CN103554904A - 回收碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及回收碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，称取5-40份的回收碳纤维加入到高混机中，然后加入0.1-3份的表面处理剂对回收碳纤维进行表面处理；再按配比称取60-95份尼龙，0.1-0.6份润滑剂，0.1-0.5份抗氧剂于高混机中，混合均匀；加入到双螺杆机中熔融共混，挤出，水冷，拉条切粒得废弃CFRP增强的尼龙组合物。与现有技术相比，本发明复合材料采用回收碳纤维作为增强改性组分，以较低的成本实现了对尼龙的高性能改性，得到的复合材料密度也低；同时该复合材料使废弃的CFRP材料得以重新利用，减少了其对环境的污染，增加了废弃碳纤维的附加值，节能环保。

Description

回收碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料回收技术领域，具体涉及一种回收碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
碳纤维复合材料(CFRP)具有质轻、高强度、高模量等优异的性能，是其他玻璃纤维增强复合材料所无法比拟的，因此被广泛的应用于航空航天、汽车工业、轨道交通、新能源、体育用品等高新技术产业领域。随着经济的高速发展，CFRP在各个领域的使用量迅猛增长，所产生的废弃树脂也与日俱增，而废弃的CFRP中的成份都不可降解，若直接丢弃到环境中的话，一方面会给环境带来严重的污染；另一方面，这些废弃的CFRP中往往含有60％左右的高附加值碳纤维，而碳纤维的生产是一个高耗能的过程，若不加以回收利用也将造成资源的严重浪费。
尼龙作为一种工程塑料，其具有很好的弹性，力学性能较好，耐磨，耐油性和加工性能良好，因此被广泛的应用于汽车，家电，电子电器，机械等领域。但是尼龙在使用过程中易脆化，抗冲击性能差，吸水率高，耐热性和强度稍低等缺陷，为了改善尼龙的这些性能，目前常用的方法是通过采用玻璃纤维来填充改性尼龙，提高其耐热性，减少吸水率，并进一步增强力学性能。而玻璃纤维密度较大，填充改性尼龙后得到组合物密度也随之大幅增加，这会导致产品的市场竞争力下降，同时，受玻璃纤维本身性能限制，采用玻纤增强改性的尼龙性能提高有限，在一些性能要求较高的场合应用将受限制。为了进一步提高改性尼龙复合材料的性能，并使改性材料轻量化，使其满足对性能要求较高领域的应用，一种方法是采用碳纤维增强改性尼龙，如专利CN201210124432、CN101831172所述，制备得到的复合材料不仅强度高，性能优异，而且密度低；但是新碳纤维价格昂贵，这也导致了用其增强改性得到的尼龙复合材料成本较高，这直接限制了其广泛使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能环保的回收碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种回收碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，该复合材料包含以下重量份的组分制成：
Figure BDA0000405086020000021
所述的尼龙为尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)、尼龙11(PA11)、尼龙12(PA12)、尼龙1010(PA1010)、尼龙610T(PA610T)中的一种或一种以上。
所述的回收碳纤维是从废弃的CFRP中回收所得，碳纤维长度为0.1mm-100mm。
所述的表面处理剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或一种以上。
由于回收的碳纤维和树脂基体的表面极性相差较大，两者的相容性差，尤其是回收碳纤维的表面处理剂在回收的过程中都被破坏，甚至有些回收碳纤维表面有些损伤，采用表面处理剂对回收的碳纤维表面处理，可以改善其表面性能，提高与树脂基体的相容性。
所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯腊、白油、乙撑双硬脂酰胺(EBS)、芥酸酰胺中、乙烯-丙烯酸共聚物(A-C540A)的一种或一种以上。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂168、抗氧剂DSTDP中的一种或一种以上。
一种回收碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按上述配比，称取5-40份的回收碳纤维加入到高混机中，然后加入0.1-3份的表面处理剂对回收碳纤维进行表面处理；
(2)再按配比称取60-95份尼龙，0.1-0.6份润滑剂，0.1-0.5份抗氧剂于高混机中，混合均匀；
(3)将步骤(2)混合均匀的原料加入到双螺杆机中熔融共混，挤出，水冷，拉条切粒得废弃CFRP增强的尼龙组合物。
步骤(3)所述的双螺杆挤出机为同向或异向双螺杆挤出机，挤出机温度为190-290℃，螺杆转速为150-400rpm，螺杆长径比L/D为30-50∶1。
与现有技术相比，本发明所提供的回收碳纤维增强尼龙复合材料密度低，力学性能优异，采用回收的碳纤维作为增强改性组分，以较低的成本实现了对尼龙的高性能改性；同时该复合材料使废弃的CFRP材料得以重新利用，减少了其对环境的污染，增加了其附加值，节能环保；得到的复合材料可以广泛的应用于汽车、电子电器、家电、机械等产品零部件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施例中，拉伸性能测试标准为ASTM D638，弯曲性能测试标准为ASTMD790，Izod缺口冲击强度测试标准为ASTM D256。
实施例1
(1)称取20份回收碳纤维于高混机中，碳纤维长度为10mm，然后加入0.1份硅烷偶联剂KH550表面处理回收碳纤维。
(2)称取80份PA66，0.1份硬脂酸钙，0.3份抗1010，0.1份抗168于高混机中混合均匀。
(3)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的回收碳纤维增强尼龙复合材料，双螺杆挤出机各区温度为：一区220℃，二区230℃，三区240℃，四区250℃，五区260℃，六区270℃，七区280℃，八区280℃，九区290℃，十区290℃，机头285℃；螺杆转速350rpm，长径比L/D＝30/1。
实施例2
(1)称取10份回收碳纤维于高混机中，碳纤维长度为0.5mm，然后加入1份硅烷偶联剂KH560表面处理回收碳纤维。
(2)称取90份PA12，0.3份A-C540A，0.1份抗1076，0.1份抗168于高混机中混合均匀。
(3)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的回收碳纤维增强尼龙复合材料，双螺杆挤出机各区温度为：一区220℃，二区230℃，三区240℃，四区250℃，五区260℃，六区270℃，七区280℃，八区280℃，九区290℃，十区290℃，机头285℃；螺杆转速250rpm，长径比L/D＝40/1。
实施例3
(1)称取30份回收碳纤维于高混机中，碳纤维长度为6mm，然后加入3份钛酸酯偶联剂异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯表面处理回收碳纤维。
(2)称取70份PA6，0.6份聚乙烯蜡，0.2份抗1098，0.2份抗168于高混机中混合均匀。
(3)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的回收碳纤维增强尼龙复合材料，双螺杆挤出机各区温度为：一区220℃，二区230℃，三区240℃，四区250℃，五区260℃，六区270℃，七区280℃，八区280℃，九区290℃，十区290℃，机头285℃；螺杆转速400rpm，长径比L/D＝50/1。
实施例4
(1)称取40份回收碳纤维于高混机中，碳纤维长度为100mm，然后加入3份铝酸酯偶联剂二硬脂酰氧异丙基铝酸酯表面处理回收碳纤维。
(2)称取60份PA1010，0.5份白油，0.3份抗DSTDP，0.2份抗168于高混机中混合均匀。
(3)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的回收碳纤维增强尼龙复合材料，双螺杆挤出机各区温度为：一区220℃，二区230℃，三区240℃，四区250℃，五区260℃，六区270℃，七区280℃，八区280℃，九区290℃，十区290℃，机头285℃；螺杆转速400rpm，长径比L/D＝50/1。
实施例5
(1)称取5份回收碳纤维于高混机中，碳纤维长度为0.1mm，然后加入0.2份钛酸酯偶联剂异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯表面处理回收碳纤维。
(2)称取95份PA11，0.3份EBS，0.3份抗1010，0.1份抗168于高混机中混合均匀。
(3)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的回收碳纤维增强尼龙复合材料，双螺杆挤出机各区温度为：一区220℃，二区230℃，三区240℃，四区250℃，五区260℃，六区270℃，七区280℃，八区280℃，九区290℃，十区290℃，机头285℃；螺杆转速150rpm，长径比L/D＝30/1。
各实施例力学性能测试结果如下表1所示：
表1力学性能测试结果
Figure BDA0000405086020000051
从上表中力学性能测试结果分析可知，采用回收碳纤维增强的尼龙复合材料强度高，力学性能优异，符合对性能要求较高的场合使用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施例做出各种修改，并把此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种回收碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，该复合材料包含以下重量份的组分制成：
Figure FDA0000405086010000011
2.根据权利要求1所述的一种回收碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述的尼龙为尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)、尼龙11(PA11)、尼龙12(PA12)、尼龙1010(PA1010)、尼龙610T(PA610T)中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的一种回收碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述的回收碳纤维是从废弃的CFRP中回收所得，碳纤维长度为0.1mm-100mm。
4.根据权利要求1所述的一种回收碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述的表面处理剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的一种回收碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯腊、白油、乙撑双硬脂酰胺(EBS)、芥酸酰胺中、乙烯-丙烯酸共聚物(A-C540A)的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的一种回收碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂168、抗氧剂DSTDP中的一种或一种以上。
7.一种如权利要求1所述的回收碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按上述配比，称取5-40份的回收碳纤维加入到高混机中，然后加入0.1-3份的表面处理剂对回收碳纤维进行表面处理；
(2)再按配比称取60-95份尼龙，0.1-0.6份润滑剂，0.1-0.5份抗氧剂于高混机中，混合均匀；
(3)将步骤(2)混合均匀的原料加入到双螺杆机中熔融共混，挤出，水冷，拉条切粒得废弃CFRP增强的尼龙组合物。
8.根据权利要求1所述的一种回收碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的双螺杆挤出机为同向或异向双螺杆挤出机，挤出机温度为190-290℃，螺杆转速为150-400rpm，螺杆长径比L/D为30-50∶1。
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