CN104710745A - 一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的pc复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂50%～80%、碳纤维5%～20%、填料5%～15%、相容剂2%～4%、复合抗氧剂0.1%～0.5%、润滑剂0.5%～1.5%。本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明先采用电化学聚合法表面处理碳纤维，不仅能够极大地提高碳纤维的表面浸润性能和反应性，而且处理条件温和而易于控制，再用于增强PC复合材料的黏结性好、层间剪切强度高，从而显著增加碳纤维增强PC复合材料的力学性能，具有高比强度、高比模量、高结晶取向度等性能，而且导电性能好，结构致密，在汽车、化工、机械、电气、建筑等领域具有非常广泛应用前景。

Description

一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料。
背景技术
聚碳酸酯（PC）是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性能，耐蠕变和尺寸稳定性好，能在较高的温度范围内保持较高的力学强度，无毒，介电性能优良，是近年来增长迅速最快和产能规模最大的工程塑料。但PC也存在一些缺陷，如加工性能较差，易应力开裂，缺口冲击和低温韧性差等，限制其应用范围。碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，主要用于制备先进复合材料，已广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。碳纤维可以作为增强树脂复合材料和改进其力学性能的增强剂，但碳纤维增强树脂复合材料时，要求有较高的层间剪切强度（ILSS），而未经表面处理的碳纤维表面呈惰性，比表面积小，边缘活性碳原子少，活性官能团含量极少，表面能低，和树脂浸润性及两相界面粘结性差，碳纤维与树脂复合材料的层间剪切强度较低，不能满足其使用效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂50%～80%、碳纤维5%～20%、填料5%～15%、相容剂2%～4%、复合抗氧剂0.1%～0.5%、润滑剂0.5%～1.5%。
所述的PC树脂为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。
所述的碳纤维为表面经电化学聚合法处理过的碳纤维，其处理工艺包括：以碳纤维作阳极、不锈钢板作阴极，电聚合液为初始阴离子浓度在0.2～3.0mol/L的苯乙烯马来酸酐、甲基乙烯醚马来酸酐、乙烯丙烯酸共聚物中的一种的铵盐水溶液，温度4℃～28℃，循环伏安电位在-0.8～0.3V，处理时间30～200分钟，使碳纤维表面沉积形成一层聚合膜，并用水清洗和干燥后所得到的碳纤维。
所述的填料为有机蒙脱土、纳米碳酸钙、石滑粉、二氧化硅中的一种。
所述的相容剂为丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（AS-g-GMA）。
所述的复合抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：2比例的复配物。
所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯（PETS）、TAS-2A、TAF中的一种。
上述的一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将PC树脂在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，填料在60℃～80℃下干燥30～45分钟，待用；
（2）、碳纤维表面处理：以碳纤维作阳极、不锈钢板作阴极，电聚合液为初始阴离子浓度在0.2～3.0mol/L的苯乙烯马来酸酐、甲基乙烯醚马来酸酐、乙烯丙烯酸共聚物中的一种的铵盐水溶液，温度4℃～28℃，循环伏安电位在-0.8～0.3V，处理时间30～200分钟，使碳纤维表面沉积形成一层聚合膜，并用水清洗和干燥后，待用；
（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂和步骤（2）得到的表面经电聚合法处理过的碳纤维，加入高速混合机，搅拌2～15分钟，然后加入按重量配比称取的填料、相容剂、复合抗氧剂、润滑剂，继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；
（4）、将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得成品。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明先采用电化学聚合法表面处理碳纤维，不仅能够极大地提高碳纤维的表面浸润性能和反应性，而且处理条件温和而易于控制，再用于增强PC复合材料的黏结性好、层间剪切强度高，从而显著增加碳纤维增强PC复合材料的力学性能，具有高比强度、高比模量、高结晶取向度等性能，而且导电性能好，结构致密，在汽车、化工、机械、电气、建筑等领域具有非常广泛应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂76%、碳纤维10%、有机蒙脱土10%、丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（AS-g-GMA）3%、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：2比例的复配物0.3%、季戊四醇硬脂酸酯（PETS）0.7%。其中，所述的PC树脂为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。所述的碳纤维为表面经电化学聚合法处理过的碳纤维，其处理工艺包括：以碳纤维作阳极、不锈钢板作阴极，电聚合液为初始阴离子浓度在0.2～3.0mol/L的苯乙烯马来酸酐的铵盐水溶液，温度4℃～28℃，循环伏安电位在-0.8～0.3V，处理时间30～200分钟，使碳纤维表面沉积形成一层聚合膜，并用水清洗和干燥后所得到的碳纤维。
制备方法：（1）、将PC树脂在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，有机蒙脱土在60℃～80℃下干燥30～45分钟，待用；（2）、碳纤维表面处理：以碳纤维作阳极、不锈钢板作阴极，电聚合液为初始阴离子浓度在0.2～3.0mol/L的苯乙烯马来酸酐的铵盐水溶液，温度4℃～28℃，循环伏安电位在-0.8～0.3V，处理时间30～200分钟，使碳纤维表面沉积形成一层聚合膜，并用水清洗和干燥后，待用；（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂和步骤（2）得到的表面经电聚合法处理过的碳纤维，加入高速混合机，搅拌2～15分钟，然后加入按重量配比称取的有机蒙脱土、丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（AS-g-GMA）、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：2比例的复配物、季戊四醇硬脂酸酯（PETS），继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；（4）、将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得成品。
实施例2：
一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂65%、碳纤维20%、纳米碳酸钙10%、丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（AS-g-GMA）3.5%、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：2比例的复配物0.3%、TAF 1.2%。其中，所述的PC树脂为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。所述的碳纤维为表面经电化学聚合法处理过的碳纤维，其处理工艺包括：以碳纤维作阳极、不锈钢板作阴极，电聚合液为初始阴离子浓度在0.2～3.0mol/L的甲基乙烯醚马来酸酐的铵盐水溶液，温度4℃～28℃，循环伏安电位在-0.8～0.3V，处理时间30～200分钟，使碳纤维表面沉积形成一层聚合膜，并用水清洗和干燥后所得到的碳纤维。
制备方法：（1）、将PC树脂在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，纳米碳酸钙在60℃～80℃下干燥30～45分钟，待用；（2）、碳纤维表面处理：以碳纤维作阳极、不锈钢板作阴极，电聚合液为初始阴离子浓度在0.2～3.0mol/L的甲基乙烯醚马来酸酐的铵盐水溶液，温度4℃～28℃，循环伏安电位在-0.8～0.3V，处理时间30～200分钟，使碳纤维表面沉积形成一层聚合膜，并用水清洗和干燥后，待用；（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂和步骤（2）得到的表面经电聚合法处理过的碳纤维，加入高速混合机，搅拌2～15分钟，然后加入按重量配比称取的纳米碳酸钙、丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（AS-g-GMA）、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：2比例的复配物、TAF，继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；（4）、将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得成品。

Claims (7)

1.一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其特征在于，其组分按质量百分数配比为：PC树脂50%～80%、碳纤维5%～20%、填料5%～15%、相容剂2%～4%、复合抗氧剂0.1%～0.5%、润滑剂0.5%～1.5%。
2.根据权利要求1所述的一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其特征在于，所述的碳纤维为表面经电化学聚合法处理过的碳纤维，其处理工艺包括：以碳纤维作阳极、不锈钢板作阴极，电聚合液为初始阴离子浓度在0.2～3.0mol/L的苯乙烯马来酸酐、甲基乙烯醚马来酸酐、乙烯丙烯酸共聚物中的一种的铵盐水溶液，温度4℃～28℃，循环伏安电位在-0.8～0.3V，处理时间30～200分钟，使碳纤维表面沉积形成一层聚合膜，并用水清洗和干燥后所得到的碳纤维。
3.根据权利要求1所述的一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其特征在于，所述的填料为有机蒙脱土、纳米碳酸钙、石滑粉、二氧化硅中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其特征在于，所述的相容剂为丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（AS-g-GMA）。
5.根据权利要求1所述的一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其特征在于，所述的复合抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：2比例的复配物。
6.根据权利要求1所述的一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯（PETS）、TAS-2A、TAF中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种电化学聚合表面处理碳纤维增强的PC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、将PC树脂在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，填料在60℃～80℃下干燥30～45分钟，待用；
（2）、碳纤维表面处理：以碳纤维作阳极、不锈钢板作阴极，电聚合液为初始阴离子浓度在0.2～3.0mol/L的苯乙烯马来酸酐、甲基乙烯醚马来酸酐、乙烯丙烯酸共聚物中的一种的铵盐水溶液，温度4℃～28℃，循环伏安电位在-0.8～0.3V，处理时间30～200分钟，使碳纤维表面沉积形成一层聚合膜，并用水清洗和干燥后，待用；
（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂和步骤（2）得到的表面经电聚合法处理过的碳纤维，加入高速混合机，搅拌2～15分钟，然后加入按重量配比称取的填料、相容剂、复合抗氧剂、润滑剂，继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；
（4）、将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得成品。
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