彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乙烯(PE)是一種質(zhì)輕無(wú)毒，具有優(yōu)良的電絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕性能的熱塑性材料，其價(jià)格低廉，成型加工容易，廣泛應(yīng)用于電器、化工、食品、機(jī)械等行業(yè)。然后，由于聚乙烯也存在沖擊強(qiáng)度較差、易脆性斷裂等缺點(diǎn)，較難滿足一些領(lǐng)域的使用需求。碳纖維具有高強(qiáng)度、低密度、高耐溫、耐水、耐腐蝕等特點(diǎn)，是一種優(yōu)異的高強(qiáng)度增強(qiáng)材料，已在軍事及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，從航天、航空、汽車、電子、機(jī)械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運(yùn)動(dòng)器材和休閑用品等。碳纖維增強(qiáng)聚乙烯具有非常高的比強(qiáng)度，但是由于碳纖維表面平滑、活性官能團(tuán)少、表面能低，呈現(xiàn)表面化學(xué)惰性，與樹脂基體浸潤(rùn)性差，使得復(fù)合材料界面粘合力較弱，嚴(yán)重地影響了復(fù)合材料整體優(yōu)異性能的發(fā)揮，并且聚乙烯的化學(xué)惰性也使碳纖維與基體樹脂的粘合性差，從而影響應(yīng)力的傳遞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種力學(xué)性能好、韌性高和加工性能優(yōu)良的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料,其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:聚乙烯60%?80%、納米碳酸I丐8%?15%、二異氰酸酯1%?2%、乙二醇2%?4%、表面改性碳纖維10%?25%、相容劑3%?8%、分散劑O?2%、抗氧劑0.1%?1%。
[0005]所述的表面改性碳纖維為表面經(jīng)過(guò)聚丙烯腈處理過(guò)的碳纖維，其具體方法為將碳纖維浸潤(rùn)在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤(rùn)處理的碳纖維于50°C?300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1?100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維；其中，所述的聚丙烯腈溶液為聚丙烯腈低聚物與溶劑配制而成的溶液，所述溶劑為水、乙醇、丙酮中的一種。
[0006]所述的相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)0
[0007]所述的分散劑為聚乙烯蠟、EVA臘、OP臘、TAS-2A分散劑中的一種。
[0008]所述的抗氧劑為受阻酚抗氧劑1010或1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物。
[0009]上述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)制備表面改性碳纖維:首先配制聚丙烯腈溶液，然后將碳纖維浸潤(rùn)在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤(rùn)處理的碳纖維于50°c?300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1?100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；
(2)將按重量配比稱取納米碳酸鈣和乙二醇加入料筒溫度為40°C?70°C混合機(jī)中低速攪拌5?15分鐘，再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘，使充分加成聚合與包覆；
(3)然后在混合機(jī)中再加入按重量配比稱取的聚乙烯、相容劑、分散劑和抗氧劑，并在轉(zhuǎn)速不低于3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌5?30分鐘；
(4)再將上述混合好的物料和按重量配比稱取的表面改性碳纖維分別從雙螺桿擠出機(jī)的主料口和側(cè)料口加入，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)熔融混煉5?30分鐘后擠出、冷卻、切粒、干燥即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料。
[0010]本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用二異氰酸酯與乙二醇在混合機(jī)中攪拌和加成聚合生成聚氨酯彈性體包覆在納米碳酸鈣表面，形成以納米碳酸鈣為核、彈性體為殼的核殼結(jié)構(gòu)，使其發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)和對(duì)聚乙烯起到良好的協(xié)同增強(qiáng)增韌效果，同時(shí)采用碳纖維增強(qiáng)改性進(jìn)一步了材料的力學(xué)性能、耐熱性能、耐磨性能、耐腐蝕性能和加工性能等，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0012]實(shí)施例1:
一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:聚乙烯62%、納米碳酸鈣12%、二異氰酸酯1.5%、乙二醇3%、表面改性碳纖維15%、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)5%、聚乙烯蠟1%、受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物0.5%。所述的表面改性碳纖維為表面經(jīng)過(guò)聚丙烯腈處理過(guò)的碳纖維，其具體方法為將碳纖維浸潤(rùn)在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤(rùn)處理的碳纖維于50°C?300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1?100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維；其中，所述的聚丙烯腈溶液為聚丙烯腈低聚物與乙醇配制而成的溶液。
[0013]制備方法:(1)制備表面改性碳纖維:首先配制聚丙烯腈溶液，然后將碳纖維浸潤(rùn)在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤(rùn)處理的碳纖維于50°C?300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1?100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；(2)將按重量配比稱取納米碳酸鈣和乙二醇加入料筒溫度為40°C?70°C混合機(jī)中低速攪拌5?15分鐘，再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘，使充分加成聚合與包覆；(3)然后在混合機(jī)中再加入按重量配比稱取的聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)、聚乙烯蠟和受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物，并在轉(zhuǎn)速不低于3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌5?30分鐘；(4)再將上述混合好的物料和按重量配比稱取的表面改性碳纖維分別從雙螺桿擠出機(jī)的主料口和側(cè)料口加入，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)熔融混煉5?30分鐘后擠出、冷卻、切粒、干燥即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料。
[0014]實(shí)施例2:
一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:聚乙烯60%、納米碳酸鈣15%、二異氰酸酯2%、乙二醇4%、表面改性碳纖維10%、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA) 8%、受阻酚抗氧劑1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物1%。所述的表面改性碳纖維為表面經(jīng)過(guò)聚丙烯腈處理過(guò)的碳纖維，其具體方法為將碳纖維浸潤(rùn)在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤(rùn)處理的碳纖維于50°C?300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1?100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維；其中，所述的聚丙烯腈溶液為聚丙烯腈低聚物與丙酮配制而成的溶液。
[0015]制備方法:(1)制備表面改性碳纖維:首先配制聚丙烯腈溶液，然后將碳纖維浸潤(rùn)在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤(rùn)處理的碳纖維于50°C?300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1?100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；(2)將按重量配比稱取納米碳酸鈣和乙二醇加入料筒溫度為40°C?70°C混合機(jī)中低速攪拌5?15分鐘，再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘，使充分加成聚合與包覆；(3)然后在混合機(jī)中再加入按重量配比稱取的聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)和受阻酚抗氧劑1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物，并在轉(zhuǎn)速不低于3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌5?30分鐘；(4)再將上述混合好的物料和按重量配比稱取的表面改性碳纖維分別從雙螺桿擠出機(jī)的主料口和側(cè)料口加入，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)熔融混煉5?30分鐘后擠出、冷卻、切粒、干燥即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料，其特征在于，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:聚乙烯60%?80%、納米碳酸鈣8%?15%、二異氰酸酯1%?2%、乙二醇2%?4%、表面改性碳纖維10%?25%、相容劑3%?8%、分散劑O?2%、抗氧劑0.1%?1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料，其特征在于，所述的表面改性碳纖維為表面經(jīng)過(guò)聚丙烯腈處理過(guò)的碳纖維，其具體方法為將碳纖維浸潤(rùn)在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤(rùn)處理的碳纖維于50°C?300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1?100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維；其中，所述的聚丙烯腈溶液為聚丙烯腈低聚物與溶劑配制而成的溶液，所述溶劑為水、乙醇、丙酮中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料，其特征在于，所述的相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料，其特征在于，所述的分散劑為聚乙烯蠟、EVA蠟、OP蠟、TAS-2A分散劑中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料，其特征在于，所述的抗氧劑為受阻酚抗氧劑1010或1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備表面改性碳纖維:首先配制聚丙烯腈溶液，然后將碳纖維浸潤(rùn)在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤(rùn)處理的碳纖維于50°C?300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1?100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用； (2)將按重量配比稱取納米碳酸鈣和乙二醇加入料筒溫度為40°C?70°C混合機(jī)中低速攪拌5?15分鐘，再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘，使充分加成聚合與包覆； (3)然后在混合機(jī)中再加入按重量配比稱取的聚乙烯、相容劑、分散劑和抗氧劑，并在轉(zhuǎn)速不低于3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌5?30分鐘； (4)再將上述混合好的物料和按重量配比稱取的表面改性碳纖維分別從雙螺桿擠出機(jī)的主料口和側(cè)料口加入，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)熔融混煉5?30分鐘后擠出、冷卻、切粒、干燥即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強(qiáng)的聚乙烯復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為：聚乙烯60%～80%、納米碳酸鈣8%～15%、二異氰酸酯1%～2%、乙二醇2%～4%、表面改性碳纖維10%～25%、相容劑3%～8%、分散劑0～2%、抗氧劑0.1%～1%。本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用二異氰酸酯與乙二醇在混合機(jī)中攪拌和加成聚合生成聚氨酯彈性體包覆在納米碳酸鈣表面，形成以納米碳酸鈣為核、彈性體為殼的核殼結(jié)構(gòu)，使其發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)和對(duì)聚乙烯起到良好的協(xié)同增強(qiáng)增韌效果，同時(shí)采用碳纖維增強(qiáng)改性進(jìn)一步了材料的力學(xué)性能、耐熱性能、耐磨性能、耐腐蝕性能和加工性能等，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】C08K3-04, C08K7-06, C08K9-04, C08L23-06, C08L23-08, C08K13-06, C08K9-10, C08K3-26
【公開號(hào)】CN104672586
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310617933
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】青島佳億陽(yáng)工貿(mào)有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月29日