本发明涉及塑料材料这一技术领域，特别涉及到一种碳纤维复合塑料材料的制备方法。
背景技术
塑料制品具有耐腐蚀，质轻、设计自由度高的优点，符合汽车行业的发展要求，塑料在汽车行业有很大的发展空间。首先，要加大多功能塑料制品的研究，单一的塑料材质很难满足汽车发展行业的需要，扩大塑料在汽车部件中的使用范围。在汽车圈，纤维增强材料始终是一个热门话题，尤其是当提及必须减轻汽车零部件的重量时候。纤维材料允许将轻结构零部件制造得更加轻巧，经典的纤维增强材料是玻璃纤维以及价格昂贵的碳纤维。碳纤维自l963年问世以来，经过53年的发展，有了长足的进步。伴随质量的提高，用途逐年扩大。特别是世界经济不景气的现状下，碳纤维的发展需求量有增无减，市场需求旺盛。例如：2010至20l4年全球碳纤维的需求量都在稳定增长，预计其在航空产业和其他工业用途中将得到广泛应用，其需求量将以每年15％的速度增长。目前碳纤维的主要生产地区为日本、欧洲和土耳其。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。碳纤维"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能，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。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种碳纤维复合塑料材料的制备方法，该工艺将碳纤维、丙烯晴、环氧丙烷、三乙醇胺、过氧化苯二甲酰、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、十二烷基磺酸钠、琥珀酸酯等原料分别经过高速球磨、过筛分选、高温分段反应、惰性气体加压活化、分段注塑压模、流化处理、干燥等步骤制备得到碳纤维复合塑料材料。制备而成的碳纤维复合塑料材料，其机械性能好、强度高刚、冲击负荷大，耐用性能好，适用于多种机械零部件的制造。
技术方案：为了解决上述问题，本发明公开了一种碳纤维复合塑料材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纤维15-24份、丙烯晴10-15份、环氧丙烷10-15份、三乙醇胺5-8份、过氧化苯二甲酰5-7份、分散剂2-3份加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60-65分钟，球料比为99：1，充分球磨使产物彻底粉碎，收集球磨产物过筛，备用；
(2)将步骤(1)的球磨产物加入到辊炼机中进行高温反应，反应温度升至500℃时依次加入聚丙烯24-35份、聚酰胺20-25份、聚氯乙烯16-20份、丙烯酸树脂15-20份、十二烷基磺酸钠5-10份、琥珀酸酯2-5份、偶联剂1-4份、固化剂3-4份，搅拌均匀后加热温度上升至700-750℃，充入惰性气体，持续保温反应1-3小时后自然降温至300-310℃；
(3)将步骤(2)的反应溶液注入注塑机中进行注塑压模，然后冷却、固定、脱模。
(4)将步骤(3)的注塑件放入蒸汽硫化罐中，用蒸汽加压0.4-0.6mpa，升温至150-160℃进行硫化处理，处理时间为30-40min。
(5)将步骤(4)的硫化塑料件进行干燥、包装，即得成品。
优选地，所述步骤(1)中的分散剂为液体石蜡、硬脂酸镁、聚乙二醇的混合物，其质量比为2：1：1。
优选地，所述步骤(1)中的过筛孔径为300目。
优选地，所述步骤(2)中的偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
优选地，所述步骤(2)中的固化剂选自二乙烯三胺、六亚甲基四胺、叔丁过氧基乙烷、二氨基二苯基砜中的一种或几种。
优选地，所述步骤(2)中的惰性气体为氮气，气体压强为2-5mpa。
优选地，所述步骤(3)中的注塑条件为射嘴温度为280-320℃，一区和二区的温度为280-320℃，三区和四区的温度为270-275℃，五区和六区的温度为270-275℃，注塑模具的模温为90-320℃，注射压力100-150mpa，注射速度为220-300mm/s。
优选地，所述步骤(5)中的干燥为室温避光干燥。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
(1)本发明的一种碳纤维复合塑料材料的制备方法将碳纤维、丙烯晴、环氧丙烷、三乙醇胺、过氧化苯二甲酰、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、十二烷基磺酸钠、琥珀酸酯等原料分别经过高速球磨、过筛分选、高温分段反应、惰性气体加压活化、分段注塑压模、流化处理、干燥等步骤制备得到碳纤维复合塑料材料。制备而成的碳纤维复合塑料材料，其机械性能好、强度高刚、冲击负荷大，耐用性能好，适用于多种机械零部件的制造。
(2)本发明的碳纤维复合塑料材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
实施例1
(1)将碳纤维15份、丙烯晴10份、环氧丙烷10份、三乙醇胺5份、过氧化苯二甲酰5份、分散剂2份加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60-65分钟，球料比为99：1，充分球磨使产物彻底粉碎，收集球磨产物过筛，备用，其中分散剂为液体石蜡、硬脂酸镁、聚乙二醇的混合物，其质量比为2：1：1，过筛孔径为300目；
(2)将步骤(1)的球磨产物加入到辊炼机中进行高温反应，反应温度升至500℃时依次加入聚丙烯24份、聚酰胺20份、聚氯乙烯16-份、丙烯酸树脂15份、十二烷基磺酸钠5份、琥珀酸酯2份、乙烯基三乙氧基硅烷1份、二乙烯三胺3份，搅拌均匀后加热温度上升至700℃，充入氮气，气体压强为2mpa，持续保温反应1小时后自然降温至300-310℃；
(3)将步骤(2)的反应溶液注入注塑机中进行注塑压模，然后冷却、固定、脱模，其中注塑条件为射嘴温度为280-320℃，一区和二区的温度为280-320℃，三区和四区的温度为270-275℃，五区和六区的温度为270-275℃，注塑模具的模温为90℃，注射压力100mpa，注射速度为220mm/s。
(4)将步骤(3)的注塑件放入蒸汽硫化罐中，用蒸汽加压0.4mpa，升温至150-160℃进行硫化处理，处理时间为30min。
(5)将步骤(4)的硫化塑料件进行室温避光干燥、包装，即得成品。
实施例2
(1)将碳纤维18份、丙烯晴12份、环氧丙烷12份、三乙醇胺6份、过氧化苯二甲酰6份、分散剂2份加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60-65分钟，球料比为99：1，充分球磨使产物彻底粉碎，收集球磨产物过筛，备用，其中分散剂为液体石蜡、硬脂酸镁、聚乙二醇的混合物，其质量比为2：1：1，过筛孔径为300目；
(2)将步骤(1)的球磨产物加入到辊炼机中进行高温反应，反应温度升至500℃时依次加入聚丙烯28份、聚酰胺22份、聚氯乙烯19份、丙烯酸树脂17份、十二烷基磺酸钠6份、琥珀酸酯3份、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷2份、六亚甲基四胺3份，搅拌均匀后加热温度上升至720℃，充入氮气，气体压强为3mpa，持续保温反应2小时后自然降温至300-310℃；
(3)将步骤(2)的反应溶液注入注塑机中进行注塑压模，然后冷却、固定、脱模，其中注塑条件为射嘴温度为280-320℃，一区和二区的温度为280-320℃，三区和四区的温度为270-275℃，五区和六区的温度为270-275℃，注塑模具的模温为180℃，注射压力120mpa，注射速度为250mm/s。
(4)将步骤(3)的注塑件放入蒸汽硫化罐中，用蒸汽加压0.5mpa，升温至150-160℃进行硫化处理，处理时间为33min。
(5)将步骤(4)的硫化塑料件进行室温避光干燥、包装，即得成品。
实施例3
(1)将碳纤维21份、丙烯晴14份、环氧丙烷13份、三乙醇胺7份、过氧化苯二甲酰6份、分散剂3份加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60-65分钟，球料比为99：1，充分球磨使产物彻底粉碎，收集球磨产物过筛，备用，其中分散剂为液体石蜡、硬脂酸镁、聚乙二醇的混合物，其质量比为2：1：1，过筛孔径为300目；
(2)将步骤(1)的球磨产物加入到辊炼机中进行高温反应，反应温度升至500℃时依次加入聚丙烯32份、聚酰胺24份、聚氯乙烯19份、丙烯酸树脂18份、十二烷基磺酸钠9份、琥珀酸酯4份、γ―氨丙基三甲氧基硅烷3份、叔丁过氧基乙烷4份，搅拌均匀后加热温度上升至740℃，充入氮气，气体压强为4mpa，持续保温反应2小时后自然降温至300-310℃；(3)将步骤(2)的反应溶液注入注塑机中进行注塑压模，然后冷却、固定、脱模，其中注塑条件为射嘴温度为280-320℃，一区和二区的温度为280-320℃，三区和四区的温度为270-275℃，五区和六区的温度为270-275℃，注塑模具的模温为250℃，注射压力140mpa，注射速度为280mm/s。
(4)将步骤(3)的注塑件放入蒸汽硫化罐中，用蒸汽加压0.5mpa，升温至150-160℃进行硫化处理，处理时间为38min。
(5)将步骤(4)的硫化塑料件进行室温避光干燥、包装，即得成品。
实施例4
(1)将碳纤维24份、丙烯晴15份、环氧丙烷15份、三乙醇胺8份、过氧化苯二甲酰7份、分散剂3份加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60-65分钟，球料比为99：1，充分球磨使产物彻底粉碎，收集球磨产物过筛，备用，其中分散剂为液体石蜡、硬脂酸镁、聚乙二醇的混合物，其质量比为2：1：1，过筛孔径为300目；
(2)将步骤(1)的球磨产物加入到辊炼机中进行高温反应，反应温度升至500℃时依次加入聚丙烯35份、聚酰胺25份、聚氯乙烯20份、丙烯酸树脂20份、十二烷基磺酸钠10份、琥珀酸酯5份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷4份、二氨基二苯基砜4份，搅拌均匀后加热温度上升至750℃，充入氮气，气体压强为5mpa，持续保温反应3小时后自然降温至300-310℃；
(3)将步骤(2)的反应溶液注入注塑机中进行注塑压模，然后冷却、固定、脱模，其中注塑条件为射嘴温度为280-320℃，一区和二区的温度为280-320℃，三区和四区的温度为270-275℃，五区和六区的温度为270-275℃，注塑模具的模温为20℃，注射压力150mpa，注射速度为300mm/s。
(4)将步骤(3)的注塑件放入蒸汽硫化罐中，用蒸汽加压0.6mpa，升温至150-160℃进行硫化处理，处理时间为40min。
(5)将步骤(4)的硫化塑料件进行室温避光干燥、包装，即得成品。
对比例1
(1)将环氧丙烷10份、三乙醇胺5份、过氧化苯二甲酰5份、分散剂2份加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60-65分钟，球料比为99：1，充分球磨使产物彻底粉碎，收集球磨产物过筛，备用，其中分散剂为液体石蜡、硬脂酸镁、聚乙二醇的混合物，其质量比为2：1：1，过筛孔径为300目；
(2)将步骤(1)的球磨产物加入到辊炼机中进行高温反应，反应温度升至500℃时依次加入聚丙烯24份、聚酰胺20份、聚氯乙烯16-份、丙烯酸树脂15份、十二烷基磺酸钠5份、琥珀酸酯2份、乙烯基三乙氧基硅烷1份、二乙烯三胺3份，搅拌均匀后加热温度上升至700℃，充入氮气，气体压强为2mpa，持续保温反应1小时后自然降温至300-310℃；
(3)将步骤(2)的反应溶液注入注塑机中进行注塑压模，然后冷却、固定、脱模，其中注塑条件为射嘴温度为280-320℃，一区和二区的温度为280-320℃，三区和四区的温度为270-275℃，五区和六区的温度为270-275℃，注塑模具的模温为90℃，注射压力100mpa，注射速度为220mm/s。
(4)将步骤(3)的注塑件放入蒸汽硫化罐中，用蒸汽加压0.4mpa，升温至150-160℃进行硫化处理，处理时间为30min。
(5)将步骤(4)的硫化塑料件进行室温避光干燥、包装，即得成品。
对比例2
(1)将碳纤维24份、丙烯晴15份、环氧丙烷15份、三乙醇胺8份、过氧化苯二甲酰7份、分散剂3份加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60-65分钟，球料比为99：1，充分球磨使产物彻底粉碎，收集球磨产物过筛，备用，其中分散剂为液体石蜡、硬脂酸镁、聚乙二醇的混合物，其质量比为2：1：1，过筛孔径为300目；
(2)将步骤(1)的球磨产物加入到辊炼机中进行高温反应，反应温度升至500℃时依次加入聚丙烯35份、聚酰胺25份、聚氯乙烯20份、丙烯酸树脂20份、十二烷基磺酸钠10份、琥珀酸酯5份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷4份、二氨基二苯基砜4份，搅拌均匀后加热温度上升至750℃，充入氮气，气体压强为5mpa，持续保温反应3小时后自然降温至300-310℃；
(3)将步骤(2)的反应溶液注入注塑机中进行注塑压模，然后冷却、固定、脱模，其中注塑条件为射嘴温度为280-320℃，一区和二区的温度为280-320℃，三区和四区的温度为270-275℃，五区和六区的温度为270-275℃，注塑模具的模温为20℃，注射压力150mpa，注射速度为300mm/s。
(4)将步骤(3)的硫化塑料件进行室温避光干燥、包装，即得成品。
将实施例1-4和对比例1-2的制得的碳纤维复合塑料材料分别进行冲击强度、拉伸弹性模量、磨损量这几项性能测试，测试结果见表1。
表1
本发明的一种碳纤维复合塑料材料的制备方法将碳纤维、丙烯晴、环氧丙烷、三乙醇胺、过氧化苯二甲酰、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、十二烷基磺酸钠、琥珀酸酯等原料分别经过高速球磨、过筛分选、高温分段反应、惰性气体加压活化、分段注塑压模、流化处理、干燥等步骤制备得到碳纤维复合塑料材料。制备而成的碳纤维复合塑料材料，其机械性能好、强度高刚、冲击负荷大，耐用性能好，适用于多种机械零部件的制造。本发明的碳纤维复合塑料材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。