CN106751679A - 一种碳纤维改性聚碳酸酯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维改性聚碳酸酯材料，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯60‑80份、碳纤维5‑10份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.3‑0.6份、2,6‑二叔丁基苯酚0.2‑0.5份、乙烯基双硬脂酰胺0.1‑0.5份、阻燃剂0.5‑1份，本发明还公开了其制备方法。本发明采用液相和等离子体双效处理碳纤维，提高了碳纤维的表面浸润性能，将处理后的碳纤维用于增强改性聚碳酸酯材料，制得的材料剪切强度可到93‑101MPa，拉伸强度为50‑55MPa。

Description

一种碳纤维改性聚碳酸酯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种碳纤维改性聚碳酸酯材料及其制备方法。

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，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

针对现有技术的不足，本发明提供了一种性能优异的碳纤维改性聚碳酸酯材料及其制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种碳纤维改性聚碳酸酯材料，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯60-80份、碳纤维5-10份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.3-0.6份、2,6-二叔丁基苯酚0.2-0.5份、乙烯基双硬脂酰胺0.1-0.5份、阻燃剂0.5-1份。

优选地，所述碳纤维为表面经过液相和等离子体双效氧化后的短切聚丙腈碳纤维。

优选地，所述碳纤维表面处理方法如下：将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束对其表面进行一次氧化处理，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，完成二次氧化处理。

优选地，所述碳纤维丝束在浴槽中的运行速度为0.3-0.4m/min，一次氧化处理时间为80-90s。

优选地，所述碳纤维丝束在低温等离子体中的运行速度为0.8-1.0m/min，二次氧化处理时间为3-4min。

碳纤维改性聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束表面进行一次氧化处理，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，完成二次氧化处理，得表面改性碳纤维，干燥；

2)将聚碳酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、2,6-二叔丁基苯酚、乙烯基双硬脂酰胺、阻燃剂加入到高混机中，搅拌5-10min，然后加入表面改性碳纤维，继续混合10-15min，得混合料；

3)将混合料加入到双螺杆挤出机中，在240-260℃下熔融混炼，挤出、冷却造粒，即得成品。

本发明有益效果：本发明采用液相和等离子体双效处理碳纤维，碳纤维表面的活性官能团较单一处理方法的要高，除含氧基团外，还引入氨基等官能团，提高了碳纤维的表面浸润性能，将处理后的碳纤维用于增强改性聚碳酸酯材料，提高材料的层间剪切强度，制得的材料剪切强度可到93-101MPa，拉伸强度为50-55MPa，且还具有高弹性、高刚度、热稳定性等优异性能，有很好的推广价值。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种碳纤维改性聚碳酸酯材料，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯75份、碳纤维10份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.5份、2,6-二叔丁基苯酚0.4份、乙烯基双硬脂酰胺0.3份、阻燃剂0.6份。

碳纤维改性聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束对其表面进行一次氧化处理，碳纤维丝束在浴槽中的运行速度为0.4m/min，处理时间为85s，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，碳纤维丝束在低温等离子体中的运行速度为0.9m/min，处理时间为3min，完成二次氧化处理，得表面改性碳纤维，干燥；

2)将聚碳酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、2,6-二叔丁基苯酚、乙烯基双硬脂酰胺、阻燃剂加入到高混机中，搅拌10min，然后加入表面改性碳纤维，继续混合10min，得混合料；

3)将混合料加入到双螺杆挤出机中，在250℃下熔融混炼，挤出、冷却造粒，即得成品。

实施例2：

一种碳纤维改性聚碳酸酯材料，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯70份、碳纤维8份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.4份、2,6-二叔丁基苯酚0.4份、乙烯基双硬脂酰胺0.3份、阻燃剂0.5份。

碳纤维改性聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束对其表面进行一次氧化处理，碳纤维丝束在浴槽中的运行速度为0.3m/min，处理时间为80s，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，碳纤维丝束在低温等离子体中的运行速度为0.8m/min，处理时间为4min，完成二次氧化处理，得表面改性碳纤维，干燥；

2)将聚碳酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、2,6-二叔丁基苯酚、乙烯基双硬脂酰胺、阻燃剂加入到高混机中，搅拌8min，然后加入表面改性碳纤维，继续混合12min，得混合料；

3)将混合料加入到双螺杆挤出机中，在255℃下熔融混炼，挤出、冷却造粒，即得成品。

实施例3：

一种碳纤维改性聚碳酸酯材料，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯72份、碳纤维8份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.5份、2,6-二叔丁基苯酚0.5份、乙烯基双硬脂酰胺0.3份、阻燃剂0.5份。

碳纤维改性聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束对其表面进行一次氧化处理，碳纤维丝束在浴槽中的运行速度为0.3m/min，处理时间为90s，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，碳纤维丝束在低温等离子体中的运行速度为1.0m/min，处理时间为3min，完成二次氧化处理，得表面改性碳纤维，干燥；

2)将聚碳酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、2,6-二叔丁基苯酚、乙烯基双硬脂酰胺、阻燃剂加入到高混机中，搅拌5min，然后加入表面改性碳纤维，继续混合15min，得混合料；

3)将混合料加入到双螺杆挤出机中，在240℃下熔融混炼，挤出、冷却造粒，即得成品。

实施例4：

一种碳纤维改性聚碳酸酯材料，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯60份、碳纤维10份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.3份、2,6-二叔丁基苯酚0.5份、乙烯基双硬脂酰胺0.1份、阻燃剂1份。

碳纤维改性聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束对其表面进行一次氧化处理，碳纤维丝束在浴槽中的运行速度为0.4m/min，处理时间为80s，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，碳纤维丝束在低温等离子体中的运行速度为1.0m/min，处理时间为3min，完成二次氧化处理，得表面改性碳纤维，干燥；

2)将聚碳酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、2,6-二叔丁基苯酚、乙烯基双硬脂酰胺、阻燃剂加入到高混机中，搅拌10min，然后加入表面改性碳纤维，继续混合15min，得混合料；

3)将混合料加入到双螺杆挤出机中，在260℃下熔融混炼，挤出、冷却造粒，即得成品。

实施例5：

一种碳纤维改性聚碳酸酯材料，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯80份、碳纤维5份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.6份、2,6-二叔丁基苯酚0.2份、乙烯基双硬脂酰胺0.5份、阻燃剂0.5份。

碳纤维改性聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束对其表面进行一次氧化处理，碳纤维丝束在浴槽中的运行速度为0.4m/min，处理时间为80s，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，碳纤维丝束在低温等离子体中的运行速度为0.8m/min，处理时间为4min，完成二次氧化处理，得表面改性碳纤维，干燥；

2)将聚碳酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、2,6-二叔丁基苯酚、乙烯基双硬脂酰胺、阻燃剂加入到高混机中，搅拌10min，然后加入表面改性碳纤维，继续混合10min，得混合料；

3)将混合料加入到双螺杆挤出机中，在240℃下熔融混炼，挤出、冷却造粒，即得成品。

对本发明实施例1-5制得的碳纤维改性聚碳酸酯材料进行性能测试，其剪切强度可到93-101MPa，拉伸强度为50-55MPa，说明本发明实施例制得的材料性能优异，有很好的应用前景。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种碳纤维改性聚碳酸酯材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯60-80份、碳纤维5-10份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.3-0.6份、2,6-二叔丁基苯酚0.2-0.5份、乙烯基双硬脂酰胺0.1-0.5份、阻燃剂0.5-1份。

2.如权利要求1所述的碳纤维改性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述碳纤维为表面经过液相和等离子体双效氧化后的短切聚丙腈碳纤维。

3.如权利要求2所述的碳纤维改性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述碳纤维表面处理方法如下：将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束对其表面进行一次氧化处理，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，完成二次氧化处理。

4.如权利要求3所述的碳纤维改性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述碳纤维丝束在浴槽中的运行速度为0.3-0.4m/min，一次氧化处理时间为80-90s。

5.如权利要求3所述的碳纤维改性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述碳纤维丝束在低温等离子体中的运行速度为0.8-1.0m/min，二次氧化处理时间为3-4min。

6.一种如权利要求1-5任一所述的碳纤维改性聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将装有15％NaClO₃和30％H₂SO₄混合溶液的浴槽加热到75℃，向其中加入碳纤维丝束表面进行一次氧化处理，蒸馏水清洗，转移至等离子装置中，在室温下以氨气作为处理介质，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击，完成二次氧化处理，得表面改性碳纤维，干燥；

2)将聚碳酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、2,6-二叔丁基苯酚、乙烯基双硬脂酰胺、阻燃剂加入到高混机中，搅拌5-10min，然后加入表面改性碳纤维，继续混合10-15min，得混合料；

3)将混合料加入到双螺杆挤出机中，在240-260℃下熔融混炼，挤出、冷却造粒，即得成品。