一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及高分子材料领域，具体的是一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料。


背景技术：

2.当前，汽车工业面临着节能减排的巨大压力，使用轻质的复合材料实现车身轻量化是有效的解决措施之一，碳纤维增强聚合物基复合材料具有质轻、高强、化学稳定性好、可设计性强等优点，在航空航天、高铁动车、汽车等领域应用广泛。但是碳纤维表面光滑，活性官能团的含量少，表面呈惰性等特点影响了碳纤维与树脂基体之间的界面结合性能，从而影响了碳纤维复合材料整体优异性能的发挥。纤维的长径比比滑石粉填充要高很多，会出现浮纤、玻纤外漏、分散不均等问题。因此，其油漆附着力的提升也更困难。


技术实现要素：

3.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料及其制备方法，在保证该复合材料在满足正常使用的情况下，也有优异的油漆附着力。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料，包括以下重量份原料：聚丙烯树脂68-72份、改性碳纤维20-25份、相容剂5-8份，抗氧剂0.3-0.5份，所述改性碳纤维通过上浆剂浸泡处理的碳纤维。
6.进一步优选地，聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种。
7.进一步优选地，碳纤维为3-6mm的聚丙烯腈(pan)纤维。
8.进一步优选地，上浆剂为聚乙烯亚胺类、聚醚胺丙酮溶液的至少一种。
9.进一步优选地，抗氧剂为烷基单酚抗氧剂、氮杂环多酚类抗氧剂、硫代双酚抗氧剂中的至少一种。
10.进一步优选地，相容剂为羧酸类、酸酐类相容剂中的至少一种。
11.一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
12.s1、将碳纤维置于烧瓶中，倒入浓硝酸置液面刚好淹没纤维表面，100℃氧化1.5h，用热的去离子水清洗碳纤维，至清洗液ph值达至7，烘干，再浸泡在上浆剂里，10s后捞出，烘干制得上浆处理碳纤维。
13.s2、按配比称取聚丙烯树脂、抗氧剂和相容剂加入到高速搅拌机中混合3～5min，得到混合物料；
14.s3、将步骤s2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将步骤s1中的上浆处理碳纤维经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得高强度易喷漆聚丙烯复合材料。
15.进一步优选地，双螺杆挤出机料筒温度为190～220℃，螺杆转速为400～500r/min，主机转速为18～22hz，真空度为-0.06～-0.08mpa。
16.本发明的有益效果：
17.本发明利用上浆剂对碳纤维进行浸泡，聚乙烯亚胺类、聚醚胺等含有大量的羟基基团，可以提高树脂对碳纤维表面相容性，提高界面粘结性能，从而提高其在聚合物材料的分散性，提高材料的强度；同时，处理后的碳纤维存在羟基基团，可以有效的提升材料的表面张力，提高与油漆的附着力。
具体实施方式
18.以下通过特定的具体实例说明本专利申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利申请的其他优点与功效。本专利申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
19.实施例1
20.本实施例一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：
[0021][0022]
具体制备方法包括以下步骤：
[0023]
s1、将3mm聚丙烯腈(pan)碳纤维置于烧瓶中，倒入浓硝酸置液面刚好淹没纤维表面，100℃氧化1.5h，用热的去离子水清洗碳纤维，至清洗液ph值达至7，烘干，再浸泡在聚醚胺类烷烃化合物丙酮溶剂里，10s后捞出，烘干制得上浆处理碳纤维
[0024]
s2、按配比称取聚丙烯树脂、抗氧剂和润滑剂加入到高速搅拌机中混合5min，得到混合物料；
[0025]
s3、将步骤s2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将步骤s1中的聚醚胺类烷烃化合物上浆处理碳纤维经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得高强度易喷漆聚丙烯复合材料；其中，双螺杆挤出机料筒温度为220℃，螺杆转速为500r/min，主机转速为22hz，真空度为-0.08mpa。
[0026]
实施例2
[0027]
本实施例一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：
[0028][0029]
具体制备方法包括以下步骤：
[0030]
s1、将6mm聚丙烯腈(pan)碳纤维置于烧瓶中，倒入浓硝酸置液面刚好淹没纤维表面，100℃氧化1.5h，用热的去离子水清洗碳纤维，至清洗液ph值达至7，烘干，再浸泡在聚乙烯亚胺类烷烃化合物丙酮溶剂里，10s后捞出，烘干制得上浆处理碳纤维
[0031]
s2、按配比称取聚丙烯树脂、抗氧剂和润滑剂加入到高速搅拌机中混合5min，得到混合物料；
[0032]
s3、将步骤s2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将步骤s1中的聚乙烯亚胺烷烃化合物上浆处理碳纤维经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得高强度易喷漆聚丙烯复合材料；其中，双螺杆挤出机料筒温度为220℃，螺杆转速为500r/min，主机转速为22hz，真空度为-0.08mpa。
[0033]
实施例3
[0034]
本实施例一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：
[0035][0036]
具体制备方法包括以下步骤：
[0037]
s1、将6mm聚丙烯腈(pan)碳纤维置于烧瓶中，倒入浓硝酸置液面刚好淹没纤维表面，100℃氧化1.5h，用热的去离子水清洗碳纤维，至清洗液ph值达至7，烘干，再浸泡在聚乙烯亚胺类烷烃化合物丙酮溶剂里，10s后捞出，烘干制得上浆处理碳纤维
[0038]
s2、按配比称取聚丙烯树脂、抗氧剂和润滑剂加入到高速搅拌机中混合5min，得到混合物料；
[0039]
s3、将步骤s2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将步骤s1中的聚乙烯亚胺烷烃化合物上浆处理碳纤维经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得高强度易喷漆聚丙烯复合材料；其中，双螺杆挤出机料筒温度为220℃，螺杆转速为500r/min，主机转速为22hz，真空度为-0.08mpa。
[0040]
对比例1
[0041]
与实施例1区别在于碳纤维未上浆处理，本对比例聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：
[0042]
本实施例一种高强度易喷漆聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：
[0043][0044]
具体制备方法包括以下步骤：
[0045]
s1、将3mm聚丙烯腈(pan)碳纤维置于烧瓶中，倒入浓硝酸置液面刚好淹没纤维表面，100℃氧化1.5h，用热的去离子水清洗碳纤维，至清洗液ph值达至7，烘干，再浸泡在丙酮溶剂里，10s后捞出，烘干制得未上浆处理碳纤维
[0046]
s2、按配比称取聚丙烯树脂、抗氧剂和润滑剂加入到高速搅拌机中混合5min，得到混合物料；
[0047]
s3、将步骤s2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将步骤s1中的未上浆处理碳纤维经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得高强度易喷漆聚丙烯复合材料；其中，双螺杆挤出机料筒温度为220℃，螺杆转速为500r/min，主机转速为22hz，真空度为-0.08mpa。
[0048]
将上述实施例1-3以及对比例1制得的聚丙烯复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、蒸汽喷射试验检测标准与检测结果如表1所示：
[0049]
表1：实施例1-3及对比例1-2中聚丙烯复合材料主要物性指标
[0050]
[0051][0052]
从实施例1-3和对比例1可以看出，对比例1碳纤维在缺少聚乙烯亚胺类、聚醚胺上浆剂的丙酮溶液浸泡后，强度明显下降，在蒸汽喷射试验中局部油漆脱落，说明羟基基团，可以提高树脂对碳纤维表面相容性，可以明显提高材料的强度。进一步可以有效的提升材料的表面张力，提高与油漆的附着力，达到防止油漆脱落的目的。
[0053]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0054]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。