一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法
【專利說明】 一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方
法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，屬于塑料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聚甲醛作為工程塑料之一，是一種高密度、高結(jié)晶的線性聚合物，具有較高的強度和模量，良好的耐磨損、耐化學(xué)侵蝕、耐蠕變、耐疲勞性能，以及制品尺寸穩(wěn)定性好等特點，是代替銅、鋅、鋁及合金制品的較理想材料，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子電氣、機械、化工等領(lǐng)域。我國現(xiàn)有的聚甲醛產(chǎn)品大多為通用型，為了提高產(chǎn)品在航空航天領(lǐng)域的使用，必須要向高端改性聚甲醛轉(zhuǎn)移，一般采用復(fù)合材料的形式進行改性，這種改性材料必須具有突出的綜合性能，才能用于制備要求具有高強、高模、熱穩(wěn)定性能好、尺寸穩(wěn)定、精度高等性能的機械零件及結(jié)構(gòu)部件。
[0003]現(xiàn)有許多研究多采用玻璃纖維增強聚甲醛制備聚甲醛復(fù)合材料，而以碳纖維作為增強體，制備高強度、高模量、高耐熱等聚甲醛復(fù)合材料的研究少有報道。碳纖維作為一種新型碳材料，具有拉伸強度大、模量高、抗疲勞、耐磨損、耐腐蝕、自潤滑性、密度低、耐高溫、耐低溫、線膨脹系數(shù)小、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)良的性能。碳纖維作為增強體，可以大大提高材料的力學(xué)性能，改善熱穩(wěn)定性、摩擦性能、提高剛性、有助于減少成型收縮率、保證尺寸精度。聚甲醛在加工后期制品易發(fā)生開裂、變形等問題，大大影響制品合格率，浪費資源，增加成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法。
[0005]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實施:
一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，由下列重量份的原料制成:聚甲醛90-100、碳纖維10-30、雙氰胺2-4、硬脂酸0.4-0.8、雙十四碳醇酯0.3-0.5、玻璃纖維5-8、硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2_4、納米二氧化硅2_3 ；.本發(fā)明所述一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將聚甲醛、硬脂酸和雙十四碳醇酯混合加到高速攪拌機中攪拌均勻，并在真空干燥箱中于70-80° C下干燥2-3h備用；
(2)將納米二氧化硅在400-450°C下真空燒結(jié)2-3小時后備用，將氧化石墨烯加到無水乙醇中，于90W下超聲5-10分鐘，再加入玻璃纖維繼續(xù)分散20-30分鐘，過濾，沉淀用蒸餾水沖洗后烘干，并和硅烷偶聯(lián)劑KH-550、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進行短切、預(yù)熱處理后和上述的混合物混合攪拌均勻備用；
(3)將步驟(I)的聚甲醛混料和其余剩余物質(zhì)加到雙螺桿擠出機的主喂料槽，再將步驟(2)的混合物在自然排氣口加入，設(shè)定工藝參數(shù)進行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內(nèi)70-80° C干燥2-3小時；
(4)將步驟(3)得到的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料加熱到150-180° C，迅速冷卻后再加到注塑機中，注塑溫度為180-190° C，注塑壓力為50-60MPa，注射速度為55-60mm/s，保溫時間為15-20S，模具溫度為70-80° C，即可得到各種形狀的部件。
[0006]本發(fā)明所述擠出的工藝參數(shù)是:擠出機機筒溫度為170-190° C，螺桿轉(zhuǎn)速為50_120r/mino
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明添加的碳纖維預(yù)熱處理后在聚甲醛中分散均勻，提高了材料的綜合性能，添加的玻璃纖維大大提高了聚甲醛的機械強度，耐用，不易開裂，本發(fā)明的所述塑料以及制備方法具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景和市場價值，值得推廣。
[0008]具體實施方案
下面通過具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0009]一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:聚甲醛100、碳纖維26、雙氰胺4、硬脂酸0.5、雙十四碳醇酯0.4、玻璃纖維
7、硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.5、氧化石墨烯4、納米二氧化硅3 ；
本發(fā)明所述一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將聚甲醛、硬脂酸和雙十四碳醇酯混合加到高速攪拌機中攪拌均勻，并在真空干燥箱中于80° C下干燥3h備用；
(2)將納米二氧化硅在430°C下真空燒結(jié)3小時后備用，將氧化石墨烯加到無水乙醇中，于90W下超聲8分鐘，再加入玻璃纖維繼續(xù)分散30分鐘，過濾，沉淀用蒸餾水沖洗后烘干，并和硅烷偶聯(lián)劑KH-550、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進行短切、預(yù)熱處理后和上述的混合物混合攪拌均勻備用；
(3)將步驟(I)的聚甲醛混料和其余剩余物質(zhì)加到雙螺桿擠出機的主喂料槽，再將步驟
(2)的混合物在自然排氣口加入，設(shè)定工藝參數(shù)進行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內(nèi)80° C干燥3小時；
(4)將步驟(3)得到的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料加熱到180°C，迅速冷卻后再加到注塑機中，注塑溫度為190° C，注塑壓力為60MPa，注射速度為60mm/s，保溫時間為20s，模具溫度為80° C，即可得到各種形狀的部件。
[0010]本發(fā)明所述擠出的工藝參數(shù)是:擠出機機筒溫度為190° C，螺桿轉(zhuǎn)速為70r/min。
[0011]實施例中炭纖維增強聚甲醛塑料的性能參數(shù)如下:
彈性模量(GPa):18.7 ；
彎曲模量(GPa):14.6 ；
拉伸強度(MPa):141 ；
彎曲強度(MPa):179 ；
斷裂伸長率(％):0.78 ；
缺口沖擊強度(kJ/m-2):16.3。
【主權(quán)項】
1.一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:聚甲醛90-100、碳纖維10-30、雙氰胺2-4、硬脂酸0.4-0.8、雙十四碳醇酯0.3-0.5、玻璃纖維5-8、硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2_4、納米二氧化硅2_3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將聚甲醛、硬脂酸和雙十四碳醇酯混合加到高速攪拌機中攪拌均勻，并在真空干燥箱中于70-80° C下干燥2-3h備用； (2)將納米二氧化硅在400-450°C下真空燒結(jié)2-3小時后備用，將氧化石墨烯加到無水乙醇中，于90W下超聲5-10分鐘，再加入玻璃纖維繼續(xù)分散20-30分鐘，過濾，沉淀用蒸餾水沖洗后烘干，并和硅烷偶聯(lián)劑KH-550、備用的納米二氧化硅混合研磨均勻，再將碳纖維進行短切、預(yù)熱處理后和上述的混合物混合攪拌均勻備用； (3)將步驟(I)的聚甲醛混料和其余剩余物質(zhì)加到雙螺桿擠出機的主喂料槽，再將步驟(2)的混合物在自然排氣口加入，設(shè)定工藝參數(shù)進行擠出、拉條、冷卻、造粒，然后于真空干燥箱內(nèi)70-80° C干燥2-3小時； (4)將步驟(3)得到的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料加熱到150-180°C，迅速冷卻后再加到注塑機中，注塑溫度為180-190° C，注塑壓力為50-60MPa，注射速度為55-60mm/s，保溫時間為15-20S，模具溫度為70-80° C，即可得到各種形狀的部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，擠出的工藝參數(shù)是:擠出機機筒溫度為170-190° C，螺桿轉(zhuǎn)速為50-120r/min0
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機械強度高的碳纖維增強聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：聚甲醛90-100、碳纖維10-30、雙氰胺2-4、硬脂酸0.4-0.8、雙十四碳醇酯0.3-0.5、玻璃纖維5-8、硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.3-0.6、氧化石墨烯2-4、納米二氧化硅2-3；本發(fā)明添加的碳纖維預(yù)熱處理后在聚甲醛中分散均勻，提高了材料的綜合性能，添加的玻璃纖維大大提高了聚甲醛的機械強度，耐用，不易開裂，本發(fā)明的所述塑料以及制備方法具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景和市場價值，值得推廣。
【IPC分類】C08K13-06, B29C45-76, C08K5-09, C08K7-14, C08K9-00, C08K7-06, C08K3-36, C08K3-04, B29C47-92, C08L59-00, B29B9-06
【公開號】CN104672776
【申請?zhí)枴緾N201510062955
【發(fā)明人】朱正娟
【申請人】合肥康齡養(yǎng)生科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月6日