本發(fā)明涉及電力金具材料領(lǐng)域，具體涉及一種熱塑性樹脂基碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料，及其制備工藝。
背景技術(shù)：
金具是電力輸送過程中的重要部件，以節(jié)能減排為目的，開發(fā)新型易加工、可回收的塑料電力金具材料具有重要的實(shí)際意義。碳纖維增強(qiáng)PA66具有優(yōu)異的力學(xué)性能、自潤(rùn)滑性和導(dǎo)電性能等，但是鑒于金具用于戶外高空，使用環(huán)境惡劣，而尼龍?jiān)陂L(zhǎng)期水、光照和熱的作用下易降解。
潘任行在其碩士論文《碳纖維表面修飾及增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料的研究》中，先將碳纖維進(jìn)行電化學(xué)表面處理，在碳纖維表面引入活性基團(tuán)比如-C-OH和-COOH，然后使用自配的聚氨酯(PU)上漿劑對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿處理，最后將碳纖維通過擠出造粒和注塑的方法制備成碳纖維增強(qiáng)尼龍66(CFRPA66)。但得到的材料耐候性不足，而且不具備阻燃性能。
本發(fā)明以次磷酸鋁為阻燃劑，以竹炭為協(xié)效劑，采用硼酸鋅對(duì)三聚氰胺氰尿酸鹽進(jìn)行包覆，得復(fù)合阻燃劑；以馬來酸酐接枝聚丙烯為增容劑，以核-殼結(jié)構(gòu)的硅橡膠為增韌劑，碳纖維增強(qiáng)PA66具有優(yōu)異的力學(xué)性能、自潤(rùn)滑性和導(dǎo)電性能；以牛血清白蛋白改性玻璃纖維表面，利用靜電吸附原理制備氧化石墨包覆的玻璃纖維復(fù)合材料；多壁碳納米管的加入提高了PA66纖維的力學(xué)性能和玻璃化溫度；采用熔融共混法制備了聚丙烯(PP)/聚酰胺66(PA66)共混物，以馬來酸酐接枝POE為增容劑，提高了共混物的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率；草酸二甲酯和1,5-戊二胺發(fā)生聚合生成聚草酰胺預(yù)聚物，將聚草酰胺預(yù)聚物包覆在碳纖維上，進(jìn)行固相聚合、熱壓處理，得到熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料；得到一種熱塑性樹脂基碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種熱塑性樹脂基碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料及其制備工藝，依照該工藝制作的電力金具材料具有質(zhì)輕、耐候、阻燃的優(yōu)良性能。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
PA66 22-30，聚丙烯(PP)10-14，碳纖維10-17，玻璃纖維5-9，三聚氰胺氰
尿酸鹽2-4，硼酸鋅3-5，次磷酸鋁3-6，竹炭1-2，草酸二甲酯2-4，1,5-戊二胺2-5，硅橡膠2-4，水性聚氨酯1-2，馬來酸酐接枝聚丙烯2-5，牛血清白蛋白溶液1-3，六鈦酸鉀晶須2-4，氧化石墨烯1-3，環(huán)氧樹脂2-4，空心玻璃微珠3-5，鄰苯二甲酸二丁酯1-3，二甲基硅油1-2，聚酰胺1-3，馬來酸酐接枝POE 1-3，多壁碳納米管3-6，NaOH溶液，NH4HCO3、丙酮、HCl溶液、適量。
一種熱塑性樹脂基碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：
a. 向三聚氰胺氰尿酸鹽中加NaOH溶液，攪拌均勻，加入硼酸鋅，升溫60-90℃反應(yīng)1-2h，得白色粘稠產(chǎn)物，抽濾、水洗3-5次，于110-160℃干燥1-2h；將次磷酸鋁、竹炭在100-140℃烘干1-2h后，與前者混合，超細(xì)粉碎，得復(fù)合阻燃劑；
b. 將草酸二甲酯和1,5-戊二胺分別通過各自投料泵泵入噴嘴，在室溫氮?dú)饬髦羞M(jìn)行霧化、混合并噴射到6-10份碳纖維上，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，140-160℃恒溫處理1-3h，升溫至240-260℃，固相聚合2-5h，在300-330℃、壓力為80-120kg/cm2的條件下進(jìn)行熱壓處理1-2h，得到熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料；
c. 將剩余碳纖維置于退漿爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于400-600℃進(jìn)行高溫退漿處理，然后置于電解液NH4HCO3中，在50-90℃電解90-150s，水洗3-5次，90-130℃干燥1-2h，再與硅橡膠、水性聚氨酯混合；將馬來酸酐接枝聚丙烯在70-90℃真空干燥箱中干燥1-2 h后，與前者混合球磨1-2h待用；
d. 將玻璃纖維在丙酮中浸泡清洗處理0.5-1h，在HCl溶液中羥基化處理1-2h，水洗3-5次，在牛血清白蛋白溶液中浸沒0.5-1h，水洗3-5次，加入六鈦酸鉀晶須和氧化石墨烯的分散液，均勻攪拌，超聲分散，調(diào)溶液pH 3-6，靜置0.5-1h，沖洗3-5次，60-90℃烘干，得石墨烯包覆的玻璃纖維復(fù)合材料；
e. 將環(huán)氧樹脂放入70-90℃水浴中，加入空心玻璃微珠和d中所得物料，混合攪拌1-2h，然后加入鄰苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺，混合攪拌均勻，室溫固化1-2h，將馬來酸酐接枝POE在75-95℃真空干燥箱中干燥3-5 h，待用；
f. 將PA66在80-110℃真空干燥箱中干燥2-4h，與多壁碳納米管、聚丙烯及a、b、c中所得物料加入高速攪拌機(jī)中充分混合得預(yù)混料，將預(yù)混料和e中所得物料分別從雙螺桿擠出機(jī)的主加料口和側(cè)加料口下料，于240-270℃擠出造粒，隨后將粒子放入烘箱中于110-130℃干燥2-4h，然后用注塑機(jī)于250-280℃注射成試樣，即得一種熱塑性樹脂基碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料。
本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理及有益效果如下：
（1）次磷酸鋁(AHP)具有磷含量高、阻燃效果好等優(yōu)點(diǎn)，協(xié)效劑竹炭的加入能夠促使AHP降解生成磷酸和焦磷酸，在固相中，磷酸和焦磷酸可以促進(jìn)PA66降解成炭，且降解后產(chǎn)生的致密炭層可以阻止氧和熱傳遞到聚合物基體內(nèi)部，有利于提高材料的阻燃性能；三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）是一種典型的氮系無鹵阻燃劑，無臭無味，分解溫度高，低煙低毒，采用硼酸鋅對(duì)MCA進(jìn)行控制，使硼酸鋅分散沉積在MCA表面，對(duì)MCA進(jìn)行包覆，分隔成較小的獨(dú)立反應(yīng)體系，使得反應(yīng)體系的粘度始終保持在一個(gè)較低的水平。
（2）草酸二甲酯和1,5-戊二胺發(fā)生聚合生成聚草酰胺預(yù)聚物，聚草酰胺具有吸水率低、抗溶劑侵蝕、耐酸堿和耐水解能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將聚草酰胺預(yù)聚物包覆在碳纖維上，進(jìn)行固相聚合、熱壓處理，得到熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料，性能良好、穩(wěn)定均一。
（3）碳纖維增強(qiáng)PA66具有優(yōu)異的力學(xué)性能、自潤(rùn)滑性和導(dǎo)電性能，先將碳纖維進(jìn)行電化學(xué)表面處理，在碳纖維表面引入活性基團(tuán)比如-C-OH和-COOH，然后用水性聚氨酯對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿處理，處理后與PA66擁有更好的界面結(jié)合性能，所制備的復(fù)合材料也擁有更高的力學(xué)性能，以馬來酸酐接枝聚丙烯為增容劑，以核-殼結(jié)構(gòu)的硅橡膠為增韌劑。
（4）以牛血清白蛋白改性玻璃纖維表面，利用靜電吸附原理制備氧化石墨包覆的玻璃纖維復(fù)合材料，具有優(yōu)異的柔性和熱穩(wěn)定性。六鈦酸鉀晶須硬度低、不易磨損對(duì)磨面、與有機(jī)聚合物基體的相容性突出，在聚合物基體中分散性好。
（5）以鄰苯二甲酸二丁酯為增塑劑，以二甲基硅油為消泡劑，以聚酰胺為固化劑，以環(huán)氧樹脂為基體，填充材料為空心玻璃微珠和玻璃纖維，制備了玻璃纖維/玻璃微珠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)、多功能性等優(yōu)點(diǎn)。
（6）采用熔融共混法制備了聚丙烯(PP)/聚酰胺66(PA66)共混物，以馬來酸酐接枝POE為增容劑，提高了共混物的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率；多壁碳納米管的加入提高了PA66纖維的力學(xué)性能和玻璃化溫度。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例
一種熱塑性樹脂基碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料，由下述重量份(g)的原料制得：
PA66 26，聚丙烯(PP)14，碳纖維17，玻璃纖維5，三聚氰胺氰尿酸鹽4，硼
酸鋅3，次磷酸鋁3，竹炭1，草酸二甲酯2，1,5-戊二胺2，硅橡膠2，水性聚氨酯1，馬來酸酐接枝聚丙烯5，牛血清白蛋白溶液3，六鈦酸鉀晶須2，氧化石墨烯1，環(huán)氧樹脂4，空心玻璃微珠5，鄰苯二甲酸二丁酯1，二甲基硅油1，聚酰胺3，馬來酸酐接枝POE 3，多壁碳納米管6，NaOH溶液，NH4HCO3、丙酮、HCl溶液、適量。
一種熱塑性樹脂基碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：
a. 向三聚氰胺氰尿酸鹽中加NaOH溶液，攪拌均勻，加入硼酸鋅，升溫80-90℃反應(yīng)1h，得白色粘稠產(chǎn)物，抽濾、水洗3次，于140-160℃干燥1h；將次磷酸鋁、竹炭在130-140℃烘干2h后，與前者混合，超細(xì)粉碎，得復(fù)合阻燃劑；
b. 將草酸二甲酯和1,5-戊二胺分別通過各自投料泵泵入噴嘴，在室溫氮?dú)饬髦羞M(jìn)行霧化、混合并噴射到10份碳纖維上，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，150-160℃恒溫處理2h，升溫至250-260℃，固相聚合2h，在310-320℃、壓力為110-120kg/cm2的條件下進(jìn)行熱壓處理1-2h，得到熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料；
c. 將剩余碳纖維置于退漿爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于500-550℃進(jìn)行高溫退漿處理，然后置于電解液NH4HCO3中，在70-80℃電解150s，水洗3次，110-120℃干燥1h，再與硅橡膠、水性聚氨酯混合；將馬來酸酐接枝聚丙烯在80-90℃真空干燥箱中干燥1 h后，與前者混合球磨1h待用；
d. 將玻璃纖維在丙酮中浸泡清洗處理01h，在HCl溶液中羥基化處理1h，水洗3次，在牛血清白蛋白溶液中浸沒1h，水洗3次，加入六鈦酸鉀晶須和氧化石墨烯的分散液，均勻攪拌，超聲分散，調(diào)溶液pH 4-5，靜置1h，沖洗3次，70-80℃烘干，得石墨烯包覆的玻璃纖維復(fù)合材料；
e. 將環(huán)氧樹脂放入80-90℃水浴中，加入空心玻璃微珠和d中所得物料，混合攪拌1h，然后加入鄰苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺，混合攪拌均勻，室溫固化2h，將馬來酸酐接枝POE在80-90℃真空干燥箱中干燥3h，待用；
f. 將PA66在100-110℃真空干燥箱中干燥2h，與多壁碳納米管、聚丙烯及a、b、c中所得物料加入高速攪拌機(jī)中充分混合得預(yù)混料，將預(yù)混料和e中所得物料分別從雙螺桿擠出機(jī)的主加料口和側(cè)加料口下料，于250-260℃擠出造粒，隨后將粒子放入烘箱中于110-120℃干燥2h，然后用注塑機(jī)于260-270℃注射成試樣，即得一種碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料。
上述實(shí)施例制備的一種熱塑性樹脂基碳纖維增強(qiáng)型PA66/PP電力金具材料的性能檢測(cè)結(jié)果如下所示：
經(jīng)耐水解性（乙二醇，130℃，50h）測(cè)試后，拉伸強(qiáng)度變化率為36%，彎曲強(qiáng)度變化率為43%，沖擊強(qiáng)度變化率為125%，重量變化率為12%；彎曲性能損失率＜50%，符合使用要求；
經(jīng)熱老化（150℃，2000h）測(cè)試，拉伸強(qiáng)度變化率為21%，彎曲強(qiáng)度變化率為17%，沖擊強(qiáng)度變化率為12%，滿足損失率＜25%的要求；
經(jīng)光老化（2000h）測(cè)試，拉伸強(qiáng)度變化率為22%，彎曲強(qiáng)度變化率為16%，沖擊強(qiáng)度變化率為12%，滿足損失率＜30%的要求。