一種高性能碳纖維增強(qiáng)聚合物合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子改性技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高性能碳纖維增強(qiáng)聚合物合金及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于強(qiáng)度在一定的程度上限制了聚合物的應(yīng)用，所以近年來通過纖維來增強(qiáng)聚合 物合金的應(yīng)用越來越廣泛。尤其是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，由于碳纖維的模量是玻璃纖維的 3~5倍，具有導(dǎo)電的特性等使得碳纖維增強(qiáng)材料具有高強(qiáng)高剛性能以及優(yōu)異的電性能，但 是碳纖維增強(qiáng)聚合物合金的韌性下降極其嚴(yán)重，限制了碳纖維增強(qiáng)聚合物合金的應(yīng)用，因 此，碳纖維增強(qiáng)聚合物韌性的改善成為頗需解決的問題。此外，碳纖維由于具有一定的導(dǎo)電 性，使得其聚合物合金具有一定的電磁屏蔽和導(dǎo)電性能相關(guān)的性能，但是由于碳纖在聚合 物基體中分布不均導(dǎo)致其導(dǎo)電性較差。
[0003] 目前，增韌碳纖維增強(qiáng)聚合物合金的主要方法為添加增韌劑，增韌劑主要為丙烯 酸酯類和彈性體等，其中丙烯酸酯類主要為MBS。但是這些增韌劑的增韌效果并不理想，因 此有必要開發(fā)出一種韌性保持較好的碳纖維增強(qiáng)聚合物合金的制備方法，同時(shí)具有較好的 導(dǎo)電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高性能碳纖維增強(qiáng)聚合物合金 及其制備方法，所述制備方法主要是將基體樹脂、特殊種類增韌劑和經(jīng)過等離子體處理連 續(xù)碳纖維通過螺桿擠出來制備一種高強(qiáng)度高韌性高導(dǎo)電性能的碳纖維增強(qiáng)聚合物合金。該 高性能碳纖維增強(qiáng)聚合物的制備方法主要通過對碳纖維進(jìn)行等離子體處理，通過等離子體 處理可增加纖維表面的粗糙度和提高碳纖維表面的極性基團(tuán)（如羥基等），可明顯提高碳 纖維和增韌劑、聚合物的潤濕性，通過添加偶聯(lián)劑進(jìn)一步提高纖維和聚合物的粘結(jié)強(qiáng)度，從 而大大提高碳纖維增強(qiáng)材料的韌性以及導(dǎo)電性。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] 第一方面，本發(fā)明提供一種高性能碳纖維增強(qiáng)聚合物合金，所述合金包括以下組 分和重量份：
[0007] 基體樹脂 40~95份， 等離子體處理碳纖維 5~50份， 增韌劑 1~10份 偶聯(lián)劑 0. 1~5份， 抗氧劑 0. 1~1份， 潤滑劑 0. 1~1份；
[0008] 所述等離子體處理碳纖維為直徑為5~15 y m的未上漿的連續(xù)碳纖經(jīng)過等離子體 處理所得。
[0009] 優(yōu)選地，所述未上漿的連續(xù)碳纖經(jīng)等離子體處理后失重率為0. 1~1. 0%。
[0010] 優(yōu)選地，所述未上漿的連續(xù)碳纖經(jīng)等離子體處理后在空氣中停留1~5min后直接 導(dǎo)入雙螺桿擠出機(jī)制備所述高性能碳纖增強(qiáng)聚合物合金；
[0011] 所述等離子處理具體指在反應(yīng)性氣體氣氛為氧氣、氮?dú)饣蛘甙睔獾确磻?yīng)性氣體， 通過調(diào)整等離子體反應(yīng)器的放電功率和等離子體反應(yīng)器中的氣壓來調(diào)節(jié)碳纖維被刻蝕后 損失的重量分?jǐn)?shù)，使刻蝕的重量分?jǐn)?shù)保持在0. 1~1. 〇%，然后讓處理好的長絲在空氣中停 留1~5min后直接導(dǎo)入雙螺桿擠出機(jī)；為避免碳纖過度刻蝕損壞材料的性能，碳纖的失重 率為0. 1~1. 0% ;通過失重率來調(diào)控等離子體反應(yīng)器中的脈沖、兩級電壓和處理時(shí)間等參 數(shù)。
[0012] 優(yōu)選地，所述基體樹脂包括雙酚A型聚碳酸酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二 甲酸乙二醇酯、聚酰胺、ABS樹脂中的一種或兩種及兩種以上混合物。
[0013] 優(yōu)選地，所述增韌劑為非交聯(lián)的增韌劑，包括非交聯(lián)非反應(yīng)性增韌劑或非交聯(lián)反 應(yīng)性增韌劑；所述非交聯(lián)非反應(yīng)性增韌劑包括EMA、EBA、EPDM或熱塑性苯乙烯彈性體；所述 非交聯(lián)反應(yīng)性增韌劑包括EMA-g-MAH、EMA-g-GMA、EBA-g-MAH、EBA-g-GMA或熱塑性苯乙烯 彈性體接枝活性官能團(tuán)。
[0014]優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑主要是硅烷類偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑的通式為RSiX3,式中R代 表氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基團(tuán)；硅烷偶聯(lián)劑實(shí)質(zhì)上是一類具 有有機(jī)官能團(tuán)的硅烷，在其分子中同時(shí)具有能和無機(jī)質(zhì)材料（如玻璃、硅砂、金屬等）化學(xué) 結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料（合成樹脂等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)；這些基團(tuán)和不同的 基體樹脂均具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力，X代表能夠水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）。
[0015] 優(yōu)選地，所述抗氧劑為抗氧劑245、抗氧劑168、抗氧劑1010、抗氧劑PEP-8T、S9228 中的一種或多種。
[0016] 優(yōu)選地，所述潤滑劑為液體石蠟、固體石蠟、硅烷聚合物、脂肪酸鹽、硬脂酸酰胺、 硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、甲撐雙硬脂酸酰胺或N，N-乙撐雙硬脂酸酰胺或季戊四醇硬脂酸中的 一種或多種。
[0017] 第二方面，本發(fā)明提供一種所述高性能碳纖維增強(qiáng)聚合物合金的制備方法，具體 包括以下步驟：
[0018] 步驟一、按照以下組分及重量份備料：基體樹脂40~95份、等離子體處理碳纖維 5~50份、增韌劑1~10份，偶聯(lián)劑0. 1~5份、抗氧劑0. 1~1份，潤滑劑0. 1~1份；
[0019] 步驟二、將所述基體樹脂、偶聯(lián)劑、增韌劑以及抗氧劑和潤滑劑依次加入混合攪拌 機(jī)中，充分混合后，導(dǎo)出，再置于雙螺桿擠出機(jī)中；等離子體處理碳纖維待基體樹脂完全塑 化后由后段側(cè)喂加入，控制雙螺桿擠出機(jī)的溫度為240~380°C，轉(zhuǎn)速為300~1000r/min， 擠出造粒，即得所述高性能碳纖維增強(qiáng)聚合物合金。
[0020] 優(yōu)選地，所述雙螺桿擠出機(jī)的螺桿為同向雙螺桿，所述向雙螺桿的長徑比>30 ;所 述雙螺桿擠出機(jī)所用螺桿后端剪切盡量較弱，主要為分配作用元件組合。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0022] 1、使用的碳纖為未上漿的連續(xù)碳纖維，可以節(jié)省上漿和短切的工藝成本；
[0023] 2、通過對碳纖進(jìn)行等離子體處理，可以提高碳纖維表面的粗糙度和活性基團(tuán)，從 而增加玻璃纖維增韌劑對碳纖的潤濕性以及在聚合物中的分散性，從而提高材料的導(dǎo)電等 電性能；
[0024] 3、通過偶聯(lián)劑的使用進(jìn)一步提高增韌劑對纖維的潤濕性以及纖維和聚合物的粘 結(jié)性能，在提高碳纖增強(qiáng)聚合物的強(qiáng)度時(shí)同時(shí)極大地提高碳纖增強(qiáng)聚合物合金材料的韌 性。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明