下，分散颗粒将熔融的热塑性树脂和碳纳米纤维有效地分散、混合均匀。优选的，所述分散颗粒的粒径为1 300μπι。本发明的另一目的是提供所述碳纤维增强树脂复合材料的方法，所述方法包括下述步骤
1)将颗粒状的热塑性树脂加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔
融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混
合；
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，所述挤压机的加热筒温度根据具体原料而设定，加压处理，最后经过固化，脱模得到成品。挤压机的加热筒温度根据原料的不同而不同，挤压机的加热筒温度为比原料热塑性树脂的单体流动温度高20 50度以上的温度。优选的，所述第4)步加压处理过程中，所述压力为8(T300pa。通常可以加入在热塑性树脂的加工中所采用的公知的添加剂，添加剂可以是例如颜料、阻燃剂、抗氧化剂、塑化剂、抗静电剂、强化材料等.
为了增强所述材料的阻燃性和抗氧化性，可以在原料中加入阻燃剂和抗氧化剂。阻燃剂可以为但不限于下述所列分子式的化合物氢氧化镁、氢氧化铝、TDCPP (磷酸三(2，3-二氯丙基)酯)、聚磷酸铵、磷酸三苯酯、六溴环十二烷、硼酸锌、十溴二苯乙烷、磷酸三苯酯，十溴二苯乙烷。抗氧化剂可以为但不限于下述化合物抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧 剂164、抗氧剂DNP、抗氧剂TNP、抗氧剂TPP。抗静电剂可以为非离子型抗静电剂，如乙氧基化脂肪族烷基胺、乙氧基月桂酷胺、甘油一硬脂酸酯(GMS)。本发明提供的碳纤维增强树脂复合材料，将热塑性塑料共混入碳纤维增强物中，碳纤维增强物的结构利于热塑性树脂集体的渗透和力学强度各项同性等特点，而且大大提高了工艺性和适应性，可以增韧的同时保持复合材料的强度和耐热性能。是一种高韧、高强、高温的材料，可以取代现有技术中采用的木材或者普通树脂，不容易老化，使用周期长。本发明提供的制备碳纤维增强树脂复合材料的工艺简单。并且采用短切毡、连续纤维毡、木粉等生产或生活中产生的废弃物，一方面是废弃物再利用的过程，有利于环保；另一方面代替木材，可以减少对木材的需求量，进一步减少对木材的砍伐，维持生态环境。
具体实施例方式实施例I :
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)树脂100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为招及招合金，其重量份为20,粒径为I μ m ;
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为碳纳米纤维，其重量份为4份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为80pa,最后经过固化，脱模得到成品。
实施例2
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——聚碳酸酯100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为镁及镁合金，其重量份为100,粒径为ΙΟμπι;
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为短切毡，其重量份为10份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为IOOpa,最后经过固化，脱模得到成品。
实施例3
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——聚酯树脂100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的 剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为氧化错，其重量份为100,粒径为25μηι ;
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为连续纤维毡，其重量份为15份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为150pa,最后经过固化，脱模得到成品。
实施例4
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——聚乙烯100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为氧化招，其重量份为100,粒径为ΙΟΟμπι ;
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为木粉，其重量份为20份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为300pa,最后经过固化，脱模得到成品。
实施例5
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——氟树脂100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为氮化硅，其重量份为500，粒径为ΙΟΟμπι ;
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为碳纳米纤维，其重量份为20份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为200pa,最后经过固化，脱模得到成品。
实施例6
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——聚丙烯100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为氮化硅，其重量份为1000，粒径为50μπι ;·
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为碳纳米纤维，其重量份为20份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为IOOpa,最后经过固化，脱模得到成品。
实施例7
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——聚氯乙烯100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为氧化招，其重量份为1000,粒径为50μηι ;
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为短切毡，其重量份为100份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为IOOpa,最后经过固化，脱模得到成品。
实施例8
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——ABS(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)树脂100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为氧化招，其重量份为1000,粒径为50μηι ;
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为短切毡，其重量份为100份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为150pa,最后经过固化，脱模得到成品。
实施例9
碳纤维增强树脂复合材料采用以下原料通过以下步骤加工而成
1)将颗粒状的热塑性树脂——聚苯乙烯100重量份加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融；
2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合，本实施例中分散颗粒为钛及钛合金，其重量份为300,粒径为20 μ m ;
3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，本实施例中的碳纤维增强物为短切毡，其重量份为100份，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散 在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；
4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，压强为150pa,最后经过固化，脱模得到成品。以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式
以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种碳纤维增强树脂复合材料，其特征在于所述材料包括热塑性树脂、分散颗粒、碳纤维增强物，热塑性树脂分散颗粒碳纤维增强物的质量比为100 :2(Γ1000 :4 20。
2.如权利要求I所述的碳纤维增强树脂复合材料，其特征在于所述碳纤维增强物为短切毡、连续纤维毡、木粉或者碳纳米纤维。
3.如权利要求I或所述的碳纤维增强树脂复合材料，其特征在于所述热塑性树脂可以采用聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺树脂、聚酯树脂、氟树脂、ABS树脂、EVA树脂等的热塑性树脂，以及这些树脂的混合物。
4.如权利要求3所述的碳纤维增强树脂复合材料，其特征在于所述分散颗粒可以采用铝及铝合金、镁及镁合金、钛及钛合金、氧化铝、氧化锆、氮化硅等颗粒单体或者其组合。
5.如权利要求4所述的碳纤维增强树脂复合材料，其特征在于所述分散颗粒的粒径为 I 300 μ m。
6.一种制备权利要求广5之一所述的碳纤维增强树脂复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 1)将颗粒状的热塑性树脂加入挤压机，利用螺杆旋转产生的剪切力将热塑性树脂熔融； 2)从挤压机的第二个加料斗向处于熔融状态的热塑性树脂中加入分散颗粒进行混合； 3)从挤压机的第三个加料斗向第2)步骤中的混合物中加入碳纤维增强物，在螺杆剪切力的作用下碳纳米纤维分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料； 4)将第3)步获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，所述成型模具的温度根据具体原料而设定，加压处理，最后经过固化，脱模得到成品。
7.如权利要求6所述的制备碳纤维增强树脂复合材料的方法，其特征在于，所述第4)步加压处理过程中，所述压力为8(T300pa。
全文摘要
本发明涉及材料领域，公开了一种碳纤维增强树脂复合材料及其制备方法。所述碳纤维增强树脂复合材料，包括热塑性树脂、分散颗粒、碳纳米纤维，热塑性树脂分散颗粒碳纳米纤维的质量比为10020~10004~20。将颗粒状的热塑性树脂加入挤压机熔融后，加入分散颗粒进行混合，然后加入碳纤维增强物，在螺杆剪切力的作用下碳纤维增强物分散在热塑性树脂中，得到碳纤维增强树脂复合材料；将获得的碳纤维增强树脂复合材料注入到成型模具中，加压处理，最后经过固化，脱模得到成品。本发明提供的材料是一种高韧、高强、高温的材料，可以取代现有技术中采用的木材或者普通树脂，不容易老化，使用周期长，而且制备工艺简单。
文档编号C08L23/12GK102942735SQ20121045315
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者刘义福 申请人:佛山市天赢橡塑电器有限公司