CN110423462B - 碳纤维增强聚酰胺复合材料制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺28.2％～79.2％，表面改性的碳纤维20％～60％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品通过一次混合注塑得到。本发明还公开了一种碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法。本发明制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中碳纤维的平均长度达1.52mm～2.21mm，增强效果较好，与传统的先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。

Description

碳纤维增强聚酰胺复合材料制品及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚酰胺材料领域，尤其涉及碳纤维增强聚酰胺复合材料制品及其制备方法。
背景技术
聚酰胺由于具有优异的耐热性能、耐腐蚀性、耐磨性等，具有广泛的应用。碳纤维具有高强度、低密度和耐腐蚀等特点，常用来对聚酰胺进行增强改性，以提高聚酰胺的比强度。
目前，利用碳纤维来增强聚酰胺时，一般是先将碳纤维和聚氨酯熔融混合后挤出得到碳纤维增强聚酰胺材料，在需要制备成制品时，将碳纤维增强聚酰胺材料再次熔融注塑得到，由于二次熔融注塑会对碳纤维造成较大破坏，最终得到的碳纤维增强聚酰胺材料制品中碳纤维长度较短，增强效果较差。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种碳纤维增强聚酰胺复合材料制品及其制备方法，旨在解决目前碳纤维增强聚酰胺材料需要二次熔融注塑才能得到碳纤维增强聚酰胺材料制品，最终得到的碳纤维增强聚酰胺材料制品中碳纤维长度较短，增强效果较差的问题。
为实现以上目的，本发明提供一种碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺28.2％～79.2％，表面改性的碳纤维20％～60％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品通过一次混合注塑得到。
优选地，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺40.7％～78.2％，表面改性的碳纤维20％～50％，硅烷偶联剂0.5％～0.8％，相容剂0％～8％，抗氧剂0.6％～1％。
优选地，所述表面改性的碳纤维通过热塑性上浆剂处理得到。
优选地，所述相容剂包括高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐和聚苯乙烯接枝马来酸酐中的至少一种。
优选地，所述聚酰胺的熔融指数大于或等于15g/10min。
此外，为实现以上目的，本发明还提供一种碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法包括：
按照如下重量百分比称取下述原料：聚酰胺28.2％～79.2％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％；
将称取的所述聚酰胺，所述硅烷偶联剂，所述相容剂和所述抗氧剂混合均匀得到聚酰胺混合物；
将所述聚酰胺混合物从混炼注塑机的进料口进料，将表面改性的碳纤维从侧料口进料，以使所述聚酰胺混合物和所述表面改性的碳纤维在所述混炼注塑机中混合得到熔融状态下的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其中，控制所述聚酰胺混合物和所述表面改性的碳纤维的进料速率，使表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为20％～60％；
将混炼注塑机中熔融状态下的所述碳纤维增强聚酰胺复合材料注射到模具中，冷却得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品。
优选地，所述混炼注塑机包括树脂熔融区、纤维混合区和注塑区，所述树脂熔融区和纤维混合区的温度为(T0+40℃)～(T0+70℃)，所述注塑区的温度为(T0+30℃)～(T0+50℃)，其中，T0表示所述聚酰胺的熔点。
优选地，所述混炼注塑机的螺杆转速为30RPM～100RPM。
优选地，所述聚酰胺在称取前在80℃～110℃下烘干处理3h～5h。
优选地，所述相容剂包括高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐和聚苯乙烯接枝马来酸酐中的至少一种，所述聚酰胺的熔融指数大于或等于15g/10min。
本发明提供的一种碳纤维增强聚酰胺复合材料制品及其制备方法。所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺28.2％～79.2％，表面改性的碳纤维20％～60％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品通过一次混合注塑得到。本发明制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中碳纤维的平均长度达1.52mm～2.21mm，增强效果较好，与传统的先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
首先，对本发明实施例提供的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法进行简要概述。
本发明实施例涉及的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法如下所述：
(1)、按照如下重量百分比称取下述原料：聚酰胺28.2％～79.2％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％。
其中，所述聚酰胺可以是任意一种聚酰胺，例如聚酰胺6(Polyamide6，PA6)、聚酰胺66(Polyamide66，PA66)、聚酰胺610(Polyamide610，PA610)、聚酰胺1010(Polyamide1010，PA1010)、聚酰胺1012(Polyamide1012，PA1012)、聚酰胺612(Polyamide612，PA612)、聚酰胺46(Polyamide46，PA46)中的一种。进一步地，熔融态的聚酰胺和表面改性的碳纤维在混炼注塑机中混合时，聚酰胺的流动性越高，则对碳纤维的剪切作用越小。因此，本发明中，优选地，所述聚酰胺选用熔融态具有高流动性的聚酰胺；聚酰胺熔融态的流动性可通过聚酰胺的熔融指数体现，聚酰胺的熔融指数越大，聚酰胺熔融态时的流动性越高，因此，优选地，所述聚酰胺的熔融指数大于或等于15g/10min；进一步，优选地，所述聚酰胺的熔融指数大于或等于20g/10min。聚酰胺的熔融指数越大，聚酰胺熔融态时的流动性越高，在与表面改性的碳纤维混合过程中对碳纤维的剪切作用越小，从而使得最终制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中的碳纤维的长度越大，较大的纤维长度能够使得碳纤维与聚酰胺基体表面具有较强的连接强度，碳纤维不容易从聚酰胺基体脱出，从而使得碳纤维能够起到更好的增强作用。需要理解的是，调整聚酰胺的分子量可改变聚酰胺的熔融指数，上述任意一种聚酰胺均可通过调整分子量可将其熔融指数调整为大于或等于15g/10min；或者进一步将其熔融指数调整为大于或等于20g/10min。
所述硅烷偶联剂可以是任意一种硅烷偶联剂。所述相容剂可选用马来酸酐接枝相容剂，包括高密度聚乙烯接枝马来酸酐(HDPE-g-MAH)、聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)和聚苯乙烯接枝马来酸酐(PS-g-MAH)中的至少一种，优选地，所述相容剂选用高密度聚乙烯接枝马来酸酐。所述抗氧剂包括三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗氧剂1098)中的至少一种。
优选地，所述聚酰胺在称取前在80℃～110℃下烘干处理3h～5h，以去除聚酰胺中的水分。
(2)、将称取的所述聚酰胺，所述硅烷偶联剂，所述相容剂和所述抗氧剂混合均匀得到聚酰胺混合物；混合的方式可根据实际情况自行选择，在此不做具体限制，例如，可利用高速混合机进行高速混合。
(3)、将所述聚酰胺混合物从混炼注塑机的进料口进料，将表面改性的碳纤维从侧料口进料，以使所述聚酰胺混合物和所述表面改性的碳纤维在所述混炼注塑机中混合得到熔融状态下的碳纤维增强聚酰胺复合材料。具体地，将聚酰胺混合物放置于混炼注塑机进料口的精密失重称上，并将表面改性的碳纤维通过输送管道从侧料口输送到螺杆中，分别控制聚酰胺混合物和碳纤维的进料速率，使得表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为20％～60％。即控制聚酰胺混合物和表面改性的碳纤维的进料速度，使得最终得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料中，各组分的重量百分比为：聚酰胺28.2％～79.2％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％，表面改性的碳纤维20％～60％。
混炼注塑机包括熔融区(进料口至侧料口之间的区域)、混合区(侧料口至注塑区之间的区域)和注塑区，聚酰胺混合物在熔融区的高温下熔融得到熔融态的聚酰胺混合物，并经螺杆推进至混合区，熔融态的聚酰胺混合物在混合区和碳纤维混合均匀后，经螺杆的推动到达注塑区(例如摸头)。熔融态的聚酰胺混合物和碳纤维混合过程中，温度越高，聚酰胺混合物的粘度越小，对碳纤维的剪切作用越小，从而能够使得碳纤维能够保持较大的长度，同时，如果温度过高，又会对聚酰胺和碳纤维表面的上浆剂造成较大的老化效应。因此，优选地，所述树脂熔融区和纤维混合区的温度为(T0+40℃)～(T0+70℃)，所述注塑区的温度为(T0+30℃)～(T0+50℃)，其中，T0表示所述聚酰胺的熔点。该温度范围既使得聚酰胺混合物有较小的粘度，同时该温度范围对聚酰胺和碳纤维表面的上浆剂的老化效应较小。例如，在所述聚酰胺为PA6时，所述树脂熔融区和纤维混合区的温度为260℃～290℃，所述注塑区的温度为250℃～270℃。
进一步地，熔融态的聚酰胺混合物与碳纤维的混合效果还受螺杆转速的影响，螺杆的转速过低则可能造成聚酰胺混合物和碳纤维混合不均匀，而螺杆的转速过高则会对碳纤维造成较大的剪切作用，导致碳纤维的长度较低。本发明实施例中，所述混炼注塑机的螺杆转速可设置为30RPM～100RPM，该转速区间既能够保证聚酰胺混合物和碳纤维能够混合均匀，对碳纤维的剪切作用又较低，能够使碳纤维保持较大的长度。优选地，所述混炼注塑机的螺杆转速设置为50RPM～75RPM。
(4)、聚酰胺混合物和表面改性的碳纤维混合后，将熔融状态的复合材料直接注射到模具中，冷却得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品。优选地，注塑时采用3bar～10bar的背压，模具温度设置为70℃～100℃，保压3s～5s，冷却40s～50s。注塑机开模后，抽芯退回，顶出制品。需要理解的是，本发明实施例中，所述制品可以是任意一种可通过注塑制备的制品，例如汽车的保险杠或转盘等，在此不做具体限制，所述模具则为对应的模具。
本发明中，表面改性的碳纤维由碳纤维通过热塑性上浆处理得到，以增加碳纤维表面和聚酰胺基体的相容性。硅烷偶联剂和相容剂的加入是为了进一步增加碳纤维表面和聚酰胺基体的相容性，从而使得聚酰胺能够很好的浸润碳纤维，提高聚酰胺与碳纤维之间的剪切强度。
现有技术中，先将聚酰胺混合物和碳纤维混合制备得到碳纤维增强聚酰胺复合材料并造粒，然后将碳纤维增强聚酰胺复合材料再次熔融注塑得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，再次熔融注塑过程会对碳纤维造成进一步破坏，从而造成碳纤维长度损失；本发明将熔融的复合材料直接注塑得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，避免了再次熔融对碳纤维带来的长度损失，从而使得制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中的碳纤维拥有较大的长度。
根据上述方案制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺28.2％～79.2％，表面改性的碳纤维20％～60％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品通过一次混合注塑得到。
优选地，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺40.7％～78.2％，表面改性的碳纤维20％～50％，硅烷偶联剂0.5％～0.8％，相容剂0％～8％，抗氧剂0.6％～1％。
优选地，所述表面改性的碳纤维通过热塑性上浆剂处理得到。
优选地，所述相容剂包括高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐和聚苯乙烯接枝马来酸酐中的至少一种。优选地，所述相容剂为高密度聚乙烯接枝马来酸酐。
优选地，所述聚酰胺的熔融指数大于或等于15g/10min。
优选地，所述聚酰胺的熔融指数大于或等于20g/10min。
优选地，所述抗氧剂包括三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种。
性能检测：
(1)、利用烧蚀法检测碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中的碳纤维长度：取制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，通过烧蚀法去除聚酰胺复合物，测量并统计碳纤维的长度。
(2)、分别依据ISO527和ISO178的规定，检测碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的拉伸性能和弯曲性能。
实施例1
将PA6在100℃下烘干处理4h，按照如下重量百分比称取下述原料：PA6：65.8％，γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)：0.6％，HDPE-g-MAH：3％，抗氧剂168：0.3％，抗氧剂1010：0.3％。
将称取的PA6，KH550，HDPE-g-MA，抗氧剂168和抗氧剂1010高速混合得到聚酰胺混合物1。
将聚酰胺混合物1放置于混炼注塑机进料口的精密失重称上，并将表面改性的碳纤维通过输送管道从侧料口输送到螺杆中，分别控制聚酰胺混合物1和碳纤维的进料速率，使得表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为30％。设置混炼注塑机的树脂熔融区和纤维混合区的温度为270℃，注塑区的温度为265℃，将混炼注塑机的螺杆转速设置为75RPM，使得聚酰胺混合物1和表面改性的碳纤维混合均匀得到熔融状态的复合材料1。
采用5bar的背压，将熔融状态的复合材料1直接注射到模具中，模具温度设置为80℃，保压3s，冷却50s得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品1。
本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品1的材料包括下述重量百分比的组分：PA6：65.8％，γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)：0.6％，HDPE-g-MAH：3％，抗氧剂168：0.3％，抗氧剂1010：0.3％，表面改性的碳纤维：30％。
性能测试：
(1)、烧蚀法检测得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品1中的碳纤维的平均长度为1.92mm。
(2)、依据ISO527和ISO178的规定，分别对碳纤维增强聚酰胺复合材料制品1(命名为PA 6/30CF新型)、基于先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下的由重量百分比为70％的聚酰胺6混合物与重量百分比为30％的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/30CF传统)和重量百分比为70％的聚酰胺6混合物与重量百分比为30％的玻璃纤维增聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/30GF)进行性能测试，结果如下表所示。
序号 检测项目 单位 PA6/30GF PA6/30CF传统 PA6/30CF新型 检测依据
1 拉伸强度 MPa 176 210 235 ISO 527
2 拉伸模量 GPa 8.52 20 25.1 ISO 527
3 弯曲强度 MPa 245 286 315 ISO 178
4 弯曲模量 GPa 7.02 16.5 21.2 ISO 178
由上表可以得出，本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品1(PA6/30CF新型)与PA6/30GF和PA6/30CF传统相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。这主要是由于玻璃纤维的力学性能较差，玻璃纤维增强聚酰胺复合材料制品(PA6/30GF)的力学性能不高。而基于先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品(PA6/30CF传统)由于二次熔融注塑过程会对碳纤维造成进一步破坏，从而造成碳纤维长度损失，从而导致增强效果较差。本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品1(命名为PA 6/30CF新型)，由于是将熔融的复合材料直接注塑得到，避免了二次熔融注塑对碳纤维带来的长度损失，从而使得制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中的碳纤维拥有较大的长度，进而使得增强效果较好。
实施例2
将PA66在110℃下烘干处理3h，按照如下重量百分比称取下述原料：PA66：79.2％，KH550：0.4％，抗氧剂168：0.4％。
将称取的PA66，KH550，抗氧剂1098高速混合得到聚酰胺混合物2。
将聚酰胺混合物2放置于混炼注塑机进料口的精密失重称上，并将表面改性的碳纤维通过输送管道从侧料口输送到螺杆中，分别控制聚酰胺混合物2和碳纤维的进料速率，使得表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为20％。设置混炼注塑机的树脂熔融区和纤维混合区的温度为300℃，注塑区的温度为290℃，将混炼注塑机的螺杆转速设置为40RPM，使得聚酰胺混合物2和表面改性的碳纤维混合均匀得到熔融状态的复合材料2。
采用5bar的背压，将熔融状态的复合材料2直接注射到模具中，模具温度设置为90℃，保压4s，冷却40s得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品2。本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品2的材料包括下述重量百分比的组分：PA66：79.2％，KH550：0.4％，抗氧剂168：0.4％，表面改性的碳纤维20％。
性能测试：
(1)、烧蚀法检测得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品2中的碳纤维的平均长度为1.95mm。
(2)、依据ISO527和ISO178的规定，分别对碳纤维增强聚酰胺复合材料制品2和基于先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下的由重量百分比为80％的PA66混合物与重量百分比为20％的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品(命名为PA66/20CF传统)和重量百分比为80％的PA66混合物与重量百分比为20％的玻璃纤维增聚酰胺复合材料制品(命名为PA66/20GF)进行性能测试，结果显示本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品2(PA66/20CF新型)与PA66/20GF和PA66/20CF传统相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。
实施例3
将PA6在100℃下烘干处理4h，按照如下重量百分比称取下述原料：PA6：78.2％，KH550：0.8％，抗氧剂1098：1％。
将称取的PA6，KH550，抗氧剂1098高速混合得到聚酰胺混合物3。
将聚酰胺混合物3放置于混炼注塑机进料口的精密失重称上，并将表面改性的碳纤维通过输送管道从侧料口输送到螺杆中，分别控制聚酰胺混合物3和碳纤维的进料速率，使得表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为20％。设置混炼注塑机的树脂熔融区和纤维混合区的温度为260℃，注塑区的温度为260℃，将混炼注塑机的螺杆转速设置为50RPM，使得聚酰胺混合物3和表面改性的碳纤维混合均匀得到熔融状态的复合材料3。
采用5bar的背压，将熔融状态的复合材料3直接注射到模具中，模具温度设置为70℃，保压3s，冷却40s得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品3。
本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品3的材料包括下述重量百分比的组分：PA6：78.2％，KH550：0.8％，抗氧剂1098：1％，表面改性的碳纤维20％。
性能测试：
(1)、烧蚀法检测得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品3中的碳纤维的平均长度为1.91mm。
(2)、依据ISO527和ISO178的规定，分别对碳纤维增强聚酰胺复合材料制品3(命名为PA 6/20CF新型)、基于先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下的由重量百分比为80％的聚酰胺6混合物与重量百分比为20％的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/20CF传统)和重量百分比为80％的聚酰胺6混合物与重量百分比为20％的玻璃纤维增聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/20GF)进行性能测试，结果显示本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品3(PA6/20CF新型)与PA6/20GF和PA6/20CF传统相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。
实施例4
将PA6在80℃下烘干处理5h，按照如下重量百分比称取下述原料：PA6：52.6％，KH550：0.7％，PS-g-MAH：6％，抗氧剂1010：0.7％。
将称取的PA6，KH550，抗氧剂1098高速混合得到聚酰胺混合物4。
将聚酰胺混合物4放置于混炼注塑机进料口的精密失重称上，并将表面改性的碳纤维通过输送管道从侧料口输送到螺杆中，分别控制聚酰胺混合物4和碳纤维的进料速率，使得表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为40％。设置混炼注塑机的树脂熔融区和纤维混合区的温度为270℃，注塑区的温度为265℃，将混炼注塑机的螺杆转速设置为60RPM，使得聚酰胺混合物4和表面改性的碳纤维混合均匀得到熔融状态的复合材料4。
采用8bar的背压，将熔融状态的复合材料4直接注射到模具中，模具温度设置为95℃，保压4s，冷却55s得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品4。
本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品4的材料包括下述重量百分比的组分：PA6：52.6％，KH550：0.7％，PS-g-MAH：6％，抗氧剂1010：0.7％，表面改性的碳纤维40％。
性能测试：
(1)、烧蚀法检测得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品4中的碳纤维的平均长度为2.03mm。
(2)、依据ISO527和ISO178的规定，分别对碳纤维增强聚酰胺复合材料制品4(命名为PA 6/40CF新型)、基于先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下的由重量百分比为60％的聚酰胺6混合物与重量百分比为40％的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/40CF传统)和重量百分比为60％的聚酰胺6混合物与重量百分比为40％的玻璃纤维增聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/40GF)进行性能测试，结果显示本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品4(PA6/40CF新型)与PA6/40GF和PA6/40CF传统相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。
实施例5
将PA6在85℃下烘干处理5h，按照如下重量百分比称取下述原料：PA6：40.7％，KH550：0.5％，PP-g-MAH：8％，抗氧剂168：0.3％，抗氧剂1098：0.5％。
将称取的PA6，KH550，抗氧剂1098高速混合得到聚酰胺混合物5。
将聚酰胺混合物5放置于混炼注塑机进料口的精密失重称上，并将表面改性的碳纤维通过输送管道从侧料口输送到螺杆中，分别控制聚酰胺混合物5和碳纤维的进料速率，使得表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为50％。设置混炼注塑机的树脂熔融区和纤维混合区的温度为280℃，注塑区的温度为270℃，将混炼注塑机的螺杆转速设置为30RPM，使得聚酰胺混合物5和表面改性的碳纤维混合均匀得到熔融状态的复合材料5。
采用5bar的背压，将熔融状态的复合材料5直接注射到模具中，模具温度设置为100℃，保压5s，冷却60s得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品5。
本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品5的材料包括下述重量百分比的组分：PA6：40.7％，KH550：0.5％，PP-g-MAH：8％，抗氧剂168：0.3％，抗氧剂1098：0.5％，表面改性的碳纤维50％。
性能测试：
(1)、烧蚀法检测得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品5中的碳纤维的平均长度为2.17mm。
(2)、依据ISO527和ISO178的规定，分别对碳纤维增强聚酰胺复合材料制品5(命名为PA 6/50CF新型)、基于先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下的由重量百分比为50％的聚酰胺6混合物与重量百分比为50％的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/50CF传统)和重量百分比为50％的聚酰胺6混合物与重量百分比为50％的玻璃纤维增聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/50GF)进行性能测试，结果显示本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品5(PA6/50CF新型)与PA6/50GF和PA6/50CF传统相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。
实施例6
将PA6在100℃下烘干处理4h，按照如下重量百分比称取下述原料：PA6：33.2％，KH550：0.4％，HDPE-g-MAH：6％，抗氧剂168：0.2％，抗氧剂1010：0.2％。
将称取的PA6，KH550，抗氧剂1098高速混合得到聚酰胺混合物6。
将聚酰胺混合物6放置于混炼注塑机进料口的精密失重称上，并将表面改性的碳纤维通过输送管道从侧料口输送到螺杆中，分别控制聚酰胺混合物6和碳纤维的进料速率，使得表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为60％。设置混炼注塑机的树脂熔融区和纤维混合区的温度为290℃，注塑区的温度为275℃，将混炼注塑机的螺杆转速设置为75RPM，使得聚酰胺混合物6和表面改性的碳纤维混合均匀得到熔融状态的复合材料6。
采用10bar的背压，将熔融状态的复合材料6直接注射到模具中，模具温度设置为85℃，保压4s，冷却45s得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品6。
本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品6的材料包括下述重量百分比的组分：PA6：33.2％，KH550：0.4％，HDPE-g-MAH：6％，抗氧剂168：0.2％，抗氧剂1010：0.2％，表面改性的碳纤维60％。
性能测试：
(1)、烧蚀法检测得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品6中的碳纤维的平均长度为2.21mm。
(2)、依据ISO527和ISO178的规定，分别对碳纤维增强聚酰胺复合材料制品6(命名为PA 6/60CF新型)、基于先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下的由重量百分比为40％的聚酰胺6混合物与重量百分比为60％的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/60CF传统)和重量百分比为40％的聚酰胺6混合物与重量百分比为60％的玻璃纤维增聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/60GF)进行性能测试，结果显示本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品6(PA6/60CF新型)与PA6/60GF和PA6/60CF传统相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。
实施例7
将PA6在90℃下烘干处理4.5h，按照如下重量百分比称取下述原料：PA6：28.2％，KH550：0.8％，HDPE-g-MAH：5％，PS-g-MAH：5％，抗氧剂1098：0.5％，抗氧剂1010：0.5％。
将称取的PA6，KH550，抗氧剂1098高速混合得到聚酰胺混合物7。
将聚酰胺混合物7放置于混炼注塑机进料口的精密失重称上，并将表面改性的碳纤维通过输送管道从侧料口输送到螺杆中，分别控制聚酰胺混合物7和碳纤维的进料速率，使得表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为60％。设置混炼注塑机的树脂熔融区和纤维混合区的温度为260℃，注塑区的温度为250℃，将混炼注塑机的螺杆转速设置为100RPM，使得聚酰胺混合物7和表面改性的碳纤维混合均匀得到熔融状态的复合材料7。
采用8bar的背压，将熔融状态的复合材料7直接注射到模具中，模具温度设置为85℃，保压4s，冷却45s得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品7。
本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分PA6：28.2％，KH550：0.8％，HDPE-g-MAH：5％，PS-g-MAH：5％，抗氧剂1098：0.5％，抗氧剂1010：0.5％，表面改性的碳纤维60％。
性能测试：
(1)、烧蚀法检测得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品7中的碳纤维的平均长度为1.52mm。
(2)、依据ISO527和ISO178的规定，分别对碳纤维增强聚酰胺复合材料制品7(命名为PA 6/60CF新型)、基于先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下的由重量百分比为40％的聚酰胺6混合物与重量百分比为60％的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/60CF传统)和重量百分比为40％的聚酰胺6混合物与重量百分比为60％的玻璃纤维增聚酰胺复合材料制品(命名为PA6/60GF)进行性能测试，结果显示本实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品7(PA6/60CF新型)与PA6/60GF和PA6/60CF传统相比，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均明显提高。
由以上结果可以看出，实施例1-7中任一实施例得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中的碳纤维长度在1.52mm～2.21mm范围内，远大于现有的先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺下制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中的碳纤维长度(约0.4mm)。且实施例1-7中任一实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均相对于传统的先挤出造粒再二次熔融注塑成型工艺以及玻璃纤维组成的复合材料制品均有明显提高。这主要是由于本发明使用的碳纤维为表面经过热塑性上浆处理的碳纤维，与聚酰胺基体均有较好的相容性，硅烷偶联剂和相容剂的添加进一步增加了表面改性的碳纤维和聚酰胺基体的相容性，从而使得聚酰胺能够很好的浸润碳纤维，聚酰胺与碳纤维之间的剪切轻度较高；进一步地，本发明实施例制备得到的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中碳纤维的长度较大，较大的纤维长度能够使得碳纤维与聚酰胺基体表面具有较强的连接强度，碳纤维不容易从聚酰胺基体脱出，碳纤维能够起到较好的增强作用。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效物品或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，其特征在于，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺28.2％～79.2％，表面改性的碳纤维20％～60％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品通过一次混合注塑得到；所述表面改性的碳纤维通过热塑性上浆剂处理得到；所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中碳纤维的平均长度达1.52mm～2.21mm。
2.如权利要求1所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，其特征在于，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的材料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺40.7％～78.2％，表面改性的碳纤维20％～50％，硅烷偶联剂0.5％～0.8％，相容剂0％～8％，抗氧剂0.6％～1％。
3.如权利要求1或2所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，其特征在于，所述相容剂包括高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐和聚苯乙烯接枝马来酸酐中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品，其特征在于，所述聚酰胺的熔融指数大于或等于15g/10min。
5.一种碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法包括：
按照如下重量百分比称取下述原料：聚酰胺28.2％～79.2％，硅烷偶联剂0.4％～0.8％，相容剂0％～10％，抗氧剂0.4％～1％；
将称取的所述聚酰胺，所述硅烷偶联剂，所述相容剂和所述抗氧剂混合均匀得到聚酰胺混合物；
将所述聚酰胺混合物从混炼注塑机的进料口进料，将表面改性的碳纤维从侧料口进料，以使所述聚酰胺混合物和所述表面改性的碳纤维在所述混炼注塑机中混合得到熔融状态下的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其中，控制所述聚酰胺混合物和所述表面改性的碳纤维的进料速率，使表面改性的碳纤维在总原料中的重量百分比为20％～60％；
将混炼注塑机中熔融状态下的所述碳纤维增强聚酰胺复合材料注射到模具中，冷却得到碳纤维增强聚酰胺复合材料制品；所述表面改性的碳纤维通过热塑性上浆剂处理得到；所述碳纤维增强聚酰胺复合材料制品中碳纤维的平均长度达1.52mm～2.21mm。
6.如权利要求5所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述混炼注塑机包括树脂熔融区、纤维混合区和注塑区，所述树脂熔融区和纤维混合区的温度为(T0+40℃)～(T0+70℃)，所述注塑区的温度为(T0+30℃)～(T0+50℃)，其中，T0表示所述聚酰胺的熔点。
7.如权利要求5所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述混炼注塑机的螺杆转速为30RPM～100RPM。
8.如权利要求5所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺在称取前在80℃～110℃下烘干处理3h～5h。
9.如权利要求5～8中任一项所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述相容剂包括高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐和聚苯乙烯接枝马来酸酐中的至少一种，所述聚酰胺的熔融指数大于或等于15g/10min。
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