一種高填充量碳纖維增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聚帰姪改性技術(shù)領(lǐng)域與回收碳纖維,碳纖維亂絲W及短切碳纖維綜合 利用領(lǐng)域,具體涉及一種高填充量碳纖維增強(qiáng)聚帰姪復(fù)合材料及制品配方和制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維是上個(gè)世紀(jì)60年代發(fā)明的新一代增強(qiáng)纖維,具有強(qiáng)度高、模量大、質(zhì)量輕 等眾多優(yōu)點(diǎn),在復(fù)合材料領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料主要W長(zhǎng) 纖維即連續(xù)纖維為增強(qiáng)體并且W熱固性塑料為基體材料。但是送種復(fù)合材料的生產(chǎn)效率 低,生產(chǎn)成本高,難W制備形狀復(fù)雜的制件。隨著碳纖維熱固性復(fù)合材料越來(lái)越廣泛的應(yīng) 用,其生產(chǎn)過(guò)程中剩余的短切碳纖維和碳纖維亂絲也越來(lái)越多。同時(shí),隨著碳纖維回收技術(shù) 的突飛猛進(jìn),大部分復(fù)合材料內(nèi)部的碳纖維可W被回收。使用送些回收碳纖維,碳纖維亂絲 W及短切碳纖維來(lái)重新制作熱塑性復(fù)合材料,不僅生產(chǎn)成本較低、加工方式靈活,而且能夠 有效利用廢棄資源,具有節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)。因此,對(duì)碳纖維增強(qiáng)聚帰姪復(fù)合材料進(jìn)行研究, 不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益,還具有良好的社會(huì)效益。
[0003] 制備碳纖維增強(qiáng)聚帰姪復(fù)合材料時(shí),當(dāng)碳纖維填充量較低時(shí),復(fù)合材料的力學(xué)性 能尤其是模量的提高并不明顯,獲得的制件很難滿足苛刻環(huán)境下的使用要求;只有當(dāng)碳纖 維填充量較高時(shí),才能夠獲得高強(qiáng)度高模量的復(fù)合材料。然而,由于常用的增強(qiáng)碳纖維,例 如回收碳纖維,碳纖維亂絲,短切碳纖維等非常蓬松,采用傳統(tǒng)的擠出機(jī)來(lái)進(jìn)行烙融共混 時(shí),碳纖維很難下料,導(dǎo)致無(wú)法獲得高填充量的碳纖維增強(qiáng)聚帰姪復(fù)合材料,特別是鮮有碳 纖維填充量高于50%的碳纖維增強(qiáng)聚帰姪復(fù)合材料的報(bào)道。
[0004] 綜上所述,本領(lǐng)域尚缺乏一種碳纖維填充量較高,特別是高于50%的碳纖維增強(qiáng) 聚帰姪復(fù)合材料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維填充量較高,特別是高于50%的碳纖維增強(qiáng)聚帰 姪復(fù)合材料。
[0006] 本發(fā)明的第一方面,提供了一種高填充量碳纖維增強(qiáng)聚帰姪復(fù)合材料,所述的復(fù) 合材料含有W下組分:25-65份聚帰姪、30-70份碳纖維、1-15份相容劑,和0. 5-5份加工助 劑。
[0007] 在另一優(yōu)選例中,所述的復(fù)合材料含有30-60份聚帰姪。
[0008] 在另一優(yōu)選例中,所述的復(fù)合材料含有40-65份碳纖維。
[0009] 在另一優(yōu)選例中,所述的復(fù)合材料含有2-10份相容劑。
[0010] 在另一優(yōu)選例中,所述的復(fù)合材料含有0. 8-2份加工助劑。
[0011] 在另一優(yōu)選例中,所述的復(fù)合材料中,所述碳纖維的含量高于50%,較佳地高于 60%,更佳地高于70%,W復(fù)合材料的總質(zhì)量計(jì)。
[0012] 在另一優(yōu)選例中,所述的碳纖維是用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面上漿處理的碳纖維。
[0013] 在另一優(yōu)選例中,所述的復(fù)合材料含有2-8份相容劑。
[0014] 在另一優(yōu)選例中,所述的復(fù)合材料中,碳纖維與聚帰姪之間的界面上無(wú)空隙和缺 陷,或基本不含有空隙和缺陷。其中,所述的基本不含有指無(wú)肉眼可觀察到的空隙和缺陷。
[0015] 在另一優(yōu)選例中,所述的碳纖維選自下組;未處理的碳纖維、經(jīng)過(guò)氧化處理的碳纖 維、用環(huán)氧樹(shù)脂上漿處理的碳纖維,或其組合。
[0016] 在另一優(yōu)選例中,所述的氧化處理是將所述的碳纖維在馬弗爐中加熱處理 25-50min;較佳地,所述的加熱溫度為300-60(TC。
[0017] 在另一優(yōu)選例中,所述的環(huán)氧樹(shù)脂處理指用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)碳纖維表面進(jìn)行上漿處 理。
[0018] 在另一優(yōu)選例中,所述的環(huán)氧樹(shù)脂處理過(guò)程中,所述環(huán)氧樹(shù)脂與所述碳纖維的重 量比為 0. 001-10 ;30-70。
[0019] 在另一優(yōu)選例中,所述的聚帰姪的烙融指數(shù)為5g/10min-200g/10min,較佳地為 20g/10min-50g/10min。
[0020] 在另一優(yōu)選例中,所述的聚帰姪選自下組;聚丙帰、聚己帰,或其共混物W及符合 上述烙融指數(shù)范圍的其他聚帰姪和聚帰姪共混物。
[0021] 在另一優(yōu)選例中,所述的碳纖維的長(zhǎng)度為2-lOOmm。
[0022] 在另一優(yōu)選例中,所述的碳纖維選自下組;回收碳纖維,碳纖維亂絲,短切碳纖維, 或其組合。
[0023] 在另一優(yōu)選例中,所述的相容劑選自下組;馬來(lái)酸酢接枝聚帰姪、馬來(lái)酸酢接枝 EPDM(H元己丙橡膠)、馬來(lái)酸酢接枝POE(己帰辛帰共聚物)、己帰-醋酸己帰共聚物,或其 組合;和/或
[0024] 所述的環(huán)氧樹(shù)脂選自下組;雙酪A型環(huán)氧樹(shù)脂、酪醒線型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酪S環(huán)氧樹(shù) 月旨,或其組合;和/或
[0025] 所述的加工助劑選自下組;抗氧劑、潤(rùn)滑劑,或其組合。
[0026] 在另一優(yōu)選例中,所述的馬來(lái)酸酢接枝聚帰姪選自下組;馬來(lái)酸酢接枝聚丙帰、馬 來(lái)酸酢接枝聚己帰。
[0027] 在另一優(yōu)選例中,所述的加工助劑包括選自下組的助劑組合;抗氧劑、潤(rùn)滑劑。
[0028] 在另一優(yōu)選例中,所述的聚帰姪的烙融指數(shù)為5g/10min-200g/10min。
[0029] 在另一優(yōu)選例中,所述的聚帰姪的烙融指數(shù)為20g/10min-50g/10min。
[0030] 在另一優(yōu)選例中,所述復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為> 40MPa,較佳地為> 50MPa,更佳 地為> 70MPa,最佳地為> 90MPa〇
[0031] 在另一優(yōu)選例中,所述復(fù)合材料的拉伸模量為> 5000MPa,較佳地為>lOOOOMPa, 更佳地為> 12000MPa,最佳地為> 13000MPa〇
[0032] 在另一優(yōu)選例中,所述復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為> 60MPa,較佳地為> 80MPa,更佳 地為>lOOMPa,最佳地為> 120MPa〇
[0033] 在另一優(yōu)選例中,所述復(fù)合材料的彎曲模量為>lOOOOMPa,較佳地為 > 12000MPa,更佳地為 > 13000MPa,最佳地為 >HOOOMPa。
[0034] 在另一優(yōu)選例中,所述復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度為> 4. 5KJ/m2,較佳地為> 5KJ/m2,更 佳地為> 5. 5KJ/m2,最佳地為> 服1/1112。
[0035] 本發(fā)明的第二方面,提供了一種如本發(fā)明第一方面任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料的制備 方法,包括步驟;將如下所述的各物料進(jìn)行烙融共混,得到所述的復(fù)合材料:25-65份聚帰 姪、30-70份碳纖維、1-15份相容劑,和0. 5-5份加工助劑。
[0036] 在另一優(yōu)選例中,所述的聚帰姪的烙融指數(shù)為5g/10min-200g/10min。
[0037] 在另一優(yōu)選例中,所述的聚帰姪的烙融指數(shù)為20g/10min-50g/10min。
[0038] 在另一優(yōu)選例中,所述的聚帰姪選自下組;聚丙帰、聚己帰,或其共混物W及符合 上述烙融指數(shù)范圍的其他聚帰姪和聚帰姪共混物。
[0039] 在另一優(yōu)選例中,所述的碳纖維的長(zhǎng)度為2-lOOmm。
[0040] 在另一優(yōu)選例中,所述的碳纖維選自下組;回收碳纖維,碳纖維亂絲,短切碳纖維, 或其組合。
[0041] 在另一優(yōu)選例中,所述的相容劑選自下組;馬來(lái)酸酢接枝聚帰姪、馬來(lái)酸酢接枝 EPDM(H元己丙橡膠)、馬來(lái)酸酢接枝POE(己帰辛帰共聚物)、己帰-醋酸己帰共聚物,或其 組合。
[0042] 在另一優(yōu)選例中,所述的環(huán)氧樹(shù)脂選自下組:雙酪A型環(huán)氧樹(shù)脂、酪醒線型環(huán)氧樹(shù) 月旨、雙酪S環(huán)氧樹(shù)脂,或其組合。
[0043] 在另一優(yōu)選例中,所述的馬來(lái)酸酢接枝聚帰姪選自下組;馬來(lái)酸酢接枝聚丙帰、馬 來(lái)酸酢接枝聚己帰。
[0044] 在另一優(yōu)選例中,所述的加工助劑選自下組;抗氧劑、潤(rùn)滑劑,或其組合。
[0045] 在另一優(yōu)選例中,所述的混合包括;將除碳纖維之外的其他各原料進(jìn)行預(yù)共混,形 成第一共混物后,再與碳纖維用高速共混系統(tǒng)進(jìn)行烙融共混,得到所述的復(fù)合材料。
[0046] 在另一優(yōu)選例中,所述的烙融共混在轉(zhuǎn)速為2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘下進(jìn)行。
[0047] 在另一優(yōu)選例中,所述的高速共混系統(tǒng)的烙融共混是指在所述混合過(guò)程中,設(shè)備 自身不對(duì)所述的物料進(jìn)行加熱。
[0048] 在另一優(yōu)選例中,所述的混合過(guò)程中,通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中物料之間摩擦所產(chǎn)生 的熱量使所述物料的溫度升高。
[0049] 在另一優(yōu)選例中,所述的混合過(guò)程中,通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中物料之間摩擦所產(chǎn)生 的熱量使所述聚帰姪烙融。
[0050] 在另一優(yōu)選例中,待溫度升至設(shè)定溫度后出料;較佳地,所述的設(shè)定溫度為 180-25(TC。
[0051] 在另一優(yōu)選例中,所述的烙融共混結(jié)束后,對(duì)所述的共混料進(jìn)行造粒,得到高填充 量碳纖維增強(qiáng)聚帰姪復(fù)合材料粒料。
[0052] 在另一優(yōu)選例中,所述方法包括;所述的混合先采用高速混合機(jī)將除碳纖維之外 的其他原料進(jìn)行預(yù)共混,形成第一共混物,然后用高