6)中，表面羧基功能化处理后的碳纤维通过侧喂料口加入到挤出机，双螺 杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口）为220°C、230°C、235°C、235°C、235°C、235 °C、235°C、235°C、235°C、235°C、235°C，双螺杆挤出机转速为380r/min，挤出的料条经过水 槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
[0046]将上述材料在鼓风干燥箱中于110°C干燥4h后在245°C的温度下注塑成标准样条。 将注塑好的力学性能样条在23°C、50%RH，放置24h进行状态调节后进行测试，而后将标准 样条分别置于湿热、高温、水煮三种测试环境中按照实验要求处理，处理完放置于50%RH， 23°C的环境中放置24小时后进行测试，得到标准样条的湿热、高温、水煮性能，以上测试结 果见表1。
[0047] 实施例3:
[0048] 将0.6g的短切碳纤维放置在110°C、0.05mol/L的米氏酸/乙基苯溶液中，反应lh， 反应后用无水乙醇清洗数次，在80°C的真空环境中干燥6h获得表面羧基功能化的碳纤维；
[0049] 称取聚酰胺树脂2.22kg，于100°C下烘干4h，称取增韧剂0.15kg、抗氧剂1010和168 各7.5g，润滑剂15g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物；
[0050] 将混合均匀的树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm， 长径比为L/D = 36)中，表面羧基功能化处理后的碳纤维通过侧喂料口加入到挤出机，双螺 杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口）为220°C、230°C、235°C、235°C、235°C、235 °C、235°C、235°C、235°C、235°C、235°C，双螺杆挤出机转速为380r/min，挤出的料条经过水 槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
[0051] 将上述材料在鼓风干燥箱中于ll〇°C干燥4h后在245°C的温度下注塑成标准样条。 将注塑好的力学性能样条在23°C、50%RH，放置24h进行状态调节后进行测试，而后将标准 样条分别置于湿热、高温、水煮三种测试环境中按照实验要求处理，处理完放置于50%RH， 23°C的环境中放置24小时后进行测试，得到标准样条的湿热、高温、水煮性能，以上测试结 果见表1。
[0052] 实施例4:
[0053]将0.9g的短切碳纤维放置在110°C、0.05mol/L的米氏酸/乙基苯溶液中，反应2h， 反应后用无水乙醇清洗数次，在80°C的真空环境中干燥6h获得表面羧基功能化的碳纤维； [0054] 称取聚酰胺树脂1.92kg，于100°C下烘干4h，称取增韧剂0.15kg、抗氧剂1010和168 各7.5g，润滑剂15g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物；
[0055]将混合均匀的树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm， 长径比为L/D = 36)中，表面羧基功能化处理后的碳纤维通过侧喂料口加入到挤出机，双螺 杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口）为220°C、230°C、235°C、235°C、235°C、235 °C、235°C、235°C、235°C、235°C、235°C，双螺杆挤出机转速为380r/min，挤出的料条经过水 槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
[0056]将上述材料在鼓风干燥箱中于110°C干燥4h后在245°C的温度下注塑成标准样条。 将注塑好的力学性能样条在23°C、50%RH，放置24h进行状态调节后进行测试，而后将标准 样条分别置于湿热、高温、水煮三种测试环境中按照实验要求处理，处理完放置于50%RH， 23°C的环境中放置24小时后进行测试，得到标准样条的湿热、高温、水煮性能，以上测试结 果见表1。
[0057]比较例1:
[0058] 取未表面处理后的碳纤维0.6kg;
[0059] 称取聚酰胺树脂1.92kg，于100°C下烘干4h，称取增韧剂0.15kg、抗氧剂1010和168 各7.5g，润滑剂15g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物；
[0060] 将混合均匀的树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm， 长径比为L/D = 36)中，未处理的碳纤维通过侧喂料口加入到挤出机，双螺杆挤出机各段控 制温度（从加料口到至机头出口）为220°C、230°C、235°C、235°C、235°C、235°C、235°C、235 °C、235°C、235°C、235°C，双螺杆挤出机转速为380r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干 燥剂干燥后切粒得到产品。
[0061 ]将上述材料在鼓风干燥箱中于110°C干燥4小时后在245°C的温度下注塑成标准样 条。将注塑好的力学性能样条在23°C、50%RH，放置24h进行状态调节后进行测试，而后将标 准样条分别置于湿热、高温、水煮三种测试环境中按照实验要求处理，处理完放置于50% RH，23°C的环境中放置24小时后进行测试，得到标准样条的湿热、高温、水煮性能，以上测试 结果见表1。
[0062]表1:性能测试结果。
[0065]从表中所示数据可以看出，碳纤维表面经过羧基功能化处理，表面的羧基官能团 占含氧官能团的比例增加，实施例2和比较例1可以看出碳纤维表面经过羧基功能化处理， 碳纤维增强聚酰胺复合材料的力学性能增加10%以上，实施例2和实施例3可以看出，表面 羧基含量占含氧官能团比例的增加能有效的增加碳纤维增强聚酰胺复合材料的性能。碳纤 维增强聚酰胺复合材料经历了高温、湿热、水煮三种老化环境后，碳纤维增强聚酰胺复合材 料的力学性能保持率在不同条件下有所不同。从表格中的对比数据看，高温老化对碳纤维 增强聚酰胺复合材料的力学性能影响较小，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量的保持率都在 85%以上，碳纤维增强复合材料在高温、高湿的条件下，从表中对比例1的数据可以看出未 经表面羧基功能化处理的力学性能保持率在50~60%之间，而碳纤维表面经过羧基功能化 处理，力学性能的保持率明显增加，这表明本方法可以有效改善碳纤维与聚酰胺之间的结 合力，增加复合材料的力学性能以及在高温、高湿环境中的力学性能保持率。
【主权项】
1. 一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于:包括以下按重量百分比计 的原料： 聚酰胺树脂 60~85 %; 增韧剂 3~10 %; 表面功能化的碳纤维 10~30 %。2. 根据权利要求1所述的一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于:所述 表面功能化的碳纤维为碳纤维表面经过羧基功能化处理，其具体处理流程如下： 将碳纤维用丙酮清洗除去表面的杂质，将上述碳纤维在米氏酸与乙基苯溶剂组成的溶 液中反应2h，反应后用无水乙醇清洗数次，在80°C的真空环境中干燥6h，备用，获得表面羧 基功能化处理后的碳纤维。3. 根据权利要求2所述的一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于:其中 所述的碳纤维为堆积密度>420g/cm 3、切片长度为6-12mm的短切碳纤维，所述的米氏酸与 乙基苯组成溶液的物质的量浓度为0.05mol/L。4. 根据权利要求1所述的一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于:所述 的聚酰胺树脂为?46、？466、？4610、？446、？41010、？4612、？41212、？461'、？六91'之中的一种或几 种。5. 根据权利要求1所述的一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于:所述 的增韧剂为马来酸酐接枝聚烯烃弹性体。6. 根据权利要求1所述的一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于:所述 的复合材料中还可包括其他功能性助剂。7. 根据权利要求1-6任意之一所述高性能碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，其 特征在于:包括以下步骤： (1) 按配方比例称取干澡后的各原料;并将除表面功能化的碳纤维以外的原料用高速 搅拌机混合均匀； (2) 将上述混合原料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将表面功能化的碳纤维从双螺 杆挤出机的侧喂料口加入，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的碳纤维增强 聚酰胺复合材料。
【专利摘要】本发明公开了一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其包括按照重量百分比的如下配方：聚酰胺树脂60～85％；增韧剂3～10％；表面功能化的碳纤维10～30％。本发明的有益效果为：1、实现碳纤维表面羧基功能化，整个反应过程不会破坏碳纤维表面的结构，碳纤维的本身的力学性能不会受到任何影响，碳纤维表面羧基官能团的引入可以改善碳纤维与树脂基体之间的相容性。2、可有效的防止因热膨胀、水分扩散等因素造成的界面脱粘现象的发生，可以保证碳纤维增强聚酰胺复合材料在高温、高湿等环境下依然保持较高的力学性能保持率。
【IPC分类】C08K5/134, C08L51/06, C08K5/526, C08L77/02, C08K9/04, C08K7/06, C08L83/04
【公开号】CN105542448
【申请号】CN201511020544
【发明人】张海生, 陈萌, 陈永东, 张祥福, 周文
【申请人】上海普利特复合材料股份有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月30日