一種力學(xué)性能優(yōu)異的pc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，具體地說是一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]聚碳酸酯(PC)作為一種性能良好、用途廣泛的工程塑料，也存在一些缺陷，如加工性能較差，易應(yīng)力開裂，缺口沖擊和低溫韌性差等，從而大大地限制其應(yīng)用。
[0003]碳纖維是纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，它是利用各種有機(jī)纖維在惰性氣體中、高溫狀態(tài)下碳化而制得。碳纖維具有十分優(yōu)異的力學(xué)性能，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強(qiáng)度和最高的比模量的纖維，特別是在2000°C以上的高溫惰性環(huán)境中，碳材料是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)，是其他主要結(jié)構(gòu)材料(金屬及其合金)所無法比擬的。除了優(yōu)異的力學(xué)性能外，碳纖維還兼具其他多種優(yōu)良性能，如低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱傳導(dǎo)性高、熱膨脹系數(shù)低、光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。但未經(jīng)表面處理的碳纖維表面惰性大，缺乏具有化學(xué)活性的官能團(tuán)，與基體的黏結(jié)性差，界面中存在較多的缺陷，限制了碳纖維高性能的發(fā)揮。因此，國內(nèi)外對碳纖維的表面改性研究非?；钴S。碳纖維的表面改性主要通過提高碳纖維表面活性，強(qiáng)化碳纖維與基體樹脂之間界面性能，達(dá)到提高復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度的目的。
[0004]將碳纖維表面改性增強(qiáng)PC復(fù)合材料，可得到一種具備高強(qiáng)度、高彈性、高剛度和高異電性等優(yōu)點(diǎn)的新型材料，并且大大地提高PC的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能等，具有巨大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維增強(qiáng)的力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為=PC樹脂50%?80%、玻璃纖維10%?20%、碳纖維4%?8%、相容劑2%?4%、TAF 0.1%?1%、抗氧劑0.1%?1%、潤滑劑0.1%?1%。
[0007]所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/mol。
[0008]所述的玻璃纖維為直徑在8?12 μ m、長度為3?6mm的無堿短切玻璃纖維,其表面經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理過。
[0009]所述的碳纖維為表面經(jīng)過氣液雙效氧化處理的碳纖維，其處理方法為:將碳纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%?70%的硝酸溶液，在75°C?90°C下浸潰處理10?60分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經(jīng)干燥后置于反應(yīng)釜中，并采用濃度為0.5?15mg/L的臭氧連續(xù)導(dǎo)入碳纖維表面,在400°C?450°C下氧化5?10分鐘,然后暴露在空氣中冷卻30?60分鐘，再經(jīng)干燥后得到的碳纖維。
[0010]所述的相容劑為聚甲基丙烯酸甲酯接枝馬來酸酐(PMMA-g-MAH)。
[0011]所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質(zhì)量1:4比例的復(fù)配物。
[0012]所述的潤滑劑為季戊四醇硬脂酸酯(PETS )。
[0013]上述的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)、將PC樹脂在鼓風(fēng)干燥機(jī)中于110°C?130°C溫度下干燥3?4小時(shí)，待用；
(2)、碳纖維表面處理:將碳纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%?70%的硝酸溶液,在75°C?90°C下浸潰處理10?60分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經(jīng)干燥后置于反應(yīng)釜中，并采用濃度為0.5?15mg/L的臭氧連續(xù)導(dǎo)入碳纖維表面，在400°C?450°C下氧化5?10分鐘，然后暴露在空氣中冷卻30?60分鐘，再經(jīng)干燥后待用；
(3)、按重量配比稱取干燥的PC樹脂、玻璃纖維和步驟(2)得到的表面處理后的碳纖維，加入高速混合機(jī)，攪拌3?10分鐘，然后加入按重量配比稱取的相容劑、TAF、抗氧劑、潤滑劑，繼續(xù)混合5?30分鐘，使充分混合均勻后出料；
(4)、將步驟(3)的混合料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在240°C?260°C下經(jīng)熔融混煉擠出、冷卻造粒，即得本發(fā)明的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用玻璃纖維和表面經(jīng)過氣液雙效氧化處理的碳纖維共混改性PC復(fù)合材料，具有改性效果好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，而且所制得的PC復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高模量、高彈性、高光澤和良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱及熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子、航天航空、軍事、建筑等行業(yè)應(yīng)用具有巨大潛力。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0016]實(shí)施例1:
一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:PC樹脂74%、玻璃纖維15%、碳纖維6%、聚甲基丙烯酸甲酯接枝馬來酸酐(PMMA-g-MAH) 3%、TAF 0.8%、受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質(zhì)量1:4比例的復(fù)配物0.5%、季戊四醇硬脂酸酯(PETS) 0.7%。其中，所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/moL.所述的玻璃纖維為直徑在8?12 μ m、長度為3?6mm的無堿短切玻璃纖維，其表面經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理過。所述的碳纖維為表面經(jīng)過氣液雙效氧化處理的碳纖維，其處理方法為:將碳纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%?70%的硝酸溶液,在75°C?90°C下浸潰處理10?60分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經(jīng)干燥后置于反應(yīng)釜中，并采用濃度為0.5?15mg/L的臭氧連續(xù)導(dǎo)入碳纖維表面，在400°C?450°C下氧化5?10分鐘，然后暴露在空氣中冷卻30?60分鐘，再經(jīng)干燥后得到的碳纖維。
[0017]制備方法:(I)、將PC樹脂在鼓風(fēng)干燥機(jī)中于110°C?130°C溫度下干燥3?4小時(shí)，待用；(2)、碳纖維表面處理:將碳纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%?70%的硝酸溶液,在75°C?90°C下浸潰處理10?60分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經(jīng)干燥后置于反應(yīng)釜中，并采用濃度為0.5?15mg/L的臭氧連續(xù)導(dǎo)入碳纖維表面,在400°C?450°C下氧化5?10分鐘，然后暴露在空氣中冷卻30?60分鐘，再經(jīng)干燥后待用；(3)、按重量配比稱取干燥的PC樹脂、玻璃纖維和步驟(2)得到的表面處理后的碳纖維，加入高速混合機(jī)，攪拌3?10分鐘，然后加入按重量配比稱取的聚甲基丙烯酸甲酯接枝馬來酸酐(PMMA-g-MAH)、TAF、受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質(zhì)量1:1比例的復(fù)配物、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)，繼續(xù)混合5?30分鐘，使充分混合均勻后出料；(4)、將步驟(3)的混合料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在240°C?260°C下經(jīng)熔融混煉擠出、冷卻造粒，即得本發(fā)明的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料。
[0018]實(shí)施例2:
一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:PC樹脂67%、玻璃纖維20%、碳纖維8%、聚甲基丙烯酸甲酯接枝馬來酸酐(PMMA-g-MAH) 3.5%、TAF 0.5%、受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質(zhì)量1:4比例的復(fù)配物0.5%、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)0.5%。其中，所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/moL.所述的玻璃纖維為直徑在8?12 μ m、長度為3?6mm的無堿短切玻璃纖維，其表面經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理過。所述的碳纖維為表面經(jīng)過氣液雙效氧化處理的碳纖維，其處理方法為:將碳纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%?70%的硝酸溶液,在75°C?90°C下浸潰處理10?60分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經(jīng)干燥后置于反應(yīng)釜中，并采用濃度為0.5?15mg/L的臭氧連續(xù)導(dǎo)入碳纖維表面，在400°C?450°C下氧化5?10分鐘，然后暴露在空氣中冷卻30?60分鐘，再經(jīng)干燥后得到的碳纖維。
[0019]制備方法同實(shí)施例1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其特征在于，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:PC樹脂50%?80%、玻璃纖維10%?20%、碳纖維4%?8%、相容劑2%?4%、TAF 0.1%?1%、抗氧劑0.1%?1%、潤滑劑0.1%?1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其特征在于，所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/mol。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其特征在于，所述的玻璃纖維為直徑在8?12 μ m、長度為3?6_的無堿短切玻璃纖維，其表面經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理過。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其特征在于，所述的碳纖維為表面經(jīng)過氣液雙效氧化處理的碳纖維，其處理方法為:將碳纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%?70%的硝酸溶液，在75°C?90°C下浸潰處理10?60分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經(jīng)干燥后置于反應(yīng)釜中，并采用濃度為0.5?15mg/L的臭氧連續(xù)導(dǎo)入碳纖維表面，在400°C?450°C下氧化5?10分鐘，然后暴露在空氣中冷卻30?60分鐘，再經(jīng)干燥后得到的碳纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其特征在于，所述的相容齊U為聚甲基丙烯酸甲酯接枝馬來酸酐(PMMA-g-MAH)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其特征在于，所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質(zhì)量1:4比例的復(fù)配物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其特征在于，所述的潤滑劑為季戊四醇硬脂酸酯(PETS)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、將PC樹脂在鼓風(fēng)干燥機(jī)中于110°C?130°C溫度下干燥3?4小時(shí)，待用； (2)、碳纖維表面處理:將碳纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%?70%的硝酸溶液,在75°C?90°C下浸潰處理10?60分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經(jīng)干燥后置于反應(yīng)釜中，并采用濃度為0.5?15mg/L的臭氧連續(xù)導(dǎo)入碳纖維表面，在400°C?450°C下氧化5?10分鐘，然后暴露在空氣中冷卻30?60分鐘，再經(jīng)干燥后待用； (3)、按重量配比稱取干燥的PC樹脂、玻璃纖維和步驟(2)得到的表面處理后的碳纖維，加入高速混合機(jī)，攪拌3?10分鐘，然后加入按重量配比稱取的相容劑、TAF、抗氧劑、潤滑劑，繼續(xù)混合5?30分鐘，使充分混合均勻后出料； (4)、將步驟(3)的混合料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在240°C?260°C下經(jīng)熔融混煉擠出、冷卻造粒，即得本發(fā)明的一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種力學(xué)性能優(yōu)異的PC復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為：PC樹脂50%～80%、玻璃纖維10%～20%、碳纖維4%～8%、相容劑2%～4%、TAF0.1%～1%、抗氧劑0.1%～1%、潤滑劑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)明采用玻璃纖維和表面經(jīng)過氣液雙效氧化處理的碳纖維共混改性PC復(fù)合材料，具有改性效果好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，而且所制得的PC復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高模量、高彈性、高光澤和良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱及熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子、航天航空、軍事、建筑等行業(yè)應(yīng)用具有巨大潛力。
【IPC分類】C08J5-06, C08K7-06, C08K9-06, C08L69-00, C08K7-14, C08J5-08, C08K9-02, C08K13-06
【公開號】CN104672851
【申請?zhí)枴緾N201310630548
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】青島佳億陽工貿(mào)有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年12月2日