碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及改性塑料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合 材料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維增強(qiáng)塑料由于具有密度小、耐腐蝕、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、電子電器、 文體用品等諸多領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。納米蒙脫土改性高分子材料已有20多年的 研宄歷史，目前納米蒙脫土改性尼龍6是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和商品化的材料，與普通尼龍6相 比，其剛性、模量、耐熱性、可加工性均有顯著提高。
[0003] 將納米蒙脫土應(yīng)用到纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的領(lǐng)域，可以使材料具有更加優(yōu)異的性 能?，F(xiàn)有技術(shù)中，直接采用雙螺桿擠出機(jī)通過熔融捏合法將納米蒙脫土與樹脂共混。然而， 對于納米級顆粒和樹脂顆粒而言，首先，兩者（納米蒙脫土與樹脂）在粒徑和密度上差距很 大，下料容易不均勻；其次，在熔融共混時(shí)納米蒙脫土不能很均勻的分散到樹脂基體中，不 均勻的分散可能導(dǎo)致材料性能的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有上述缺陷，提供一種具有很好的強(qiáng)度、剛 性、抗變形性能，并具有優(yōu)異的表面性能和良好的加工性能的碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6 復(fù)合材料及其制造方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼 龍6復(fù)合材料，包括以下質(zhì)量百分比的原料：
[0006] 蒙脫土改性尼龍6 50-85%； 碳纖維 10?40%; 相容劑 0. 5?5%; 抗氧劑 0. 2?0. 6%;以及 潤滑劑 0. 5?5%;
[0007] 所述蒙脫土改性尼龍6為納米蒙脫土經(jīng)原位聚合法制備的蒙脫土尼龍6復(fù)合物。
[0008] 優(yōu)選地，所述碳纖維為連續(xù)碳纖維，其直徑為5?15 μ m，絲束為3?48K。
[0009] 優(yōu)選地，所述相容劑為馬來酸酐和丙烯酸酯雙官能化的乙烯類彈性體。
[0010] 優(yōu)選地，所述抗氧劑為抗氧劑168和抗氧劑1098按1:1?3的重量比復(fù)配而成。
[0011] 優(yōu)選地，所述潤滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯及硅酮母粒中的一 種或多種。
[0012] 本發(fā)明還提供一種碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料的制造方法，包括以下 步驟：
[0013] S1、按質(zhì)量百分比稱取以下原料：蒙脫土改性尼龍6、相容劑、抗氧劑以及潤滑劑；
[0014] S2、將步驟Sl中各原料預(yù)混合，投入到螺桿擠出機(jī)的喂料系統(tǒng)中，熔融共混形成 熔體；
[0015] S3、將碳纖維從所述螺桿擠出機(jī)的排氣口送進(jìn)其中，經(jīng)所述螺桿擠出機(jī)中螺桿和 熔體的剪切作用剪碎，與各原料熔融共混后擠出、冷卻、切粒；其中，通過控制所述螺桿擠出 機(jī)的喂料速度和螺桿轉(zhuǎn)速來控制所述碳纖維和熔體的質(zhì)量百分比。
[0016] 優(yōu)選地，所述螺桿擠出機(jī)的工作溫度為220?250°C。
[0017] 本發(fā)明還提供另一種碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料的制造方法，包括以 下步驟：
[0018] S1、按質(zhì)量百分比稱取以下原料：蒙脫土改性尼龍6、相容劑、抗氧劑以及潤滑劑；
[0019] S2、將步驟Sl中各原料預(yù)混合，投入到螺桿擠出機(jī)的喂料系統(tǒng)中，熔融共混形成 熔體；
[0020] S3、將碳纖維放置在所述螺桿擠出機(jī)的擠出機(jī)頭處，將所述熔體從所述擠出機(jī)頭 擠出并包覆在所述碳纖維上，通過控制牽引機(jī)牽引所述碳纖維的牽引速度來控制所述碳纖 維和熔體的質(zhì)量百分比。
[0021] 優(yōu)選地，所述螺桿擠出機(jī)的工作溫度為220?250°C。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟S3中，所述擠出機(jī)頭處設(shè)置有包覆模具，所述碳纖維和所述牽 引機(jī)分別位于所述包覆模具兩側(cè)，所述碳纖維受所述牽引機(jī)牽引穿過所述包覆模具，所述 熔體從擠出機(jī)頭處擠出到所述包覆模具中并包覆在所述碳纖維上。
[0023] 實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果：采用原位聚合法制備的蒙脫土改性尼龍6作為基 體，制備碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料，可以避免現(xiàn)有技術(shù)中因蒙脫土分散不均 勻?qū)е虏牧嫌腥毕莸葐栴}，具有很好的強(qiáng)度、剛性、抗變形性能，并具有優(yōu)異的表面性能和 良好的加工性能。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料，包括以下質(zhì)量百分比的原料：
[0025] 蒙脫土改性尼龍6 50?85%; 碳纖維 10-40%; 相容劑 0. 5?5%; 抗氧劑 0, 2?0. 6%;以及 潤滑劑0. 5?5%。
[0026] 其中，蒙脫土改性尼龍6為納米蒙脫土經(jīng)原位聚合法制備的蒙脫土尼龍6復(fù)合物。 原位聚合法即在聚合狀態(tài)下直接將填充物（納米蒙脫土）加到液態(tài)單體（尼龍）中，可使納 米蒙脫土片層以納米尺寸分散在尼龍基體中，形成插層型與剝離型共存的納米復(fù)合物。由 于尼龍6是一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料，經(jīng)原位聚合法制備的蒙脫土改性的尼龍6擁有 更好的拉伸和彎曲強(qiáng)度，且基本不會(huì)犧牲其沖擊性能，此外其剛性、模量、耐熱性、可加工性 均有顯著提高。該蒙脫土改性尼龍6作為基材，通過添加相容劑、抗氧劑、潤滑劑等加工助 劑，可以得到碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料。
[0027] 相容劑為一種馬來酸酐和丙烯酸酯雙官能化的乙烯類彈性體（屬于熱塑性彈性 體）。通過該相容劑引入的活性基團(tuán)可以提高碳纖維與尼龍之間的粘結(jié)力，并且熱塑性彈性 體還具有良好的柔軟性、高彈性和低溫性能，可以提高復(fù)合材料的抗沖擊性、耐寒性、成型 加工性，以及降低吸水率。
[0028] 在復(fù)合材料中，優(yōu)選地，抗氧劑采用抗氧劑168和抗氧劑1098按1:1?3的重量 比復(fù)配而成，可防止尼龍?jiān)诩庸み^程的熱氧化降解，使復(fù)合材料的成型加工能夠順利進(jìn)行。
[0029] 碳纖維為連續(xù)碳纖維。該碳纖維的直徑為5?15 μ m，絲束為3?48K (3000? 48000)。潤滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯（PETS)及硅酮母粒中的一種或多 種。
[0030] 上述的碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料可采用短切法或包覆法制得。
[0031] 該碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料一實(shí)施例的制造方法（短切法），可包括 以下步驟：
[0032] S1、按質(zhì)量百分比稱取以下原料：蒙脫土改性尼龍6、相容劑、抗氧劑以及潤滑劑。
[0033] S2、將步驟Sl中各原料預(yù)混合，投入到螺桿擠出機(jī)的喂料系統(tǒng)中，熔融共混形成 熔體。
[0034] S3、將碳纖維從螺桿擠出機(jī)的排氣口送進(jìn)其中，經(jīng)螺桿擠出機(jī)中螺桿和熔體的剪 切作用剪碎，與各原料熔融共混后擠出、冷卻、切粒；其中，通過控制螺桿擠出機(jī)的喂料速度 和螺桿轉(zhuǎn)速來控制碳纖維和熔體的質(zhì)量百分比，使得碳纖維在制得的復(fù)合材料中所在質(zhì)量 百分比為10?40%。
[0035] 其中，螺桿擠出機(jī)的工作溫度為220?250°C。具體地，螺桿擠出機(jī)采用雙螺桿擠 出機(jī)，其一區(qū)到九區(qū)的溫度設(shè)置為220?250°C。螺桿擠出機(jī)的喂料速度可以控制預(yù)混原料 進(jìn)入螺桿中的速度，而螺桿轉(zhuǎn)速可以控制碳纖維進(jìn)入螺桿擠出機(jī)中的速度，通過兩者相配 合來控制碳纖維和熔體的質(zhì)量百分比。
[0036] 該碳纖維增強(qiáng)蒙脫土改性尼龍6復(fù)合材料另一實(shí)施例的制造方法（包覆法），可包 括以下步驟：
[0037] S1、按質(zhì)量百分比稱取以下原料：蒙脫土改性尼龍6、相容劑、抗氧劑以及潤滑劑。
[0038] S2、將步驟Sl中各原料預(yù)混合，投入到螺桿擠出機(jī)的喂料系統(tǒng)中，熔融共混形成 熔體。
[0039] S3、