CN112080101B - 碳纤维复合材料及其制备方法、包含其的增强型超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚乙烯技术领域，公开了一种碳纤维复合材料包括柔性体以及分散于柔性体中的改性碳纤维，各组分按体积分数计，改性碳纤维占50％～70％，余量为柔性体；柔性体包括聚氨酯丙烯酸酯，改性碳纤维为无机纳米粒子接枝碳纤维。还公开了增强型超高分子量聚乙烯组合物，各组分按重量份数计，包括超高分子量聚乙烯100份，低密度聚乙烯10份～20份，碳纤维复合材料10份～60份，偶联剂0.5份～3份，抗氧剂0.5份～5份，润滑剂为2份～4份。同时公开了组合物的制备方法。本申请的碳纤维复合材料达到提升碳纤维的强度、碳纤维与基材树脂的稳固性佳、热稳定优良、适于加工的优势。将此碳纤维复合材料应用于超高分子量聚乙烯中达到提升超高分子量聚乙烯的耐候性和力学性能。

Description

碳纤维复合材料及其制备方法、包含其的增强型超高分子量 聚乙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于聚乙烯技术领域，具体地说，涉及碳纤维复合材料及其制备方法、包含其的增强型超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法。
背景技术
当前多采用将碳纤维加入至超高分子量聚乙烯中形成树脂基复合材料用以提升树脂的力学性能。由于碳纤维与聚乙烯树脂之间的界面交互作用弱，所以碳纤维并不能很好地分散于聚乙烯树脂中，现有技术中采用以下技术手段进行改进：①碳纤维进行蚀刻处理，用以提升碳纤维表面的粗糙度，方便与聚乙烯树脂之间形成物理吸附作用；②碳纤维接枝柔性高分子，柔性高分子与聚乙烯树脂形成机械咬合作用，从而加强碳纤维与聚乙烯树脂之间的界面强度，由于柔性高分子链长的可延展性，树脂基复合材料在受力过程中，能够通过柔性高分子链将应力传递至碳纤维，达到应力分散的目的；③加入界面改性剂，界面改性剂多采用硅烷偶联剂，能够对碳纤维表面和聚乙烯树脂表面同时进行改性处理，使得聚乙烯树脂与碳纤维接枝形成共聚物。
上述的改进方式存在以下弊端；①碳纤维经蚀刻处理后，碳纤维内部的无序结构暴露，使得碳纤维的抗拉强度降低，从而导致树脂基复合材料的强度降低；②碳纤维接枝柔性高分子后，抗拉强度变低；③采用硅烷偶联剂进行改性时，由于聚乙烯的聚烯烃结构没有活性基团，因而不能与硅烷偶联剂形成化学键，使得聚乙烯树脂与碳纤维之间的连接强度弱。
因此，如何克服上述弊端，成为目前急需解决的问题。专利文献1就提供了一种补强填料，用于解决上述问题。
<专利文献>
专利文献1：公开号为CN111356723A
专利文献1提供了用于补强塑料的经聚乙烯醇施胶的填料，采用了聚乙烯醇及其共聚物、或者硅烷改性的聚乙烯醇作为填料，可应用于基材树脂中。聚乙烯醇是一种成膜剂，具有一定的粘接性和强度，将聚乙烯醇应用于碳纤维和树脂基材时，聚乙烯醇与碳纤维的结合度较差，虽然可通过硅烷改性处理，但硅烷改性后的聚乙烯醇仅是通过部分化学吸附和物理吸附连接在一起，并未对碳纤维和基材树脂之间的界面交互作用做出过多贡献。由于基材树脂多是通过挤压熔融制得，在高温作用下，聚乙烯醇发生热分解，从而易导致聚乙烯醇与碳纤维、基材树脂之间的作用强度降低。
鉴于此，提供一种加强碳纤维与基材树脂之间的界面强度以及热稳定性的改性材料。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种碳纤维复合材料，用以解决碳纤维与基材树脂热稳定性差、连接牢固差的技术问题，采用本申请的碳纤维复合材料达到碳纤维强度提高、碳纤维与基材树脂的稳固性佳、热稳定优良、适于加工的优势。
具体地，一种碳纤维复合材料，包括柔性体以及分散于柔性体中的改性碳纤维，各组分按体积分数计，改性碳纤维占50％～70％，余量为柔性体；柔性体包括聚氨酯丙烯酸酯，改性碳纤维为无机纳米粒子接枝碳纤维。
碳纤维接枝无机纳米粒子，能够提升碳纤维的力学性能，在碳纤维接枝、改性或者蚀刻的过程中，虽可以提升碳纤维与基材树脂的交合作用，但对碳纤维结构存在损坏，从而引起碳纤维抗拉强度等力学性能的下降，因而通过先将碳纤维进行无机纳米粒子接枝，能够弥补碳纤维经过改性处理出现的抗拉强度下降的问题。通过聚氨酯丙烯酸酯对改性碳纤维进行分散改性处理，得到复合材料，能够提升碳纤维与基材树脂之间的粘接牢固性。这是由于聚氨酯丙烯酸酯具有独特的硬软段结构，硬段结构提供以基体强度和热稳定性，软段结构提供以基体柔性和延展性。聚氨酯丙烯酸酯中的活性基团能够与无机纳米粒子以及碳纤维发生接枝作用，提升牢固度。碳纤维复合材料与基材树脂共混形成混合体系后，在环境力的作用下，基材树脂通过界面交互处将应力传递至碳纤维，起着应力分散的作用。由于聚氨酯丙烯酸酯还有着一定的强度，能够避免环境力对界面处的应力集中时，界面处出现断裂的情况。聚氨酯丙烯酸酯加工温度宽、耐酸碱，应用于基材树脂时，不会出现热降解的情况。此外，由于碳纤维上无机纳米粒子的存在，无机纳米粒子可以对聚氨酯丙烯酸酯起着改性作用，提升聚氨酯丙烯酸酯的强度和耐候性。
本发明进一步的目的在于，提供一种碳纤维复合材料的制备方法，有着制备方法简单，工序少的有益效果。
具体地，一种碳纤维复合材料的制备方法，将柔性体和改性碳纤维超声搅拌处理即可，超声时间为40min～60min，温度为60℃～80℃。
本发明再进一步的目的在于，提供一种增强型超高分子量聚乙烯组合物用以解决当前存在的聚乙烯板材力学性能差、耐候性差的问题，采用本申请的增强型超高分子量聚乙烯组合物具有稳定性佳、耐磨损、耐腐蚀、强度高的优势。
具体地，一种增强型超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，各组分按重量份数计，包括超高分子量聚乙烯100份，低密度聚乙烯10份～20份，碳纤维复合材料10份～60份，偶联剂0.5份～3份，抗氧剂0.5份～5份，润滑剂为2份～4份。
本发明更进一步的目的在于，提供一种增强型超高分子量聚乙烯组合物的制备方法，具有制备方法简单，工序少，提升加工效率的优势。
具体地，一种增强型超高分子量聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯、低密度聚乙烯、碳纤维复合材料、偶联剂、抗氧剂和润滑剂加入密炼机中进行密炼，得到混炼胶；将混炼胶经热压成型、冷压
本发明的有益效果表现在：
本申请的碳纤维复合材料达到提升碳纤维的强度、碳纤维与基材树脂的稳固性佳、热稳定优良、适于加工的优势。将此碳纤维复合材料应用于超高分子量聚乙烯中不仅能够提升加工流动性，且能够提升超高分子量聚乙烯的耐候性和力学性能。
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，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一，本发明提供了一种碳纤维复合材料，包括柔性体以及分散于柔性体中的改性碳纤维，各组分按体积分数计，改性碳纤维占35％～50％，余量为柔性体；柔性体包括聚氨酯丙烯酸酯，改性碳纤维为无机纳米粒子接枝碳纤维。
本发明中，柔性体还包括环氧树脂，柔性体中各组分按体积分数计，环氧树脂占3％～6％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。聚氨酯丙烯酸酯分子结构中具备的极性基团能够与含有活泼氢的物质如聚乙烯树脂作用形成键能较大的化合键，从而提升其粘附性能。但由于聚氨酯丙烯酸酯的初粘性不高，在初期使用过程中，容易造成碳纤维与基材树脂之间的连接强度低的问题。因而采取选用加入环氧树脂的方式对聚氨酯丙烯酸酯进行改性，环氧树脂的粘合性能好、强度高、耐腐性佳，能够提升聚氨酯丙烯酸酯的粘合性能。环氧树脂有利于聚氨酯丙烯酸酯中聚氨酯与聚丙烯酸酯之间的混合、相互作用以及缠结，环氧树脂/聚氨酯丙烯酸酯形成交联网络结构，能够增强柔性体的热稳定性、力学性能和粘接性能。同时环氧树脂还具有耐高温特性，能够提升聚氨酯丙烯酸酯的耐高温性能。此外，环氧树脂能够提升混合体系的流动性，使得基材树脂易于加工。碳纤维/无机纳米粒子与环氧树脂形成化学键，依靠其键能作用进一步提升碳纤维与基材纤维的连接强度。若环氧树脂的添加量过多，体系的黏度会上升，造成碳纤维复合材料与基体树脂加工性能差、环氧树脂容易与聚氨酯丙烯酸酯出现相分离，进而降低粘接强度。
本发明中，聚氨酯丙烯酸酯是以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯对聚氨酯进行改性得到的。甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯中含有羧基、磺酸基团等可离子化的功能团，通过与聚氨酯反应后在聚氨酯预聚物的侧链中引入可离子化的功能基团，从而形成的耐低温、力学性能优异、柔韧性佳、胶粘力佳的聚氨酯丙烯酸酯。
本发明中，聚氨酯丙烯酸酯的制备方法，包括如下步骤：丙酮中加入多异氰酸酯和聚醚二元醇，升温至50℃～70℃，加入锡类催化剂，升温至70℃～90℃，恒温搅拌2h～5h；降温至50℃～70℃，加入甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，继续反应2h～5h，加入中和剂，反应20min～40min，加入去离子水进行高速搅拌，得到固含量为40％～80％的乳液。丙酮、多异氰酸酯、聚醚二元醇、锡类催化剂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、中和剂的质量比为1～5:1～4:1:0.5～5:0.2～4:0.2～4:0.05～3；搅拌速度为1000r/min～3000r/min。
本发明中，改性碳纤维的制备方法为，将无机纳米粒子分散于有机溶剂中，有机溶剂为无水乙醇与硅烷偶联剂的混合溶液，无水乙醇与硅烷偶联剂的体积比为3:0.05～0.2，加入碳纤维后超声振荡处理进行反应，反应后用无水乙醇反复抽滤，得到接枝有无机纳米粒子的碳纤维。超声时间为20min～40min，温度为80℃～120℃。碳纤维:无机纳米粒子:有机溶剂的质量比为10～30:5～15:70～100。
本发明中，无机纳米粒子选用TiO2、SiO2、MgO、ZnO或硅溶胶。
本发明中，为了提升碳纤维与基材树脂的连接强度，对碳纤维进行蚀刻处理，蚀刻处理可选用常规的电化学法、等离子体法、涂层法等即可。对碳纤维进行蚀刻处理后，由于碳纤维与无机纳米粒子的键和，能够弥补碳纤维蚀刻后出现的碳纤维抗拉强度下降的情况。
本发明中，硅烷偶联剂可以是本领域常用的硅烷偶联剂，还可以是有机硅过氧化物偶联剂。
第二，本发明提供了一种碳纤维复合材料的制备方法，将柔性体和改性碳纤维超声搅拌处理即可，超声时间为40min～60min，温度为60℃～80℃。
第三，本发明提供了一种增强型超高分子量聚乙烯组合物，各组分按重量份数计，包括超高分子量聚乙烯100份，低密度聚乙烯10份～20份，碳纤维复合材料10份～60份，偶联剂0.5份～3份，抗氧剂0.5份～5份，润滑剂为2份～4份。
本发明中，偶联剂为有机硅过氧化物偶联剂。
本发明中，有机硅过氧化物偶联剂选用乙烯基三特丁基过氧硅烷。
这是由于常规的硅烷偶联剂对于极性较弱或者非极性的物质粘接性差，采用常用的硅烷偶联剂虽然能够对改性碳纤维和基材树脂进行改性，使得两者键和，但由于聚乙烯是无极性基团，使得改性碳纤维和基材树脂之间连接强度差，无法进一步提升键和强度。但是采用有机硅过氧化物偶联剂能够对两者进行很好的偶联效果，这是由于碳纤维和基材树脂在加工过程中，加工产生的高温使得有机硅过氧化物偶联剂发生热分解，过氧键断裂后生成活泼的游离基，游离基不仅能够使得改性碳纤维与基材树脂进行偶联，同时由于混合体系中还包括柔性体，还能够使得柔性体各组分之间，柔性体与基材树脂之间发生偶联，进一步提升混合体系的偶联作用。有机硅过氧化物偶联剂选用乙烯基三特丁基过氧硅烷。
第四，本发明提供了一种增强型超高分子量聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯、低密度聚乙烯、碳纤维复合材料、偶联剂、抗氧剂和润滑剂加入密炼机中进行密炼，得到混炼胶；
将混炼胶经热压成型、冷压定型，得到增强型超高分子量聚乙烯组合物。
本发明中，密炼温度为120℃～170℃，时间为3min～5min。
<实施例>
实施例1
一种碳纤维复合材料，包括聚氨酯丙烯酸酯和改性碳纤维，按体积分数计，改性碳纤维占55％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。
聚氨酯丙烯酸酯的制备方法为，丙酮中加入多异氰酸酯和聚醚二元醇，升温至60℃，加入锡类催化剂，升温至80℃，恒温搅拌3h；降温至60℃，加入甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，继续反应3h，加入中和剂，反应25min，加入去离子水进行高速搅拌，得到固含量为55％的乳液。丙酮、多异氰酸酯、聚醚二元醇、锡类催化剂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、中和剂的质量比为3:2:1:3:1.5:2:1.5；搅拌速度为2000r/min。
改性碳纤维的制备方法为，将SiO2分散于有机溶剂中，有机溶剂为无水乙醇与硅烷偶联剂的混合溶液，无水乙醇与硅烷偶联剂的体积比为3:0.1，加入碳纤维后，超声振荡处理进行反应，反应后用无水乙醇反复抽滤，得到接枝有SiO2的碳纤维；碳纤维:SiO2:有机溶剂的质量比为25:10:100；超声时间为25min，温度为100℃。
碳纤维复合材料的制备方法为，将聚氨酯丙烯酸酯和改性碳纤维超声搅拌处理即可，超声时间为25min，温度为80℃。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，碳纤维复合材料按体积分数计，改性碳纤维占70％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，碳纤维复合材料按体积分数计，改性碳纤维占50％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，聚氨酯丙烯酸酯的固含量为75％。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，聚氨酯丙烯酸酯的固含量为45％。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，改性碳纤维的制备方法中，碳纤维:SiO2:有机溶剂的质量比为30:10:100。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于，改性碳纤维的制备方法中，碳纤维:SiO2:有机溶剂的质量比为10:5:100。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于，将SiO2替换为硅溶胶，在另一种实施方式中可以替换为TiO2、MgO或ZnO。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于，改性碳纤维中的碳纤维先进行蚀刻处理，蚀刻处理的方法为，以0.5mol/L碳酸氢铵作为电解质溶液，电流密度为0.15mA/cm2，电解温度30℃，电解时间90s～150s，对碳纤维进行连续化电化学氧化处理；用循环蒸馏水清洗，除去纤维表面残余的电解质；再经100℃干燥上胶收丝。
实施例10
本实施例与实施例1的区别在于，碳纤维复合材料中还包括环氧树脂，各组分按体积分数计，改性碳纤维占55％，余量为环氧树脂和聚氨酯丙烯酸酯的共混物，环氧树脂占聚氨酯丙烯酸酯体积的3％。
实施例11
本实施例与实施例1的区别在于，碳纤维复合材料中还包括环氧树脂，各组分按体积分数计，改性碳纤维占55％，余量为环氧树脂和聚氨酯丙烯酸酯的共混物，环氧树脂占聚氨酯丙烯酸酯体积的5％。
实施例12
本实施例与实施例1的区别在于，碳纤维复合材料中还包括环氧树脂，各组分按体积分数计，改性碳纤维占55％，余量为环氧树脂和聚氨酯丙烯酸酯的共混物，环氧树脂占聚氨酯丙烯酸酯体积的6％。
实施例13
一种碳纤维复合材料，包括聚氨酯丙烯酸酯和改性碳纤维，按体积分数计，改性碳纤维占65％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。
聚氨酯丙烯酸酯的制备方法为，丙酮中加入多异氰酸酯和聚醚二元醇，升温至80℃，加入锡类催化剂，升温至90℃，恒温搅拌4h；降温至80℃，加入甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，继续反应5h，加入中和剂，反应40min，加入去离子水进行高速搅拌，得到固含量为70％的乳液。丙酮、多异氰酸酯、聚醚二元醇、锡类催化剂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、中和剂的质量比为5:1:1:0.5:0.5:0.5:3；搅拌速度为3000r/min。
改性碳纤维的制备方法为，将SiO2分散于有机溶剂中，有机溶剂为无水乙醇与硅烷偶联剂的混合溶液，无水乙醇与硅烷偶联剂的体积比为3:0.2，加入碳纤维后超声振荡处理进行反应，反应后用无水乙醇反复抽滤，得到接枝有SiO2的碳纤维；碳纤维:SiO2:有机溶剂的质量比为25:10:100；超声时间为40min，温度为120℃。
碳纤维复合材料的制备方法为，将聚氨酯丙烯酸酯和改性碳纤维超声搅拌处理即可，超声时间为20min，温度为120℃。
实施例14
一种碳纤维复合材料，包括聚氨酯丙烯酸酯和改性碳纤维，按体积分数计，改性碳纤维占35％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。
聚氨酯丙烯酸酯的制备方法为，丙酮中加入多异氰酸酯和聚醚二元醇，升温至50℃，加入锡类催化剂，升温至70℃，恒温搅拌3h；降温至50℃，加入甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，继续反应2h，加入中和剂，反应40min，加入去离子水进行高速搅拌，得到固含量为40％的乳液。丙酮、多异氰酸酯、聚醚二元醇、锡类催化剂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、中和剂的质量比为1:4:1:5:4:4:0.05；搅拌速度为1000r/min。
改性碳纤维的制备方法为，将SiO2分散于有机溶剂中，有机溶剂为无水乙醇与硅烷偶联剂的混合溶液，无水乙醇与硅烷偶联剂的体积比为3:0.05，加入碳纤维后超声振荡处理进行反应，反应后用无水乙醇反复抽滤，得到接枝有SiO2的碳纤维；碳纤维:SiO2:有机溶剂的质量比为25:15:70；超声时间为25min，温度为80℃。
碳纤维复合材料的制备方法为，将聚氨酯丙烯酸酯和改性碳纤维超声搅拌处理即可，超声时间为40min，温度为80℃。
实施例15-26
一种增强型超高分子量聚乙烯组合物，各组分按重量份数计，包括超高分子量聚乙烯100份，低密度聚乙烯12份，实施例1-12制得的碳纤维复合材料40份，偶联剂2份，抗氧剂1.5份，润滑剂为3份。
Figure BDA0002692595620000111
实施例27
本实施例与实施例15的区别在于，偶联剂为乙烯基三特丁基过氧硅烷。
实施例28
一种增强型超高分子量聚乙烯组合物，各组分按重量份数计，包括超高分子量聚乙烯100份，低密度聚乙烯10份，实施例13制得的碳纤维复合材料60份，偶联剂0.5份，抗氧剂5份，润滑剂为2份。
实施例29
一种增强型超高分子量聚乙烯组合物，各组分按重量份数计，包括超高分子量聚乙烯100份，低密度聚乙烯20份，实施例14制得的碳纤维复合材料10份，偶联剂3份，抗氧剂4份，润滑剂为4份。
实施例30
制备实施例15-29中的增强型超高分子量聚乙烯组合物的方法，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯、低密度聚乙烯、碳纤维复合材料、偶联剂、抗氧剂和润滑剂加入密炼机中进行密炼，得到混炼胶；将混炼胶经热压成型、冷压定型，得到增强型超高分子量聚乙烯组合物。密炼温度为150℃，时间为3min。
实施例31
制备实施例15-29中的增强型超高分子量聚乙烯组合物的方法，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯、低密度聚乙烯、碳纤维复合材料、偶联剂、抗氧剂和润滑剂加入密炼机中进行密炼，得到混炼胶；将混炼胶经热压成型、冷压定型，得到增强型超高分子量聚乙烯组合物。密炼温度为120℃，时间为5min。
实施例32
制备实施例15-29中的增强型超高分子量聚乙烯组合物的方法，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯、低密度聚乙烯、碳纤维复合材料、偶联剂、抗氧剂和润滑剂加入密炼机中进行密炼，得到混炼胶；将混炼胶经热压成型、冷压定型，得到增强型超高分子量聚乙烯组合物。密炼温度为170℃，时间为3min。
<对比例>
对比例1
本对比例与实施例15的区别在于，碳纤维复合材料替换为常规的碳纤维。
对比例2
本对比例与实施例15的区别在于，碳纤维复合材料替换为经硅烷偶联剂改性的碳纤维。
对比例3
本对比例与实施例15的区别在于，碳纤维复合材料的各组分按体积分数计，改性碳纤维占75％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。
对比例4
本对比例与实施例15的区别在于，碳纤维复合材料的各组分按体积分数计，改性碳纤维占45％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。
对比例5
本对比例与实施例15的区别在于，聚氨酯丙烯酸酯的固含量为35％。
对比例6
本对比例与实施例15的区别在于，聚氨酯丙烯酸酯的固含量为85％。
对比例7
本对比例与实施例15的区别在于，改性碳纤维的制备方法中，碳纤维:SiO2:有机溶剂的质量比为8:15:100。
对比例8
本对比例与实施例15的区别在于，改性碳纤维的制备方法中，碳纤维:SiO2:有机溶剂的质量比为30:3:100。
<试验例>
实施例15-21,23-26及对比例1-8作为样品进行力学性能测试。
实验结果如表1所示。
表1不同样品的力学性能测试结果
Figure BDA0002692595620000141
综上所述，通过聚酰胺丙烯酸酯对碳纤维进行改性后，在于聚乙烯树脂形成的共混物制品，可得到冲击强度、拉伸强度、弯曲度均优异的力学性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳纤维复合材料，其特征在于，包括柔性体以及分散于所述柔性体中的改性碳纤维，各组分按体积分数计，改性碳纤维占50％～70％，余量为柔性体；所述柔性体包括聚氨酯丙烯酸酯，所述改性碳纤维为无机纳米粒子接枝碳纤维；
改性碳纤维的制备方法，包括如下步骤：
将无机纳米粒子分散于有机溶剂中，有机溶剂为无水乙醇与硅烷偶联剂的混合溶液，无水乙醇与硅烷偶联剂的体积比为3:0.05～0.2，加入碳纤维并进行超声振荡处理进行反应，反应后用无水乙醇反复抽滤，得到接枝有无机纳米粒子的碳纤维；碳纤维:无机纳米粒子:有机溶剂的质量比为10～30:5～15:70～100。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料，其特征在于，所述柔性体还包括环氧树脂，所述柔性体中各组分按体积分数计，环氧树脂占3％～6％，余量为聚氨酯丙烯酸酯。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维复合材料，其特征在于，聚氨酯丙烯酸酯是以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯对聚氨酯进行改性得到的。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料，其特征在于，超声时间为20min～40min，温度为80℃～120℃。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料，其特征在于，无机纳米粒子选用TiO2、SiO2、MgO、ZnO或硅溶胶。
6.一种如权利要求1至5中任意一项所述的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，将柔性体和改性碳纤维超声搅拌处理即可，超声时间为40min～60min，温度为60℃～80℃。
7.一种增强型超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，各组分按重量份数计，包括超高分子量聚乙烯100份，低密度聚乙烯10份～20份，权利要求1至5中任意一项所述的碳纤维复合材料10份～60份，偶联剂0.5份～3份，抗氧剂0.5份～5份，润滑剂为2份～4份。
8.根据权利要求7所述的增强型超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述偶联剂为有机硅过氧化物偶联剂。
9.一种如权利要求7或8所述的增强型超高分子量聚乙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯、低密度聚乙烯、碳纤维复合材料、偶联剂、抗氧剂和润滑剂加入密炼机中进行密炼，得到混炼胶；
将混炼胶经热压成型、冷压定型，得到增强型超高分子量聚乙烯组合物。
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