一種化學(xué)接枝碳纖維/eva復(fù)合泡沫材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子復(fù)合泡沫的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種化學(xué)接枝碳纖維/EVA 復(fù)合泡沫材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[000引EVA(己締-醋酸己締共聚物）具有良好的加工性能、柔初性、彈性等優(yōu)點，常用于 制備交聯(lián)泡沫材料，所制備的EVA泡沫材料具有低密度、緩沖減震、隔音、隔熱等優(yōu)異性能， 廣泛地應(yīng)用于鞋材、包裝、運動設(shè)施等行業(yè)中。但因其力學(xué)性能表現(xiàn)不佳，從而大大限制了 它的發(fā)展。因此研發(fā)高性能的EVA復(fù)合泡沫材料具有極其重要的現(xiàn)實意義和使用價值。
[0003] 碳纖維（CF)是一種近年來興起的一種新型增強材料，由于其具有低密度、高比 強、耐腐蝕等優(yōu)點，已廣泛運用于體育、建筑、航空航天等領(lǐng)域。碳纖維作為一種性能優(yōu)異 的增強體，其與基體間的界面結(jié)合狀況對復(fù)合材料的綜合性能表現(xiàn)有著非常重要的影響。 然而碳纖維表面光滑、呈化學(xué)惰性、表面能低、與樹脂基體的粘結(jié)性差，限制了其在復(fù)合材 料領(lǐng)域的應(yīng)用，為了解決碳纖維與樹脂基體之前的界面結(jié)合問題，本發(fā)明采用丫-甲基丙 締酷氧丙基=甲氧基硅烷（KH-570)接枝改性碳纖維，為了接枝反應(yīng)能夠更加順利的進行， 先采用H2SO4/HNO3混合酸對碳纖維進行液相氧化處理制成氧化碳纖維（0CF)，使得碳纖維 表面含氧官能團的種類和含量提升，再利用KH-570作為接枝單體對其進行表面修飾得到 KH-570接枝改性碳纖維化CF)，W期改善碳纖維與EVA基體之間的界面問題，再WEVA為 基體通過交聯(lián)發(fā)泡工藝得到EVA/KCF復(fù)合泡沫材料，并對其比重和基礎(chǔ)力學(xué)性能進行了測 定，本發(fā)明成功的為制備新型綜合性EVA復(fù)合泡沫材料提供了新的途徑，同時也為今后開 發(fā)新型高性能聚合物復(fù)合材料提供了新的思路與探索，使得本發(fā)明在學(xué)術(shù)上具有創(chuàng)新研究 價值，在實際應(yīng)用中具有廣泛的社會經(jīng)濟效益和戰(zhàn)略價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種化學(xué)接枝碳纖維/EVA復(fù)合 泡沫材料及其制備和應(yīng)用，與傳統(tǒng)EVA泡沫材料相比，本發(fā)明制得的泡沫材料密度降低 6. 0%~24. 1%，而拉伸強度可W升高12. 3%~52. 6%，斷裂伸長率可W升高13. 1~44. 9%。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種化學(xué)接枝碳纖維/EVA復(fù)合泡沫材料，按重量份計，包括W下原料： 己締-醋酸己締共聚物巧VA) ; 100份， 化學(xué)接枝碳纖維化CF) ;1~5份， 發(fā)泡劑（AC，偶氮二甲酯胺）；2. 5份， 交聯(lián)劑值CP，過氧化二異丙苯）；0.9份， 硬脂酸（St) ;0. 4份， 硬脂酸鋒狂nSt) ;0.6份， 助發(fā)泡劑狂nO) ;0. 7份； 所述的EVA中醋酸己締醋基體（VA)含量為；13wt%~18wt%。
[0006] 所述的化學(xué)接枝碳纖維是通過將丫-甲基丙締酷氧丙基=甲氧基硅烷接枝到碳 纖維而制得的。
[0007] 本發(fā)明的制備方法包括W下步驟： (1) 化學(xué)接枝碳纖維的制備： 1) 將碳纖維（CF)在丙酬中浸泡24h除去其表面漿層膠質(zhì)，隨后用去離子水反復(fù)洗漆 多次，于80°C鼓風(fēng)干燥箱24h，得到去膠CF，備用； 2) 于圓底燒瓶中加入去膠CF和體積比為3:1的濃H2SO4/濃HN03混合酸，將燒瓶置于 80°C油浴中攬拌反應(yīng)5h，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水洗漆至抑=6~7,最后在冷 凍干燥機中干燥得到氧化碳纖維（0C巧； 3) 于圓底燒瓶中加入0CF和無水己醇，將其置于功率100W超聲波清洗器中超聲分散 30min后得到0CF懸濁液，隨后加入一定量肥1將抑調(diào)節(jié)至3~4 ; 4) 稱量一定量KH-570均勻分散在一定量的無水己醇后，緩慢加入至步驟3)的懸濁液 中，升溫至60°C反應(yīng)24h，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用無水己醇和去離子水反復(fù)洗漆至中 性，最后在冷凍干燥機中干燥得到KCF; (2) 將KCF和EVA在密煉機于溫度120°C、轉(zhuǎn)速50巧m/min條件下均勻混煉5min; (3) 隨后將發(fā)泡劑（AC)、交聯(lián)劑值CP)、硬脂酸（St)、硬脂酸鋒狂nSt)和助發(fā)泡劑 狂nO)加入至密煉機內(nèi)腔中，于溫度120°C、轉(zhuǎn)速25巧m/min條件下繼續(xù)混煉15min得到 混合物； (4) 將步驟（3)所得混合物迅速轉(zhuǎn)移至開放式雙漉混煉機上，壓制成厚度1~3mm的薄 片，再進一步裁成10cmX10cm正方形片材； (5) 提前將平板硫化機預(yù)熱至185~195°C，均勻噴涂上脫模劑，等待水汽蒸發(fā)； (6) 將步驟（4)所得片材置于模具中，再將模具放入平板硫化機中于壓力10MPa、溫度 185~195°C條件下，進行交聯(lián)發(fā)泡，發(fā)泡時間為lOmin，隨后成型出片，室溫下冷卻得到化學(xué) 接枝碳纖維/EVA復(fù)合泡沫材料。 本發(fā)明的有益效果在于： (1) 為了解決碳纖維與樹脂基體之前的界面結(jié)合問題，本發(fā)明先采用H2SO4/HNO3混合 酸對碳纖維進行液相氧化處理制成氧化碳纖維（0CF)，使得碳纖維表面含氧官能團的種類 和含量提升，再利用KH-570作為接枝單體對其進行表面修飾得到KH-570接枝改性碳纖維 化CF)，改善了碳纖維與樹脂基體之間的界面問題，拓寬了其應(yīng)用； (2) 本發(fā)明將化學(xué)接枝碳纖維與EVA復(fù)合，制得泡沫材料，該泡沫材料兼具了碳纖維與 EVA的優(yōu)點，相比于傳統(tǒng)EVA泡沫材料，本發(fā)明的泡沫材料的密度降低6. 0%~24. 1%，同時又 具備更高的強度，拉伸強度升高了 12. 3%~52. 6%，斷裂伸長率升高13. 1%~44. 9%;性能非常 優(yōu)異。
【附圖說明】
[000引 圖1為CF(a)、0CF(b)、KCF(C)的紅外吸收譜圖； 圖2 (a)為CF的拉曼譜圖； 圖2 (b)為OCF的拉曼譜圖； 圖2(C)為KCF的拉曼譜圖； 圖3為純EVA復(fù)合泡沫材料W及添加不同含量KCF時EVA復(fù)合泡沫材料的比重變化曲 線； 圖4為純EVA復(fù)合泡沫材料W及添加不同含量KCF時EVA復(fù)合泡沫材料的拉伸強度變 化曲線； 圖5為純EVA復(fù)合泡沫材料W及添加不同含量KCF時EVA復(fù)合泡沫材料的斷裂伸長率 變化曲線。
【具體實施方式】
[0009] 為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明所述的 技術(shù)方案做進一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。本發(fā)明通過W下實施例作進一步闡述。
[0010] 實施例1 (1) 化學(xué)接枝碳纖維的制備： 1) 將3gCF在丙酬中浸泡24h除去其表面漿層膠質(zhì)，隨后用去離子水反復(fù)洗漆多次， 于80°C鼓風(fēng)干燥箱24h，得到去膠CF，備用； 2) 于圓底燒瓶中加入去膠CF和體積比為3:1的濃H2SO4/濃HN03混合酸lOOmL，將燒 瓶置于80°C油浴中攬拌反應(yīng)5h，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水洗漆至抑=6,最后 在冷凍干燥機中干燥得到氧化碳纖維（0C巧； 3) 于圓底燒瓶中加入0CF和200mL的無水己醇，將其置于功率100W超聲波清洗器中超 聲分散30min后得到0CF懸濁液，隨后加入5血肥1將抑調(diào)節(jié)至3;稱量3gKH-570均勻分 散在100mL無水己醇后緩慢加入上述懸濁液，將體系升溫至60°C反應(yīng)24h，待反應(yīng)結(jié)束后 冷卻至室溫，用無水己醇和去離子水反復(fù)洗漆至中性，最后在冷凍干燥機中干燥得到KCF; (2) 將3gKCF和300gEVA在密煉機于溫度120°C、轉(zhuǎn)速50巧m/min條件下均勻混煉 5min; (3) 隨后將7. 5g發(fā)泡劑（AC)、2. 7g交聯(lián)劑值CP)、1. 2g硬脂酸（St)、1. 8g硬脂酸鋒 狂nSt)、2.Ig助發(fā)泡劑狂nO)加入至密煉機內(nèi)腔中于溫度120°C、轉(zhuǎn)速25巧m/min條件下 繼續(xù)混煉15min得到混合物； (4) 將步驟（3)所得混合物迅速轉(zhuǎn)移至開放式雙漉混煉機上，壓制成厚度1~3mm的薄 片，再進一步裁成10cmX10cm正方形片材； (5) 提前將平板硫化機預(yù)熱至185°C，均勻噴涂上脫模劑，等待水汽蒸發(fā)； (6) 將步驟（4)所得片材置于模具中，再將模具放入平板硫化機中于壓力10MPa、溫度 185°C條件下進行交聯(lián)發(fā)泡，發(fā)泡時間為lOmin，隨后成型出片，室溫下冷卻得到化學(xué)接枝碳 纖維/EVA復(fù)合泡沫材料（標(biāo)記為1#)。
[0011] 實施例2 (1)化學(xué)接枝碳纖維的制備： 1) 將6gCF在丙酬中浸泡24h除去其表面漿層膠質(zhì)，隨后用去離子水反復(fù)洗漆多次， 于80°C鼓風(fēng)干燥箱24h，得到去膠CF，備用； 2) 于圓底燒瓶中加入去膠CF和體積比為3:1的濃H2SO4/濃HN03混合酸lOOmL，將燒 瓶置于80°C油浴中攬拌反應(yīng)5h，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水洗漆至抑=7,最后 在冷凍干燥機中干燥得到氧化碳纖維（0C巧； 3)于圓底燒瓶中加入OCF和200mL無水己醇，將其置于功率100W超聲波清洗器中超聲 分散30min后得到OCF懸濁液，隨后加入5mL肥1將抑調(diào)節(jié)至3 ;稱量6gKH-570均勻分 散在100血無水己醇后，緩慢加入至懸濁液，將體系升溫至60°C反應(yīng)24h，待反應(yīng)結(jié)束后 冷卻至室溫，用無水己醇和去離子水反復(fù)洗漆至中性，最后在冷凍干燥機中干燥得到KCF; (2) 將6gKCF和300gEVA在密煉機于溫度120°C、轉(zhuǎn)速50巧m/min條件下均勻混煉 5min； (3) 隨后將7. 5g發(fā)泡劑（AC)、2. 7g交聯(lián)劑值CP)、1. 2g硬脂酸（St)、1.8g硬脂酸鋒 狂nSt)、2.Ig助發(fā)泡劑狂nO)加入至密煉機內(nèi)腔中于溫度120°C、轉(zhuǎn)速25巧m/min條件下 繼續(xù)混煉15min得到混合物； (4) 將步驟（3)所得混合物迅速轉(zhuǎn)移至開放式雙漉混煉機上，壓制成厚度1~3mm的薄 片，再進一步裁成10cmX10cm正方形片材； (5) 提前將平板硫化機預(yù)熱至195C，均勻噴涂上脫模劑，等待水汽蒸發(fā)； (6) 將步驟（4)所得片材置于模具中，再將模具放入硫化機中于壓力10MPa、溫度 195°C條件下進行交聯(lián)發(fā)泡，發(fā)泡時間為lOmin，隨后成型出片，室溫下冷卻得到化學(xué)接枝碳 纖維/EVA復(fù)合泡沫材料（標(biāo)記為2#)。
[001引 實施例3 (1) 化學(xué)接枝碳纖維的制備： 1) 將9gCF在丙酬中浸泡24h除去其表面漿層膠質(zhì)，隨后用去離子水反復(fù)洗漆多次， 于80°C鼓風(fēng)干燥箱24h，得到去膠CF，備用； 2) 于圓底燒瓶中加入去膠CF和體積比為3:1的濃H2SO4/濃HN03混合酸100血，將燒 瓶置于80°C油浴中攬拌反應(yīng)5h，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水洗漆至pH7,最后 在冷凍干燥機中干燥得到氧化碳纖維（0C巧； 3) 于圓底燒瓶中加入0CF和200mL的無水己醇，將其置于功率100W超聲波清洗器中超 聲分散30min后得到0CF懸濁液，隨后加入5血肥1將抑調(diào)節(jié)至3 ;稱量9gKH-570均勻 分散在100血無水己醇后，緩慢加入至上述懸濁液中，將體系升溫至60°C反應(yīng)24h，待反 應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用無水己醇和去離子水反復(fù)洗漆至中性，最后在冷凍干燥機中干燥 得到KCF; (2) 將9gKCF和300gEVA在密煉機于溫度120°C、轉(zhuǎn)速50巧m/min條件下均勻混煉 5min; (3) 隨后將7. 5g發(fā)泡劑（AC)、2. 7g交聯(lián)劑值CP)、1. 2g硬脂酸（St)、1. 8g硬脂酸鋒 狂nSt)、2.Ig助發(fā)泡劑狂nO)加入至密煉機內(nèi)腔中于溫度120°C、轉(zhuǎn)速25巧m/min條件下 繼續(xù)混煉15min得到混合物； (4) 將步驟（3)所得混合物迅速轉(zhuǎn)移至開放式雙漉混煉機上壓制成厚度1~3mm的薄片， 再進一步