[發(fā)明專利]一種碳纖維增強熱塑性樹脂復合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104140643A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 張媛媛;劉媛;楊斌;王新靈
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08K9/04;C08K7/06;C08J5/06
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發(fā)明屬于功能高分子復合材料領域，具體涉及一種碳纖維增強PBT復合材料及其制備方法。

背景技術

聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一種熱塑性半結晶性的飽和聚酯，由于其某些不可替代的優(yōu)異性能，被廣泛應用于汽車、電子電器、精密儀器零部件。隨著國內(nèi)電器和汽車行業(yè)的發(fā)展，PBT塑料的使用量日益增加。但是由于PBT自身性能較差，且熱形變溫度低，無法滿足工業(yè)材料的要求，所以必須對PBT進行改性。

對PBT進行增強改性的傳統(tǒng)方式是直接添加玻璃纖維作為增強劑，例如中國專利CN101525473、CN103589123、CN102634178、CN103525033等，配合使用增韌劑等加工助劑。為了提高玻璃纖維的增強效果，需要對玻纖進行預處理以增強與樹脂的界面結合，例如中國專利CN102993651對玻璃纖維進行成核劑包覆預處理，改變了玻璃纖維的表面結構。與短玻纖相比，中國專利CN102585454指出連續(xù)玻璃纖維的增強效果更優(yōu)。其它常用的PBT增強劑包括滑石粉、硫酸鈣晶須(CN101613480)、納米蒙脫土等納米材料(CN1537891、CN102617995)。

碳纖維是一種具有很高強度和模量的耐高溫纖維狀碳材料，碳纖維樹脂基復合材料(CFRP)具有質輕、高強度、高模量等優(yōu)異的性能，是其他玻璃纖維增強復合材料所無法比擬的，因此被廣泛的應用于航空航天、汽車工業(yè)、軌道交通、新能源、體育用品等高新技術產(chǎn)業(yè)領域。

將碳纖維與PBT復合制備碳纖維增強PBT復合材料，可以利用碳纖維的優(yōu)異的力學性能提高復合材料整體的性能(CN?102977560)。碳纖維在對PBT起到增強作用的同時，還可以提高復合材料整體的耐磨性、導熱系數(shù)等(CN102516726、CN?102382427A)。因為碳纖維與樹脂的浸潤性不佳，能否提高兩者的界面結合力對復合材料的性能也具有重要的影響。中國專利CN103450642、CN102532818采用在基體中添加乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三嵌段共聚物(E-MA-GMA)的方法，該方法對改善碳纖維和PBT的界面結合效果作用并不明顯，并且三嵌段共聚物用量大，成本高。中國專利CN102827463采用硝酸氧化處理配合使用硅烷偶聯(lián)劑處理碳纖維，界面結合效果得到改善，但是硝酸處理會對纖維本身強度造成比較嚴重的損傷。因此本專利提出一種對碳纖維表面直接涂覆E-MA-GMA三嵌段共聚物的方法，該方法在不損傷碳纖維力學強度的基礎上，能夠顯著提高纖維與樹脂的結合效果，并且三嵌段共聚物用量少，成本低，操作方便。所制備的PBT/CF復合材料的力學性能顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種碳纖維增強熱塑性樹脂復合材料。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種碳纖維增強熱塑性樹脂復合材料，其特征在于，該復合材料是利用相容劑乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三嵌段共聚物(E-MA-GMA)改性碳纖維，以提高碳纖維和PBT的表面結合力；其原料組成包括以下質量份組分：

E-MA-GMA?????????????1份；

碳纖維???????????????1-5份；

PBT??????????????????1-20份。

一種碳纖維增強熱塑性樹脂復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)按上述配方，將碳纖維剪成10cm的絲束；將E-MA-GMA溶解于甲苯中制成E-MA-GMA甲苯溶液；將碳纖維絲束浸漬置于E-MA-GMA甲苯溶液中，超聲浸漬一定的時間；處理結束后，輥壓除去表面多余的溶液，置于70℃的鼓風烘箱中干燥12h，將得到的E-MA-GMA改性碳纖維絲束剪成1cm備用；

(2)PBT樹脂置于80℃鼓風烘箱中干燥12h；

(3)將(1)中得到的E-MA-GMA改性碳纖維和(2)中干燥的PBT樹脂在哈克密煉機中共混；

(4)利用平板硫化機將上述共混物熱壓制成100mm×100mm×2mm的平板，得到E-MA-GMA改性碳纖維增強PBT復合材料板。

步驟(1)所述的E-MA-GMA甲苯溶液的質量濃度為1～5％。

步驟(1)所述的超聲浸漬的時間為2-3h。

步驟(3)哈克密煉機的加工溫度240℃，轉速50r/min，加工時間10min。