本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种碳纤维增强ABS塑料母粒及其制备方法和用途。
背景技术：
：随着社会的发展，人们对产品的要求越来越高，特别是航空航天、交通运输等领域，所用的产品需要有更高的机械强度，保证产品和设备具有更好的安全性。人们通常通过在产品的制备原料中添加增强型填料来提高产品的机械强度，其中纤维材料特别是碳纤维材料具有很好的机械强度，是增强型填料的首选。碳纤维是由聚丙烯腈、沥青、酚醛、黏胶等原料经过纺丝、氧化、碳化和上浆制成，包含有碳纤维丝、碳纤维束、短切碳纤维、碳纤维布等各种形式产品，都可以用作增强材料来增强塑料的机械强度。ABS是指由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元共聚物及其改性树脂。它不仅具有韧、硬、刚相均衡的优良力学特性，而且具有耐化学药品性好、尺寸稳定性好、表面光泽性好、易涂装和着色等优点。将碳纤维加入到ABS树脂中可以大大提高ABS产品的机械强度，使其运用领域更加广泛。但是由于碳纤维与ABS的界面相容性差，使碳纤维不能均匀地分散到树脂中，产品的结构出现缺陷，结构不均一，不能达到预定的机械强度，影响产品的使用。中国专利CN201410619441.X公开了一种高性能连续碳纤维增强ABS复合材料及其制备方法，其使碳纤维在与ABS树脂混合前经过表面处理剂，具体如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等的处理，来提高碳纤维和ABS树脂的界面相容性，提高复合材料的综合性能。塑料母粒指含某种添加剂含量特别高的塑料颗粒，主要用于挤出工艺。往往在挤出工艺中，这种添加剂难以混合均匀，所以使用预先混合均匀的母粒，而不必再添加这种添加剂。这样做具有工艺简单，使用方便，便于实现生产自动化，提高劳动生产率，又避免环境污染，有利于工人健康的清洁文明生产等优点。使用碳纤维ABS填充母粒同ABS共混，相比于直接使用碳纤维同ABS共混，母粒与ABS树脂的相容性更好，通过向ABS树脂中添加含有碳纤维的母粒，使碳纤维在ABS树脂中分散均匀，产品性能更好。技术实现要素：本发明的一个目的是提供一种碳纤维增强ABS塑料母粒。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碳纤维增强ABS塑料母粒，包含以下组份：ABS：90-110重量份；聚醚-聚酰胺嵌段共聚物：10-25重量份；长度为1-5mm的碳纤维：50-150重量份。聚醚-聚酰胺嵌段共聚物是聚醚链段和聚酰胺链段交替聚合而成的线型共聚物，能提高碳纤维和ABS的界面相容性，碳纤维能更好地混合均匀，母粒的结构更加均匀。聚醚是指高分子重复单元的主链中含有醚键的有机聚合物，具体如聚甲醛、聚二甲基苯醚、聚苯硫醚、聚乙二醇、聚丙二醇等。聚酰胺是指高分子重复单元的主链中含有酰胺基的有机聚合物，具体如尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙66、尼龙610、尼龙1010等。当碳纤维的长度小于1mm，碳纤维对ABS树脂的增强效果不够；当碳纤维的长度大于5mm，碳纤维在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物和ABS树脂中的分散性较差，影响ABS树脂结构和性能的均一性。优选地，所述的碳纤维增强ABS塑料母粒还包含聚合物微球，每100重量份所述的ABS含有5-15重量份的聚合物微球。聚合物微球有利于促进碳纤维在ABS母粒中的分散，使碳纤维分散的更加均匀，并且可以提高碳纤维和有机树脂的界面粘附力，提高母粒的性能；而且，相对于无机物微球，聚合物微球具有与树脂相容性好、密度小、容易分散等特点。当所述的聚合物微球小于5重量份，促进碳纤维分散的效果不明显；当所述的聚合物微球大于15重量份，聚合物微球易于沉降、团聚。进一步优选地，所述的聚合物微球的粒径为5-20μm。当聚合物微球的粒径小于5μm，对碳纤维和基体树脂之间的粘附力增强作用不显著；当聚合物微球的粒径大于20μm，聚合物微球在树脂中的流动性变差，母粒的均一性受到影响。进一步优选地，所述的聚合物微球包含一种或多种聚酰胺。聚合物微球选择同树脂基体以及碳纤维包覆层相近的材料，有利于提高粘附力。进一步优选地，所述的聚合物微球为尼龙6。相比其他种类的聚酰胺材料，尼龙6对促进碳纤维在ABS母粒中的分散作用更佳。优选地，所述的ABS在220℃、98N下的熔融指数为20-30g/10min。当ABS在220℃、98N下的熔融指数小于20g/10min，树脂的流动性较差，难以很好地浸润碳纤维；当ABS在220℃、98N下的熔融指数大于30g/10min，ABS树脂机械强度较差，容易破损，影响储存和使用。优选地，所述的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物的熔点小于220℃。过高的熔点会造成混合难度增加，不利于母粒的制备。优选地，所述的碳纤维的表面经过聚酰胺改性。酰胺改性碳纤维表面可以提高碳纤维与树脂的界面相容性，原料混合更加均匀，提高本ABS母粒的力学性能及其均匀性。进一步优选地，所述的碳纤维的表面包覆聚酰胺并形成包覆层，所述的包覆层的重量占所述的碳纤维重量的1-10%。当包覆层的重量占碳纤维重量的1%以下时，则包覆层过少，不能有效的起到提高界面相容性的作用；当包覆层的重量占碳纤维重量的10%以上时，则包覆层过多，由于聚酰胺树脂本身的力学强度较低，所以复合材料的性能会有下降的可能。进一步优选的，所述的包覆层占碳纤维重量的3-8%。进一步优选地，所述的聚酰胺的熔点小于100℃。这样可以保证聚酰胺可以在较低的温度下对碳纤维进行表面改性，且改性效果更加优异，进一步提高碳纤维增强ABS塑料的机械强度。本发明的另一个目的是提供一种碳纤维增强ABS塑料母粒的制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碳纤维增强ABS塑料母粒的制备方法：包含以下步骤：准备所需重量份的ABS、聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、碳纤维、聚酰胺以及聚合物微球；步骤A：将碳纤维浸渍在聚酰胺熔体中，取出后冷却，使碳纤维表面包覆聚酰胺树脂，聚酰胺树脂包覆层的厚度通过浸渍温度和时间控制；步骤B：将ABS、聚醚-聚酰胺嵌段共聚物同聚合物微球在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物熔点±5℃下共混，其中聚合物微球先加入总质量的10%-50%；共混温度接近聚醚-聚酰胺嵌段共聚物的熔点，这样聚醚-聚酰胺嵌段共聚物的粘度较大，能更好地促进聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、ABS、聚合物微球的均匀混合，在此步骤中添加聚合物微球的一部分（10-50%）可以得到分散均匀的物料，但添加过多的聚合物微球会造成分散性变差；步骤C：加入经过步骤A处理后的碳纤维和剩余质量的聚合物微球，并在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物熔点以上6℃-20℃共混后造粒，此共混温度高于步骤B中的共混温度，有助于更好的熔融聚醚-聚酰胺嵌段共聚物，使得产物结构更紧密、相间的界面黏附力提高、力学性能提高。在步骤B和步骤C中分两批加入聚合物微球比在步骤B中一次性加入聚合物微球制得的样品中，聚合物微球的分散性更好，并使得碳纤维的分散性也更好；优选的，步骤B中聚合物微球先加入总质量的20%-40%。本发明的另一个目的是提供一种碳纤维增强ABS塑料母粒在汽车材料上的用途。具体包含上述碳纤维增强ABS塑料母粒，以及添加了上述碳纤维增强ABS塑料母粒的树脂的挤出件、注塑件在汽车材料上的运用。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：本发明的碳纤维增强ABS塑料母粒中，通过在ABS树脂中添加聚醚-聚酰胺嵌段共聚物和1-5mm的碳纤维，母粒中树脂和碳纤维的界面相容性更好，碳纤维分散更加均匀，相比于将碳纤维直接混合ABS树脂制备的复合材料，运用本发明的碳纤维增强ABS塑料母粒混合ABS树脂制备的碳纤维增强ABS复合材料性能更加优异。此外，通过对碳纤维的表面进行聚酰胺改性，并在原料中添加聚合物微球，提高了碳纤维在ABS树脂中的均匀性，增强了碳纤维增强ABS塑料母粒的性能，制得的碳纤维增强ABS复合材料的性能更好，运用更加广泛，特别适用于制备汽车材料。具体实施方式下面结合实施案例对本发明作进一步描述：本实施例中涉及的测试项目及其测定方法如下，如无特别说明，各测试都在25℃下进行。拉伸强度：按GB/T1447-2005测定，按标准制备Ⅰ型试样，长200mm，厚4mm，测试速度10mm/min。弯曲强度：按GB/T1449-2005测定，样品长100mm，厚4mm，测试速度10mm/min。冲击强度：按GB/T1043.1-2008测定，按标准加工成1型试样，A型缺口。包覆层重量百分比：碳纤维中树脂包覆层重量百分比：称量100g不含包覆层的碳纤维含有包覆层之后的重量，重量差除以含有包覆层的碳纤维的重量，即为碳纤维中树脂包覆层重量百分比。ABS：A-1：东丽株式会社产Toyolac700-X01，熔融指数：40g/10min（220℃/98N）；A-2：东丽株式会社产Toyolac600-309，熔融指数：12g/10min（220℃/98N）；A-3：东丽株式会社产ToyolacTM335-GM2，熔融指数：25g/10min（220℃/98N）。聚醚-聚酰胺嵌段共聚物：B-1：按照专利CN201510890852.7实施例1制得，熔点为224℃；B-2：按照专利CN201510890852.7实施例5制得，熔点为219℃；B-3：按照专利CN201510890852.7实施例2制得，熔点为216℃。碳纤维：C-1：日本东丽株式会社产T008A-003，长3mm；C-2：将上述C-1进一步切断成长1mm的碳纤维；聚合物微球：D-1：聚苯乙烯微球：上海羧菲生物医药科技有限公司产P-1-0800，平均粒径8μm。D-2：聚酰胺微球：东丽SP-10，尼龙12，平均粒径10μm，熔点168℃。D-3：聚酰胺微球：东丽TR-1，尼龙6，平均粒径13μm，熔点215℃。聚酰胺：E-1：聚酰胺热熔胶，启东市鑫鑫粘合剂有限公司产PA902，熔点为110℃；E-2：聚酰胺热熔胶，启东市鑫鑫粘合剂有限公司产PA901，熔点为90℃。实施例1-3、5、7-19：按照表1所示的原料、配方和加工工艺参数，根据如下制备方法制得本发明的碳纤维增强ABS塑料母粒。步骤A：将碳纤维浸渍在聚酰胺熔体中，浸渍温度为聚酰胺熔点以上20℃，浸渍时间为1-10s，通过控制浸渍时间调节聚酰胺包覆层重量，取出冷却，使碳纤维表面包覆聚酰胺树脂；步骤B：将ABS、聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、部分聚合物微球在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物熔点±5℃下共混10min；步骤C：再加入经过步骤A处理后的碳纤维和剩余聚合物微球，在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物熔点以上6℃-20℃下共混10min后造粒。实施例4：按照表1所示的原料、配方和加工工艺参数，根据如下制备方法制得本发明的碳纤维增强ABS塑料母粒。步骤B：将ABS、聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、部分聚合物微球在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物熔点±5℃下共混10min；步骤C：再加入碳纤维和剩余聚合物微球，在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物熔点以上6℃-20℃下共混10min后造粒。实施例6：按照表1所示的原料、配方和加工工艺参数，根据如下制备方法制得本发明的碳纤维增强ABS塑料母粒。步骤A：将碳纤维浸渍在聚酰胺熔体中，浸渍温度聚酰胺熔点以上20℃，浸渍时间为1-10s，通过控制浸渍时间调节聚酰胺包覆层重量，取出冷却，使碳纤维表面包覆聚酰胺树脂；步骤B：将ABS、聚醚-聚酰胺嵌段共聚物在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物熔点±5℃下共混10min；步骤C：再加入经过步骤A处理后的碳纤维，在聚醚-聚酰胺嵌段共聚物熔点以上6℃-20℃下共混10min后造粒。表1：以ABS为100重量份计，其中“/”表示不含有该物质。对比例1：将100重量份的ABS树脂A-3和100重量份的碳纤维C-1于210℃共混10min后造粒，得到碳纤维增强ABS塑料母粒。对比例2：将100重量份的ABS树脂A-3和5重量份的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物B-3于B-3熔点±5℃共混10min后，再加入100重量份的碳纤维C-1于B-3熔点以上6℃-20℃共混10min时间后造粒，得到碳纤维增强ABS塑料母粒。对比例3：将100重量份的ABS树脂A-3和30重量份的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物B-3于B-3熔点±5℃共混10min后，再加入100重量份的碳纤维C-1于B-3熔点以上6℃-20℃共混10min后切粒，得到碳纤维增强ABS塑料母粒。将实施例和对比例制备得到的碳纤维增强ABS塑料母粒与ABS树脂（A-2）按照质量比1:3在220-230℃共混挤出，制得长200mm×宽100mm×厚4mm的碳纤维增强ABS片材。按照本发明提供的测定方法对上述制得的碳纤维增强ABS片材进行性能测试，测定结果如下表2所示。表2：组别拉伸强度(MPa)弯曲强度(MPa)冲击强度(kJ/m2)实施例115923010实施例217024716实施例316323414实施例417324518实施例517124816实施例617424618实施例718226319实施例816122315实施例915923513实施例1018426618实施例1116223214实施例1217525017实施例1319428021实施例1419628321实施例1521029823实施例1620830423实施例1718526819实施例1817627318实施例1919328520对比例11251835对比例21311936对比例31351956从表2可以看出，与对比例相比，使用本发明的碳纤维增强ABS塑料母粒制备得到的碳纤维增强ABS复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都有较大提高，实用性更好，运用更加广泛。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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