CN115434039A - 一种低成本碳纤维材料配方 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本碳纤维材料配方，将纳米二氧化硅与聚酯有效结合，在结合中生成润滑型聚酯，能够降低成品的摩擦系数，减少摩擦损伤，同时通过该反应，实现了纳米二氧化硅在聚酯中的有效相容，提高了成品的力学稳定性强度。

Description

一种低成本碳纤维材料配方
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种低成本碳纤维材料配方。
背景技术
聚碳酸酯是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具有UL94 V-0级阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型的器件；同时，聚酯树脂具高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广；具有高度透明性及自由染色性；成形收缩率低、尺寸安定性良好；耐疲劳性差；耐候性佳；电气特性优；无味无臭对人体无害符合卫生安全；
而将改性处理的聚碳酸酯与聚丙烯腈共混，制成高质量的碳纤维材料目前还没有公开文献报告。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种低成本碳纤维材料配方。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种低成本碳纤维材料配方，它包括了下述重量份的各原料：
丙烯腈190-200、过氧化二苯甲酰2-3、异氰尿酸三缩水甘油酯4-6、改性聚酯20-30。
所述改性聚酯的制备方法，包括以下步骤：
(1)取0.4-1重量份的乙酰丙酮钙，加入到其重量30-44倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入0.1-0.2重量份的sp-80，在55-60℃下保温搅拌3-5分钟，得醇分散液；
(2)取10-14重量份的纳米二氧化硅、4-5重量份的三羟甲基丙烷混合，加入到混合料重量30-40倍的去离子水中，超声10-20分钟，得预混液；
(3)取上述醇分散液、预混液混合，送入到70-75℃的恒温水浴中，搅拌反应30-40分钟，旋转蒸发，除去乙醇，得纳米分散液；
(4)取6-7重量份的油酸，加入到其重量15-20倍的甲苯中，搅拌均匀，得甲苯溶液；
(5)取100-107重量份的三亚甲基碳酸酯，加入到上述甲苯溶液中，在60-65℃下保温搅拌10-20分钟，送入到反应釜中，通入氮气，加入0.1-0.2重量份的1,6-己二醇、0.4-1重量份的辛酸亚锡，调节反应釜温度为126-130℃，保温反应20-23小时，出料，过滤，将沉淀用甲苯、水依次洗涤，常温干燥，得油酸改性聚酯；
(6)取上述油酸改性聚酯，加入到上述纳米分散液中，送入到反应釜中，搅拌均匀，加入0.1-0.2重量份的催化剂，调节真空度为0.09-0.1Mpa，调节反应釜温度为90-95℃，保温搅拌2-3小时，出料，过滤，将沉淀水洗，50-55℃下真空干燥4-5小时，即得所述改性聚酯。
所述的催化剂为对甲基苯磺酸。
所述碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取过氧化二苯甲酰，加入到其重量40-50倍的丙酮中，搅拌均匀，得引发剂溶液；
(2)取丙烯腈，与异氰尿酸三缩水甘油酯混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为45-50℃，滴加上述引发剂溶液，滴加完毕后加入改性聚酯，升高反应釜温度为70-75℃，保温搅拌3-5小时，出料，旋转除去丙酮；
(3)加入到二甲基甲酰胺中，搅拌溶解，纺丝，碳化处理，即得。
所述碳化处理的温度为1000-1200℃，碳化处理的时间为100-300min。
本发明的优点：
本发明加入的改性聚酯：首先将纳米二氧化硅与三羟甲基丙烷混合，采用水溶液分散，然后采用乙酰丙酮钙处理，提高了成品材料的耐热温度性，然后以三亚甲基碳酸酯为单体，通过与油酸共混掺杂，通过聚合得到油酸掺杂的聚酯，之后与改性的纳米二氧化硅分散液共混，以对甲基苯磺酸为催化剂，通过油酸与三羟甲基丙烷的反应，得到油酸酯改性的聚酯材料，该油酸酯具有很好的润滑性，能够降低成品的摩擦系数，减少摩擦损伤，同时通过该反应，实现了纳米二氧化硅在聚酯中的有效相容，提高了成品的力学稳定性强度，本发明将改性聚酯与丙烯腈单体共混聚合，
具体实施方式
实施例1
一种低成本碳纤维材料配方，它包括了下述重量份的各原料：
丙烯腈190、过氧化二苯甲酰2、异氰尿酸三缩水甘油酯4、改性聚酯20。
所述改性聚酯的制备方法，包括以下步骤：
(1)取0.4重量份的乙酰丙酮钙，加入到其重量30倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入0.1重量份的sp-80，在55-60℃下保温搅拌3分钟，得醇分散液；
(2)取10重量份的纳米二氧化硅、4重量份的三羟甲基丙烷混合，加入到混合料重量30倍的去离子水中，超声10分钟，得预混液；
(3)取上述醇分散液、预混液混合，送入到70℃的恒温水浴中，搅拌反应30分钟，旋转蒸发，除去乙醇，得纳米分散液；
(4)取6重量份的油酸，加入到其重量15倍的甲苯中，搅拌均匀，得甲苯溶液；
(5)取100重量份的三亚甲基碳酸酯，加入到上述甲苯溶液中，在60℃下保温搅拌10分钟，送入到反应釜中，通入氮气，加入0.1重量份的1,6己二醇、0.4重量份的辛酸亚锡，调节反应釜温度为126℃，保温反应20小时，出料，过滤，将沉淀用甲苯、水依次洗涤，常温干燥，得油酸改性聚酯；
(6)取上述油酸改性聚酯，加入到上述纳米分散液中，送入到反应釜中，搅拌均匀，加入0.1重量份的催化剂，调节真空度为0.09Mpa，调节反应釜温度为90℃，保温搅拌2小时，出料，过滤，将沉淀水洗，50℃下真空干燥4小时，即得所述改性聚酯。
所述的催化剂为对甲基苯磺酸。
所述碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取过氧化二苯甲酰，加入到其重量40倍的丙酮中，搅拌均匀，得引发剂溶液；
(2)取丙烯腈，与异氰尿酸三缩水甘油酯混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为45℃，滴加上述引发剂溶液，滴加完毕后加入改性聚酯，升高反应釜温度为70℃，保温搅拌3小时，出料，旋转除去丙酮；
(3)加入到二甲基甲酰胺中，搅拌溶解，纺丝，碳化处理，即得。
所述碳化处理的温度为1200℃，碳化处理的时间为100min。
实施例2
一种低成本碳纤维材料配方，它包括了下述重量份的各原料：
丙烯腈200、过氧化二苯甲酰3、异氰尿酸三缩水甘油酯6、改性聚酯30。
所述改性聚酯的制备方法，包括以下步骤：
(1)取1重量份的乙酰丙酮钙，加入到其重量44倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入0.2重量份的sp-80，在60℃下保温搅拌5分钟，得醇分散液；
(2)取14重量份的纳米二氧化硅、5重量份的三羟甲基丙烷混合，加入到混合料重量40倍的去离子水中，超声20分钟，得预混液；
(3)取上述醇分散液、预混液混合，送入到75℃的恒温水浴中，搅拌反应40分钟，旋转蒸发，除去乙醇，得纳米分散液；
(4)取7重量份的油酸，加入到其重量20倍的甲苯中，搅拌均匀，得甲苯溶液；
(5)取107重量份的三亚甲基碳酸酯，加入到上述甲苯溶液中，在65℃下保温搅拌20分钟，送入到反应釜中，通入氮气，加入0.2重量份的1,6-己二醇、1重量份的辛酸亚锡，调节反应釜温度为126-130℃，保温反应20-23小时，出料，过滤，将沉淀用甲苯、水依次洗涤，常温干燥，得油酸改性聚酯；
(6)取上述油酸改性聚酯，加入到上述纳米分散液中，送入到反应釜中，搅拌均匀，加入0.2重量份的催化剂，调节真空度为0.1Mpa，调节反应釜温度为95℃，保温搅拌3小时，出料，过滤，将沉淀水洗，55℃下真空干燥5小时，即得所述改性聚酯。
所述的催化剂为对甲基苯磺酸。
所述碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取过氧化二苯甲酰，加入到其重量50倍的丙酮中，搅拌均匀，得引发剂溶液；
(2)取丙烯腈，与异氰尿酸三缩水甘油酯混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为50℃，滴加上述引发剂溶液，滴加完毕后加入改性聚酯，升高反应釜温度为75℃，保温搅拌5小时，出料，旋转除去丙酮；
(3)加入到二甲基甲酰胺中，搅拌溶解，纺丝，碳化处理，即得。
所述碳化处理的温度为1000℃，碳化处理的时间为300min。
对比性能测试：
加工成测试样条，与市售碳纤维和CN201911383063.9中的碳纤维进行对比。
Figure BDA0003884829900000071

Claims (5)

1.一种低成本碳纤维材料配方，其特征在于，它包括了下述重量份的各原料：
丙烯腈190-200、过氧化二苯甲酰2-3、异氰尿酸三缩水甘油酯4-6、改性聚酯20-30。
2.根据权利要求1所述的一种低成本碳纤维材料配方，其特征在于，所述改性聚酯的制备方法，包括以下步骤：
(1)取0.4-1重量份的乙酰丙酮钙，加入到其重量30-44倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入0.1-0.2重量份的sp-80，在55-60℃下保温搅拌3-5分钟，得醇分散液；
(2)取10-14重量份的纳米二氧化硅、4-5重量份的三羟甲基丙烷混合，加入到混合料重量30-40倍的去离子水中，超声10-20分钟，得预混液；
(3)取上述醇分散液、预混液混合，送入到70-75℃的恒温水浴中，搅拌反应30-40分钟，旋转蒸发，除去乙醇，得纳米分散液；
(4)取6-7重量份的油酸，加入到其重量15-20倍的甲苯中，搅拌均匀，得甲苯溶液；
(5)取100-107重量份的三亚甲基碳酸酯，加入到上述甲苯溶液中，在60-65℃下保温搅拌10-20分钟，送入到反应釜中，通入氮气，加入0.1-0.2重量份的1,6-己二醇、0.4-1重量份的辛酸亚锡，调节反应釜温度为126-130℃，保温反应20-23小时，出料，过滤，将沉淀用甲苯、水依次洗涤，常温干燥，得油酸改性聚酯；
(6)取上述油酸改性聚酯，加入到上述纳米分散液中，送入到反应釜中，搅拌均匀，加入0.1-0.2重量份的催化剂，调节真空度为0.09-0.1Mpa，调节反应釜温度为90-95℃，保温搅拌2-3小时，出料，过滤，将沉淀水洗，50-55℃下真空干燥4-5小时，即得所述改性聚酯。
3.根据权利要求2所述的一种低成本碳纤维材料配方，其特征在于，所述的催化剂为对甲基苯磺酸。
4.根据权利要求1所述的一种低成本碳纤维材料配方，其特征在于，所述碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取过氧化二苯甲酰，加入到其重量40-50倍的丙酮中，搅拌均匀，得引发剂溶液；
(2)取丙烯腈，与异氰尿酸三缩水甘油酯混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为45-50℃，滴加上述引发剂溶液，滴加完毕后加入改性聚酯，升高反应釜温度为70-75℃，保温搅拌3-5小时，出料，旋转除去丙酮；
(3)加入到二甲基甲酰胺中，搅拌溶解，纺丝，碳化处理，即得。
5.根据权利要求4所述的一种低成本碳纤维材料配方，其特征在于，所述碳化处理的温度为1000-1200℃，碳化处理的时间为100-300min。
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