CN103571186A - 废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物及其制备方法，包括以下步骤：(1)将废弃的CFRP材料破碎，过筛，得到粒径均匀的废弃CFRP粉末；(2)按上述配比，称取5-40份的废弃CFRP粉末在高混机中干燥处理，然后加入0.1-3份的表面处理剂对CFRP粉末表面处理；(3)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；(4)将步骤(3)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。与现有技术相比，本发明组合物密度低，减少了其对环境的污染，增加了其附加值，节约了资源，保护了环境点。

Description

废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料回收技术领域，具体涉及一种废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物及其制备方法。
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或无机填料如碳酸钙，滑石粉等来填充改性尼龙。而玻璃纤维或无机填料密度较大，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，受玻璃纤维或无机填料本身性能限制，采用玻纤或无机填料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。
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成本低、减少污染的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物，其特征在于，该组合物包含以下重量份的组分制成：
Figure BDA0000415542960000021
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。
所述的废弃CFRP粉末为将废弃的CFRP材料破碎所得，优选破碎后的粒径在40-400目之间。
由于废弃CFRP粉末的主要成分是碳纤维和树脂基体，树脂基体尤其以热固性树脂居多，其与尼龙表面的亲和性较差，所以两者往往不相容，采用表面处理剂对废弃CFRP粉末处理后可提高其表面亲和性，改善其与填充树脂的相容性。
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。
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中的一种或一种以上。
一种废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废弃的CFRP材料破碎，过筛，得到粒径均匀的废弃CFRP粉末；
(2)按上述配比，称取5-40份的废弃CFRP粉末在高混机中干燥处理，然后加入0.1-3份的表面处理剂对CFRP粉末表面处理；
(3)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；
(4)将步骤(3)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。
所述的步骤(2)中高混机的干燥温度为80-120℃，干燥时间为10-30min。
所述的步骤(4)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。
本发明的目的之一是提供一种废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物，该组合物采用回收的废弃碳纤维复合材料粉作为增强改性组分，以较低的成本实现了对尼龙的高性能改性，得到的组合物密度也低；同时该组合物使废弃的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，节约了资源，保护了环境。
本发明的另一目的是提供一种上述废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物的制备方法，该制备方法加工操作简单。
与现有技术相比，本发明组合物采用回收的废弃碳纤维复合材料粉作为增强改性组分，以较低的成本实现了对尼龙的高性能改性，得到的废弃CFRP复合材料粉增强尼龙组合物密度低，力学性能优异，采用回收的废弃CFRP复合材料粉作为增强改性组分，以较低的成本实现了对尼龙的高性能改性；同时该组合物使废弃的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，节约资源，保护环境；得到的组合物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)将废弃CFRP材料破碎，过筛得400目的废弃CFRP粉末。
(2)称取20份废弃CFRP粉末于高混机中100℃干燥20min，然后加入0.1份硅烷偶联剂KH550表面处理废弃CFRP粉末。
(3)称取80份PA66，0.1份硬脂酸钙，0.3份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168于高混机中混合均匀。
(4)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的废弃CFRP粉末增强尼龙组合物，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)将废弃CFRP材料破碎，过筛得200目的废弃CFRP粉末。
(2)称取10份废弃CFRP粉末于高混机中80℃干燥30min，然后加入1份硅烷偶联剂KH560表面处理废弃CFRP粉末。
(3)称取90份PA12，0.3份EBS，0.1份抗1076，0.1份抗168于高混机中混合均匀。
(4)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的废弃CFRP粉末增强尼龙组合物，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)将废弃CFRP材料破碎，过筛得80目的废弃CFRP粉末。
(2)称取30份废弃CFRP粉末于高混机中120℃干燥10min，然后加入3份钛酸酯偶联剂异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯表面处理废弃CFRP粉末。
(3)称取70份PA6，0.6份聚乙烯蜡，0.3份抗1098，0.2份抗168于高混机中混合均匀。
(4)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的废弃CFRP粉末增强尼龙组合物，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)将废弃CFRP材料破碎，过筛得300目的废弃CFRP粉末。
(2)称取40份废弃CFRP粉末于高混机中120℃干燥10min，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废弃CFRP粉末。
(3)称取60份PA11，0.5份白油，0.3份抗1076，0.2份抗168于高混机中混合均匀。
(4)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的废弃CFRP粉末增强尼龙组合物，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)将废弃CFRP材料破碎，过筛得200目的废弃CFRP粉末。
(2)称取5份废弃CFRP粉末于高混机中100℃干燥20min，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)钛酸酯表面处理废弃CFRP粉末。
(3)称取95份PA1010，0.3份硬脂酸，0.3份抗1010，0.1份抗168于高混机中混合均匀。
(4)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，拉条切粒得所需的废弃CFRP粉末增强尼龙组合物，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
从上表中力学性能测试结果分析可知，采用回收CFRP粉增强的尼龙组合物强度高，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 (9)

1.一种废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物，其特征在于，该组合物包含以下重量份的组分制成：
Figure FDA0000415542950000011
2.根据权利要求1所述的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物，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所述的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物，其特征在于，所述的废弃CFRP粉末为将废弃的CFRP材料破碎所得，优选破碎后的粒径在40-400目之间。
4.根据权利要求1所述的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物，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所述的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物，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)、芥酸酰胺中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物，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中的一种或一种以上。
7.一种如权利要求1所述的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废弃的CFRP材料破碎，过筛，得到粒径均匀的废弃CFRP粉末；
(2)按上述配比，称取5-40份的废弃CFRP粉末在高混机中干燥处理，然后加入0.1-3份的表面处理剂对CFRP粉末表面处理；
(3)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；
(4)将步骤(3)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7所述的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中高混机的干燥温度为80-120℃，干燥时间为10-30min。
9.根据权利要求7所述的废弃碳纤维复合材料粉增强尼龙组合物的制备方法，其特征在于，所述的步骤(4)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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