一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法
【专利说明】 一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方
法
技术领域
[0001]本发明涉及一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，属于塑料生产技术领域。
【背景技术】
[0002]聚甲醛作为工程塑料之一，是一种高密度、高结晶的线性聚合物，具有较高的强度和模量，良好的耐磨损、耐化学侵蚀、耐蠕变、耐疲劳性能，以及制品尺寸稳定性好等特点，是代替铜、锌、铝及合金制品的较理想材料，被广泛应用于汽车制造、电子电气、机械、化工等领域。我国现有的聚甲醛产品大多为通用型，为了提高产品在航空航天领域的使用，必须要向高端改性聚甲醛转移，一般采用复合材料的形式进行改性，这种改性材料必须具有突出的综合性能，才能用于制备要求具有高强、高模、热稳定性能好、尺寸稳定、精度高等性能的机械零件及结构部件。
[0003]现有许多研究多采用玻璃纤维增强聚甲醛制备聚甲醛复合材料，而以碳纤维作为增强体，制备高强度、高模量、高耐热等聚甲醛复合材料的研究少有报道。碳纤维作为一种新型碳材料，具有拉伸强度大、模量高、抗疲劳、耐磨损、耐腐蚀、自润滑性、密度低、耐高温、耐低温、线膨胀系数小、导电、导热等优良的性能。碳纤维作为增强体，可以大大提高材料的力学性能，改善热稳定性、摩擦性能、提高刚性、有助于减少成型收缩率、保证尺寸精度。聚甲醛在加工后期制品易发生开裂、变形等问题，大大影响制品合格率，浪费资源，增加成本。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法。
[0005]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，由下列重量份的原料制成:聚甲醛90-100、碳纤维10-30、双氰胺2-4、硬脂酸0.4-0.8、双十四碳醇酯0.3-0.5、玻璃纤维5-8、硅烷偶联剂KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2_4、纳米二氧化硅2_3 ；.本发明所述一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，由以下具体步骤制成:
(1)将聚甲醛、硬脂酸和双十四碳醇酯混合加到高速搅拌机中搅拌均匀，并在真空干燥箱中于70-80° C下干燥2-3h备用；
(2)将纳米二氧化硅在400-450°C下真空烧结2-3小时后备用，将氧化石墨烯加到无水乙醇中，于90W下超声5-10分钟，再加入玻璃纤维继续分散20-30分钟，过滤，沉淀用蒸馏水冲洗后烘干，并和硅烷偶联剂KH-550、备用的纳米二氧化硅混合研磨均匀，再将碳纤维进行短切、预热处理后和上述的混合物混合搅拌均匀备用；
(3)将步骤(I)的聚甲醛混料和其余剩余物质加到双螺杆挤出机的主喂料槽，再将步骤(2)的混合物在自然排气口加入，设定工艺参数进行挤出、拉条、冷却、造粒，然后于真空干燥箱内70-80° C干燥2-3小时；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维增强聚甲醛复合材料加热到150-180° C，迅速冷却后再加到注塑机中，注塑温度为180-190° C，注塑压力为50-60MPa，注射速度为55-60mm/s，保温时间为15-20S，模具温度为70-80° C，即可得到各种形状的部件。
[0006]本发明所述挤出的工艺参数是:挤出机机筒温度为170-190° C，螺杆转速为50_120r/mino
[0007]本发明的优点是:本发明添加的碳纤维预热处理后在聚甲醛中分散均匀，提高了材料的综合性能，添加的玻璃纤维大大提高了聚甲醛的机械强度，耐用，不易开裂，本发明的所述塑料以及制备方法具有良好的工业化应用前景和市场价值，值得推广。
[0008]具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0009]一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:聚甲醛100、碳纤维26、双氰胺4、硬脂酸0.5、双十四碳醇酯0.4、玻璃纤维
7、硅烷偶联剂KH-5500.5、氧化石墨烯4、纳米二氧化硅3 ；
本发明所述一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，由以下具体步骤制成:
(1)将聚甲醛、硬脂酸和双十四碳醇酯混合加到高速搅拌机中搅拌均匀，并在真空干燥箱中于80° C下干燥3h备用；
(2)将纳米二氧化硅在430°C下真空烧结3小时后备用，将氧化石墨烯加到无水乙醇中，于90W下超声8分钟，再加入玻璃纤维继续分散30分钟，过滤，沉淀用蒸馏水冲洗后烘干，并和硅烷偶联剂KH-550、备用的纳米二氧化硅混合研磨均匀，再将碳纤维进行短切、预热处理后和上述的混合物混合搅拌均匀备用；
(3)将步骤(I)的聚甲醛混料和其余剩余物质加到双螺杆挤出机的主喂料槽，再将步骤
(2)的混合物在自然排气口加入，设定工艺参数进行挤出、拉条、冷却、造粒，然后于真空干燥箱内80° C干燥3小时；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维增强聚甲醛复合材料加热到180°C，迅速冷却后再加到注塑机中，注塑温度为190° C，注塑压力为60MPa，注射速度为60mm/s，保温时间为20s，模具温度为80° C，即可得到各种形状的部件。
[0010]本发明所述挤出的工艺参数是:挤出机机筒温度为190° C，螺杆转速为70r/min。
[0011]实施例中炭纤维增强聚甲醛塑料的性能参数如下:
弹性模量(GPa):18.7 ；
弯曲模量(GPa):14.6 ；
拉伸强度(MPa):141 ；
弯曲强度(MPa):179 ；
断裂伸长率(％):0.78 ；
缺口冲击强度(kJ/m-2):16.3。
【主权项】
1.一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:聚甲醛90-100、碳纤维10-30、双氰胺2-4、硬脂酸0.4-0.8、双十四碳醇酯0.3-0.5、玻璃纤维5-8、硅烷偶联剂KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2_4、纳米二氧化硅2_3。
2.根据权利要求1所述一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成: (1)将聚甲醛、硬脂酸和双十四碳醇酯混合加到高速搅拌机中搅拌均匀，并在真空干燥箱中于70-80° C下干燥2-3h备用； (2)将纳米二氧化硅在400-450°C下真空烧结2-3小时后备用，将氧化石墨烯加到无水乙醇中，于90W下超声5-10分钟，再加入玻璃纤维继续分散20-30分钟，过滤，沉淀用蒸馏水冲洗后烘干，并和硅烷偶联剂KH-550、备用的纳米二氧化硅混合研磨均匀，再将碳纤维进行短切、预热处理后和上述的混合物混合搅拌均匀备用； (3)将步骤(I)的聚甲醛混料和其余剩余物质加到双螺杆挤出机的主喂料槽，再将步骤(2)的混合物在自然排气口加入，设定工艺参数进行挤出、拉条、冷却、造粒，然后于真空干燥箱内70-80° C干燥2-3小时； (4)将步骤(3)得到的碳纤维增强聚甲醛复合材料加热到150-180°C，迅速冷却后再加到注塑机中，注塑温度为180-190° C，注塑压力为50-60MPa，注射速度为55-60mm/s，保温时间为15-20S，模具温度为70-80° C，即可得到各种形状的部件。
3.根据权利要求2所述的一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，其特征在于，挤出的工艺参数是:挤出机机筒温度为170-190° C，螺杆转速为50-120r/min0
【专利摘要】本发明公开了一种机械强度高的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：聚甲醛90-100、碳纤维10-30、双氰胺2-4、硬脂酸0.4-0.8、双十四碳醇酯0.3-0.5、玻璃纤维5-8、硅烷偶联剂KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2-4、纳米二氧化硅2-3；本发明添加的碳纤维预热处理后在聚甲醛中分散均匀，提高了材料的综合性能，添加的玻璃纤维大大提高了聚甲醛的机械强度，耐用，不易开裂，本发明的所述塑料以及制备方法具有良好的工业化应用前景和市场价值，值得推广。
【IPC分类】C08K13-06, B29C45-76, C08K5-09, C08K7-14, C08K9-00, C08K7-06, C08K3-36, C08K3-04, B29C47-92, C08L59-00, B29B9-06
【公开号】CN104672776
【申请号】CN201510062955
【发明人】朱正娟
【申请人】合肥康龄养生科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月6日