[實用新型]碳纖維復合材料

有效

• 申請號: 200920119628.8
• 申請日: 2009-05-11
• 公開（公告）號: CN201459490U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 李志剛
• 申請（專利權）人: 余姚市匯合塑化有限公司
• 主分類號: D06M17/00
• 分類號: D06M17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種復合材料。

背景技術

尼龍12是由12碳內酰胺開環聚合而成的，具有聚酰胺和聚烯烴相結合的性能，結晶性低，含有較大量的增韌劑。電氣絕緣性能好，抗沖擊性能好、耐化學穩定性好，流動性好，選擇PA12為碳纖尼龍基體的原因是其密度小，沖擊強度高(韌性好)等原因。尼龍66是由己二胺和己二酸縮合聚合而成的，是一種半晶體-晶體材料，其優點是韌性好、耐磨、耐油、耐水。有較高的熔點，在較高溫度也能保持較強的強度和剛度，有良好的流動性，耐溶劑性能好。選擇尼龍66為碳纖尼龍的基體的原因其機械強度是尼龍中最高的一種(如拉伸強度、表面硬度、剛性都高于其它的尼龍類塑料)，并且它的耐磨性僅低于POM，而優于其它尼龍。

碳纖維是含碳量在90％以上的高強度高模量纖維，是用分解溫度低于熔融溫度的纖維聚合物，通過千度以上固相熱解而制成。其種類包括有聚丙烯腈基碳纖維(PAN基碳纖)、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維。60年代以來碳纖維迅速發展的新型增強材料，具有高強度、質量輕、耐疲勞、性能優良、模量大和熱膨脹系數低等優點，在復合材料領域里廣泛的應用。但是，纖維中的碳分子平面是沿纖維軸取向，表面呈化學惰性，與熱塑性樹脂基體之間親和力較差，難以形成化學鍵連接并且界面存在不相容組分，界面粘結強度低，復合時容易在界面上形成孔隙和缺陷，增強體與基體樹脂難以形成有效粘結，影響復合材料綜合性能的發揮。因此，通過表面處理來提高增強體和基體樹脂界面的粘結度，以達到提高碳纖維增強復合材料性能的目的。

碳纖維表面處理的作用是防止弱界面層(Weak?boundary?layer)的生成(其弱界面有碳纖維表面吸附的雜質、脫模劑等；界面層老化時形成的氧化層、水合物層等；與基體的不充分浸潤而所束縛的空氣層等)；產生適合于粘接的表面形態，使增強材料表面生成凹凸，通過拋錨效應而提高界面粘接性能，但凹凸過多粘接也不好，所以應作適當調整；改善樹脂和增強材料的親合力。其表面現有的處理方法有：a、氣相氧化法，是將碳纖維暴露在氣相氧化劑(如空氣、O₃等)中，在加溫、加催化劑等特殊條件下使其表面氧化生成一些活性基團(如羥基和羧基)。根據氧化劑的不同又可分為空氣氧化法和臭氧氧化法。經此法處理的碳纖維所制成CFRP的性能在彎曲強度、彎曲模量、界面剪切強度(IFSS)和層間剪切強度(IISS)等力學性能方面均可得到有效提高，但材料的沖擊強度降低較大。b、液相氧化法，是采用液相介質對碳纖維表面進行氧化的方法。常用的液相介質有濃硝酸、混合酸和強氧化劑等。與氣相氧化法比較，一般不使纖維產生過多的起坑和裂解。但其處理時間較長，多用于間歇表面處理。c、陽極氧化法，又叫電化學氧化法，是把碳纖維作為電解池的陽極、石墨作為陰極，在電解水的過程中利用陽極生成的“氧”，氧化碳纖維表面的碳及其含氧官能團，將其先氧化成羥基，之后逐步氧化成酮基、羧基和CO₂的過程.常用的電解質有胺類化合物.d、等離子體氧化法，通常是指利用非聚合性氣體對材料表面進行物理和化學作用的過程.e、表面涂層改性法，是將某種聚合物涂覆在碳纖維表面，改變復合材料界面層的結構與性能，使界面極性等相適應以提高界面粘結強度，同時提供一個可消除界面內應力的可塑界面層.f、采用硝酸-鈦酸酯復合處理、氣液雙效法(GLBE)復合處理等.

聚四氟乙烯簡稱PTFE，具有優異的化學穩定性、耐高、低溫、自潤滑、低磨擦系數、還是C級絕緣材料。一直使用在防腐及密封等行業，但由于其價格高于其他塑料，且其加工難度高，不易在其他行業中推廣應用。并且很難使用于塑料添加，原因是聚四氟乙烯無法和其他塑料混合。近年來，隨著科技的進步，活化后的聚四氟乙烯超細粉、納米級粉料作為塑料添加材料的出現，使PTFE與其他塑料混合后，能有效的提高塑料的某些方面的性能。并且其比一般的活化聚四氟乙烯在塑料中分散更均勻、使用量更小、性能更明顯。添加PTFE超細粉、納米級粉料可提高塑料制品的耐火性、耐磨損性和阻燃性。在增強塑料中，將玻璃纖維包埋在PTFE細粉中間，可以防止磨損。研究表明：為達到最佳減磨效果，部分結晶塑料宜添加約10％-15％PTFE粉，非晶型塑料和彈性體宜添加約15％PTFE細粉可以獲得加工性能、減摩增韌、脫膜性能、延長壽命均優良的材料。