[發明專利]一種多尺度碳纖維尼龍復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210283693.0
• 申請日: 2012-08-10
• 公開（公告）號: CN102786797A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 章橋新;周少鋒;黃進;吳超群
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C08L77/00
• 分類號: C08L77/00;C08L77/02;C08L77/06;C08K7/06;C08K3/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種多尺度碳纖維尼龍復合材料及其制備方法。

背景技術

碳纖維增強熱塑性復合材料具有熱縮性樹脂的通性外，還結合了碳纖維高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱和熱膨脹系數小等一系列優異性能，這種新型復合材料既可以作為結構材料承載負荷，又可以作為功能材料，可在國民經濟的各個領域發揮用武之地，如汽車制造中，采用碳纖維增強聚酰胺復合材料制得的皮帶輪可以代替原來的鑄鐵件，產品重量降低的同時可大幅降低能耗；國防工業，美國印第安納Wilson-Fiberfil公司開發了碳纖維40%/尼龍66復合材料，其性能超過目前使用的其他高強度材料，可代替金屬用于國防與宇航領域；在航空航天領域，美國LNP公司用碳纖維增強尼龍612制造波音757飛機發動機部件；碳纖維增強熱塑性復合材料還廣泛用于制造網球拍、高爾夫球棒、頭盔、汽車保險杠、機器人手臂和碳纖維自行車等。

為了讓碳纖維增強樹脂復合材料適用于高機械強度和減摩耐磨環境中，研究人員已對其開展基體共混改性、無機填料填充改性，如石墨、MoS₂、Al₂O₃、CuO等，而碳纖維粉末本身作為一種層狀石墨晶纖維填料用于改性碳纖維增強樹脂復合材料的研究則未見報道。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種多尺度碳纖維尼龍復合材料及其制備方法，本發明制得的多尺度碳纖維改性增強尼龍復合材料，纖維與尼龍基體之間結合緊密，力學性能優異，耐磨性好，節約了碳纖維資源和成本，且制備方法簡單。

本發明為了解決所提出的技術問題，采用的技術方案為：

一種多尺度碳纖維尼龍復合材料，它由碳纖維粉末、短切碳纖維和尼龍粒子組成，其各組分的重量百分比為碳纖維粉末2~40?wt%、短切碳纖維2~40?wt%和尼龍粒子40~80?wt%。

按上述方案，所述的碳纖維粉末直徑為2?μm~10?μm，長度為4?μm?~1mm。

按上述方案，所述的短切碳纖維直徑為2?μm~10?μm，長度為1?mm~?20?mm。

按上述方案，所述的尼龍粒子為尼龍6粒子，尼龍66粒子，尼龍610和尼龍1010粒子中的任意一種。

本發明所述的一種多尺度碳纖維尼龍復合材料的制備方法，它包括以下步驟：按照碳纖維粉末2~40?wt%、短切碳纖維2~40?wt%和尼龍粒子40~80?wt%將三者預混合后，通過擠出機熔融共混擠出，冷卻切粒后，經干燥得到多尺度碳纖維尼龍復合材料。

按上述方案，所述的碳纖維粉末直徑為2?μm~10?μm，長度為4?μm?~1?mm。

按上述方案，所述的短切碳纖維直徑為2?μm~10?μm，長度為1?mm~?20?mm。

按上述方案，所述的尼龍粒子為尼龍6粒子，尼龍66粒子，尼龍610和尼龍1010粒子中的任意一種。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

第一，本發明將短切碳纖維和碳纖維粉末二者同時引入尼龍基復合材料，同時發揮了短切碳纖維的良好增強效果以及碳纖維粉末的有效填充作用，所制備的多尺度碳纖維尼龍復合材料性能優異，纖維與尼龍基體之間結合緊密，復合材料中空隙少，具有拉伸強度大，穩定性好，承載強度和斷裂強度高的優點；

第二，短切碳纖維和碳纖維粉末組成多尺度復合增強骨架，長、短纖維之間應力傳遞，有利于分散應力集中點，從而達到協同增強的目的，本發明制得的復合材料力學和摩擦學性能好；

第三，碳纖維自身的多層碳原子結構而具有固體自潤滑特征，本發明因碳纖維粉末的加入減小了摩擦系數，增強耐磨能力，使用壽命長；

第四，本發明充分利用短切纖維、長纖維和編制纖維的廢棄料所加工而成的碳纖維粉末，節約了碳纖維資源，降低了能耗和成本；

第五，本發明制備方法簡單，有利于促進碳纖維復合材料的發展與推廣。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的多尺度碳纖維聚酰胺6復合材料拉伸斷裂面的掃描電鏡照片。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1：