本发明涉及一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着生活水平的提高以及节能、减排、环保、可持续发展意识的增强，在汽车、家电、电子电器等许多领域对新材料都提出了高性能化、轻量化以及多功能化的要求，此外发展循环经济也是新材料发展趋势。pa6，中文名又称聚酰胺6或尼龙6，是由己内酰胺通过开环聚合而制得的一种半结晶热塑性树脂，具有最优越的综合性能，例如机械强度、刚性、韧性、机械减震性和耐磨性、自润滑性，还具有良好的电绝缘性和耐溶剂性，广泛应用于机械结构零件和可维护零件的制造。但由于本身的结构特点，吸水性较强，平衡吸水率可达到3.5%左右，高温熔融加工前需经过干燥处理，否则会损害其机械性能；由于酰胺键的氢键作用，分子链间作用力较大，熔体粘性较高；高温下有氧环境下极易发生黄变，功能单一，限制了其发展。
碳纤维（carbonfiber，简称cf），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，x射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
pa6强度远高于通用塑料，拉伸强度可达60mpa以上，但1.8mpa载荷下的热变形温度只有60-70℃左右，仍然限制了其在高性能要求领域的应用。纵观聚合物增强塑料的发展，以芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维以及近年来新发展的玄武岩纤维增强聚合物材料最为突出，性能可以钢材媲美甚至有过之而无不及，密度却远远低于钢材，而其中又以碳纤维集高强、高模、质轻、抗静电/导电、导热等高性能、多功能于一体，备受市场关注和欢迎。一般pa6树脂拉伸强度在60-80mpa，弯曲强度在90mpa左右，而经过碳纤维增强后的长纤增强尼龙6(longcarbonfiberreinforcedpolyamide6.简称lcfrpa6)的拉伸强度提高到200mpa以上，是纯树脂的2-3倍，弯曲强度可达400mpa以上,也是原来的3-5倍左右，机械性能大大提高；当制成单向连续碳纤增强片材时，其拉伸强度高达1500-2000mpa，复合成多层板材后拉伸强度也可高达500mpa以上；50%质量分数的碳纤增强pa6的1.8mpa载荷下的热变形温度可高达190-220℃，大大扩宽了应用领域。
由于较强的氢键作用，pa6分子粘性较高，现有pa6材料对碳纤浸渍效果较差，直接影响了制品的机械性能；有通过添加润滑或流动促进剂等小分子添加剂对其进行改性，虽然提高了pa6的流动性能，改善了其与碳纤的浸渍效果，但同时损害了它们的力学性能。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料及其制备方法。
本发明一方面提供了一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料，其特征在于：按材料重量份计，配方包括：
（1）pa6树脂，100份；
（2）抗氧剂0.2-1份；
（3）流动促进剂0.2-1.2份；
（4）增韧剂2-10份；
（5）相容剂1-5份。
优选为，所述的pa6树脂指己内酰胺通过开环聚合得到的大分子链中含有酰胺键的低粘度pa6树脂，其相对粘度小于2.7。
优选为，所述的抗氧剂选自有机铜类稳定剂h3386、有机铜类稳定剂h3377、有机铜类稳定剂h3336、抗氧剂1098、抗氧剂168、抗氧剂pepq、抗氧剂pep-36a、抗黄变剂h10/h161、聚合型受阻胺光稳定剂hs-944中的一种或几种复配。
优选为，所述的流动促进剂选自超支化树脂hyperc100、超支化树脂cyd-701、乙撑双硬脂酰胺ebs、改性乙撑双脂肪酸酰胺taf、硅酮粉或母粒、尼龙流动促进剂bruggolenp130中的一种。
优选为，所述的增韧剂选自乙烯辛烯共聚物poe、杜邦fusn493d、阿科玛ax8900、超支化树脂cyd-6100等中的一种。
优选为，所述相容剂选自以聚烯烃及其共聚物为载体的接枝物，接枝单体指马来酸酐mah或甲基丙烯酸缩水甘油酯gma。
优选为，所述的相容剂为乙烯-辛烯共聚物poe接枝马来酸酐接枝物。
本发明的有益效果如下几点：
1、相对传统碳纤短纤增强pa6复合材料相比，基于特殊浸渍工艺制备的连续碳纤增强pa6复合材料，由于碳纤维在pa6载体中长度保留率很高或是连续的，所以不仅力学性能得到很大提升，基于连续的网络结构，其复合材料的导电、导热性能也大大提高，大大拓宽了应用领域。
2、针对浸渍碳纤用pa6树脂分子链和碳纤维表面官能团特点，碳纤维采用表面活化处理过的，再采用超支化聚合物对其流动性能和相容性进行改进，从而达到制备性能优异的碳纤增强pa6热塑性材料；其中超支化聚合物微观结构与pa6具有很好相容性，支化末端为与碳纤具有非常好结合力的活性官能团的球状分子；由于这种球状结构对pa6分子链起到润滑效果，破坏了酰胺键的氢键作用，大大提高了pa6熔体的流动性能，而超支化尾端活性官能团与碳纤结合良好，增强了聚酰胺树脂与碳纤之间的界面结合能力，提高了机械性能。
3、本发明还采用高效有机铜类稳定剂，与传统酚类抗氧剂相比具有更优异的抗老化性能，在高达180℃的使用温度下提供长效保护；与无机铜盐类热稳定剂相比，对设备损伤小，不易变色；同时还兼具抗紫外uvb作用。
本发明另一方面提供了一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将以上组份按照一定比例预混好后，通过双/单螺杆机组熔融混合挤到模头中进行分流及浸渍，制得连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料。
优选为，所述的双/单螺杆挤出机温度为220-260℃，模头温度240-270℃。
优选为，制备连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合板材时，热压温度250-270℃，热压时间5-10min。
该制备方法的有益效果如下：
该制备方法制备出来的长碳纤增强pa6粒子机械性能优良，耐候性优异；制备出来的连续碳纤增强pa6热塑性片材可实现超薄化和高性能化，复合得到的板材机械强度更高，还具有导热、导电/抗静电功能，可满足许多特定领域的应用。该制备工艺简单，具有重要现实应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明各实施例力学性能、导电性能及导热性能表。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
图1为各实施例力学性能、导电性能及导热性能表。
具体实施例1
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料，其特征在于：按材料重量份计，配方包括：pa6树脂100kg，聚合型受阻胺光稳定剂hs-9440.1kg，高效有机铜类稳定剂h33770.2kg，超支化树脂hyperc1000.2kg，阿克玛ax89002kg，乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐poe-g-mah1kg。
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料的制备方法：将以上组份按照一定比例预混好后，通过单螺杆机组熔融混合挤到“衣架”型模头中进行分流，最后进入“s”型模头对活性碳纤进行充分浸渍，牵条经过冷却水冷却造粒，制得长碳纤增强热塑性pa6粒子lfrt，碳纤含量20%。
螺杆挤出机温度为：220℃；“衣架”型模头温度240℃；“s”型模头温度240℃。
具体实施例2
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料，其特征在于：按材料重量份计，配方包括：pa6树脂100kg，高效有机铜类稳定剂h33361kg，超支化树脂cyd-7010.8kg，乙烯辛烯共聚物poe5kg，乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯poe-g-gma3kg。
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料的制备方法：将以上组份按照一定比例预混好后，通过单螺杆机组熔融混合挤到“衣架”型模头中进行分流，最后进入“s”型模头对活性碳纤进行充分浸渍，牵条经过冷却水冷却造粒，制得长碳纤增强热塑性粒子lfrt，碳纤含量控制在40%左右。
螺杆挤出机温度为：260℃；“衣架”型模头温度270℃；“s”型模头温度270℃。
具体实施例3
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料，其特征在于：按材料重量份计，配方包括：pa6树脂100kg，高效有机铜类稳定剂h33360.6kg，超支化树脂cyd-7011.2kg，杜邦fusn493d10kg，乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐poe-g-mah5kg。
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料的制备方法：将以上组份按照一定比例预混好后，通过双螺杆机组熔融混合挤到“衣架”型模头中进行分流，最后进入“s”型模头对碳纤进行充分浸渍，牵条经过冷却水冷却造粒，制得长碳纤增强pa6热塑性粒子lfrt，碳纤含量控制在50%左右。
螺杆挤出机温度为：230℃；“衣架”型模头温度250℃；“s”型模头温度250℃。
具体实施例4
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料，其特征在于：按材料重量份计，配方包括：pa6树脂100kg，高效有机铜类稳定剂h33861kg，超支化树脂hyperc1000.8kg，阿克玛ax89006kg，乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐poe-g-mah4kg。
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料的制备方法：将以上组份按照一定比例预混好后，通过双螺杆机组熔融混合挤到“衣架”型模头中进行分流，最后进入“s”型模头对碳纤进行充分浸渍，成片后经过钢辊进行压制冷却定型、收卷，制得连续碳纤增强pa6热塑性带材cfrt，碳纤含量控制在50%左右，带材厚度0.25mm左右。
螺杆挤出机温度为：250℃；“衣架”型模头温度260℃；“s”型模头温度260℃。
具体实施例5
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料，按材料重量份计，配方包括：pa6树脂100kg，高效有机铜类稳定剂h33360.8kg，超支化树脂cyd-7010.8kg，阿克玛ax89005kg，乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐poe-g-mah5kg。
一种连续碳纤增强pa6高强高模、导电导热复合材料的制备方法：将以上组份按照一定比例预混好后，通过双螺杆机组熔融混合挤到“衣架”型模头中进行分流，最后进入“s”型模头对碳纤进行充分浸渍，成片后经过钢辊进行压制冷却定型、收卷，制得连续碳纤增强pa6热塑性带材cfrt，碳纤含量控制在60%左右，带材厚度0.26±0.02mm；然后将其带材按照纤维方向0°和90°交叉铺层，经过层压设备制得厚度为3mm左右的板材。
螺杆挤出机温度为：235℃；“衣架”型模头温度255℃；“s”型模头温度255℃；制备连续碳纤增强pa6板材时，热压温度260℃，热压时间7.5min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。