一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法与流程

本发明涉及碳纤维合金材料制备，尤其涉及一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法。

背景技术：

1、聚苯醚(ppo)是一种热塑性工程塑料，具有良好的力学性能，较高的力学强度，优异的耐热性能，良好的阻燃性及尺寸稳定性等，应用于汽车领域，电子电气领域以及机械等领域。但聚苯醚具有制品容易发生应力开裂、耐溶剂性差、缺口冲击强度低等缺点。聚醚砜(pes)是一种综合性能良好的特种工程塑料，因其具有优异的力学性能、耐热性、阻燃性、耐蠕变性、化学稳定性、透明性等优异性能被广泛应用于电子电气工业、汽车工业、医疗卫生和家用食品包装材料等领域内，等领域内。

2、但其也具有刚性过大以及成本高等缺点，故将聚苯醚与聚醚砜(pes)进行共混改性，一方面希望提高二者彼此的性能，在性能方面实现互补，使其更有应用价值。碳纤维增强塑料是提高材料力学性能的重要手段，其具有很多优点，如具有较高的强度，良好的耐腐蚀性，介电性等，且易于成型。碳纤维已经被广泛应用于纤维增强复合材料，其不仅可以增强pa、pp等热塑性塑料，还可以增强热固性塑料，使其拉伸强度大幅增强，最大可增强到400mpa，接近于钢材。

3、于是，发明人有鉴于此，秉持多年该相关行业丰富的设计开发及实际制作的经验，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，以期达到更具有实用价值的目的。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，所述碳纤维合金材料由以下重量份的原材料制作而成：

4、聚醚砜树脂20-60份、聚苯醚树脂20-60份、马来酸酐接枝聚苯醚5-20份、碳纤维10-40份、sebs 5-20份、润滑剂0.5-2份、抗氧剂0.5-2份。

5、优选地，所述聚醚砜树脂结晶度为20％-40％，分子量为5000-100000，所述聚苯醚树脂分子量为38000-42000。

6、优选地，所述润滑剂为高分子量硅酮粉，硅酮粉的分子量为60-80万。

7、优选地，所述马来酸酐接枝聚苯醚的接枝率在0.5％以上，碳纤维为长度在3mm的短切碳纤维；

8、所述sebs弹性体为中分子量线性sebs，且平均分子量为30-40万，结合聚醚砜树脂和聚苯醚树脂后，形成共连续相，可以有效改善碳纤维合金材料的熔体强度和弹性。

9、优选地，所述抗氧剂为三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、n，n'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的一种或几种组合。

10、优选地，所述碳纤维合金材料的制备方法包括以下步骤：

11、s1、取所述重量份的原材料备用，并将聚醚砜树脂、聚苯醚树脂、马来酸酐接枝聚苯醚、碳纤维、sebs、润滑剂和抗氧剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后得混合物；

12、s2、将s1中的混合物导出至三螺杆挤出机，控制三螺杆挤出机的温度为300-350℃，转速为500-1000r/mi n，挤出造粒，即得所述碳纤维合金材料。

13、优选地，所述三螺杆挤出机包括挤出管，混合添加机构和加热机构，所述挤出管的内部转动安装有三根螺杆，所述挤出管的一端设有驱动三根螺杆同步转动的驱动机构，挤出管的另一端设有挤出口；

14、所述加热机构包括第一导热油通道，所述第一导热油通道包括挤出管外部的导热油夹套，导热油夹套上分别设有第一导热油进口和第一导热油出口；

15、优选地，所述挤出管外部设有导热油导流板，导热油导流板螺旋围绕在挤出管的外侧，引导导热油沿着螺旋线路流动；

16、优选地，所述驱动机构包括传动箱，螺杆的一端延伸至传动箱内且固定有第一齿轮，传动箱位于三个第一齿轮之间安装有第二齿轮，第二齿轮与三个第一齿轮均啮合，第二齿轮通过第一旋转电机驱动；

17、优选地，所述加热机构还包括第二导热油通道，所述螺杆的内部设有供导热油流通的通道，螺杆的螺旋叶片内部为中空结构，螺杆远离挤出口的一端通过旋转接头连接有第二导热油入口，螺杆的另一端通过旋转接头连接有中空支架，中空支架上连接有第二导热油出口；

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1、本发明采用聚苯醚与聚醚砜进行共混改性，起到协同增效作用，在性能方面实现互补，使其更有应用价值，同时在最大限度地保持聚醚砜树脂树脂和聚苯醚树脂优异的综合性能的基础上，加入碳纤维增强塑料以降低和分散塑料制品在划伤时产生的银纹，并大幅度提升材料的力学性能；

20、2、本发明在同时加入中分子量线性sebs，结合聚醚砜树脂和聚苯醚树脂后，形成共连续相，可以有效改善碳纤维合金材料的熔体强度和弹性，具有较好的紫外线稳定性、抗氧性和热稳定性。

21、3、通过加热机构的设计，导热油在导热油夹套内流通，通过换热的方式给原料加热的同时，增设第二导热油通道，导热油通过第二导热油入口、旋转接头流入到螺杆内，最后通过旋转接头流入至中空支架内并通过第二导热油出口流出，导热油充满螺旋叶片内部的空腔，从而能够对原料从内部加热，达到双重加热的目的，原料受热更加均匀，不会出现原料加热不充分而导致混合不够均匀的问题；

22、4、通过混合添加机构的设计，在第二旋转电机带动毛刷沿着混合罐的内壁转动的同时，搅拌杆能够围绕着第二旋转电机的输出轴转动，从而能够对物料搅拌混合，同时具有清洁内壁和搅拌混合两种功能；

23、5、当搅拌杆围绕着第二旋转电机的输出轴转动，对物料搅拌的同时，能够带动封堵环在防护导轨内部转动，且能够带动第三齿轮沿着齿环行走，通过第三齿轮与齿环的啮合即可带动搅拌杆自转，搅拌杆自转能够进一步提高混合的效率，封堵环和防护导轨能够防止原料进入到防护导轨的内部影响传动。

技术特征：

1.一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，其特征在于，所述碳纤维合金材料由以下重量份的原材料制作而成：

2.根据权利要求1所述的一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，其特征在于：所述聚醚砜树脂结晶度为20％-40％，分子量为5000-100000，所述聚苯醚树脂分子量为38000-42000。

3.根据权利要求1所述的一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，其特征在于：所述润滑剂为高分子量硅酮粉，硅酮粉的分子量为60-80万。

4.根据权利要求1所述的一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，其特征在于：所述抗氧剂为三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、n，n'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的一种或几种组合。

5.根据权利要求1所述的一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，所述三螺杆挤出机包括挤出管(1)，混合添加机构(2)和加热机构，其特征在于：所述挤出管(1)的内部转动安装有三根螺杆(5)，所述挤出管(1)的一端设有驱动三根螺杆(5)同步转动的驱动机构(4)，挤出管(1)的另一端设有挤出口(101)；

7.根据权利要求6所述的一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，所述挤出管(1)外部设有导热油导流板(303)，导热油导流板(303)螺旋围绕在挤出管(1)的外侧，引导导热油沿着螺旋线路流动。

8.根据权利要求6所述的一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，所述驱动机构(4)包括传动箱(401)，螺杆(5)的一端延伸至传动箱(401)内且固定有第一齿轮(502)，传动箱(401)位于三个第一齿轮(502)之间安装有第二齿轮(504)，第二齿轮(504)与三个第一齿轮(502)均啮合，第二齿轮(504)通过第一旋转电机(402)驱动。

9.根据权利要求6所述的一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，所述加热机构还包括第二导热油通道，所述螺杆(5)的内部设有供导热油流通的通道，螺杆(5)的螺旋叶片(501)内部为中空结构，螺杆(5)远离挤出口(101)的一端通过旋转接头(5021)连接有第二导热油入口(503)，螺杆(5)的另一端通过旋转接头(5021)连接有中空支架(505)，中空支架(505)上连接有第二导热油出口(506)。

技术总结
本发明公开了一种利用三螺杆挤出机制备碳纤维合金材料的方法，所述碳纤维合金材料由以下重量份的原材料制作而成：聚醚砜树脂20‑60份、聚苯醚树脂20‑60份、马来酸酐接枝聚苯醚5‑20份、碳纤维10‑40份、SEBS5‑20份、润滑剂0.5‑2份、抗氧剂0.5‑2份，所述聚醚砜树脂结晶度为20％‑40％，分子量为5000‑100000，所述聚苯醚树脂分子量为38000‑42000。本发明采用聚苯醚与聚醚砜进行共混改性，起到协同增效作用，在性能方面实现互补，使其更有应用价值，同时在最大限度地保持聚醚砜树脂树脂和聚苯醚树脂优异的综合性能的基础上，加入碳纤维增强塑料以降低和分散塑料制品在划伤时产生的银纹，并大幅度提升材料的力学性能。

技术研发人员：孟勇
受保护的技术使用者：滁州优胜高分子材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13