[發(fā)明專利]一種碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410410146.3
• 申請(qǐng)日: 2014-08-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104130572B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王新靈;劉麗;劉媛;單玉玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州德寶凱迪新材料有限公司
• 主分類號(hào): C08L77/02
• 分類號(hào): C08L77/02;C08L77/06;C08L51/06;C08L51/00;C08K13/06;C08K9/04;C08K5/098;C08K5/134;C08K5/18;B29C47/92
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,楊晞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚酰胺材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，本發(fā)明還涉及一種碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

聚酰胺(PA，尼龍)改性工程塑料具有以下特性：高熔點(diǎn)、出色的耐熱性能以及自熄性；優(yōu)良的耐油劑性、耐化學(xué)品性能；優(yōu)良的耐磨、抗蠕變及耐老化性能；韌性、耐久性、電性能以及其他物理性能都具有出色的平衡指標(biāo)。因此，尼龍工程塑料廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

碳纖維具有高強(qiáng)度、低密度、高耐溫、耐水、耐腐蝕等特點(diǎn)，是一種優(yōu)異的高強(qiáng)度增強(qiáng)材料。用碳纖維增強(qiáng)的高分子樹(shù)脂是十分重要的軍工器械、航空用高性能結(jié)構(gòu)材料。增強(qiáng)樹(shù)脂大部分為極性樹(shù)脂，如聚酰胺、聚酯、聚酰亞胺等。碳纖維表面極性很弱，與極性樹(shù)脂的粘結(jié)力很小，因此一般需對(duì)其進(jìn)行表面處理后才能用于增強(qiáng)復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)改性的聚酰胺復(fù)合材料具有非常高的比強(qiáng)度，是一種優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)材料，在汽車、航空領(lǐng)域應(yīng)用較多。

常用的碳纖維表面處理劑包括硅烷類偶聯(lián)劑及丙烯酸、聚氨酯類成膜劑等成份。例如：使用硅烷偶聯(lián)劑表面處理的碳纖維，其與聚酰胺的相容性沒(méi)有得到明顯的改善，結(jié)果，經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑改性的碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的力學(xué)性能并沒(méi)有得到顯著的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)技術(shù)現(xiàn)狀提供一種碳纖維具有與聚酰胺良好相容性的碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其制備出的碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料中，碳纖維與聚酰胺具有良好的相容性。

本發(fā)明解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，包括如下重量百分比的組分：

所述表面改性的碳纖維所用的改性劑為離子液體。

作為改進(jìn)，改性劑還包括聚丙烯腈，其中，離子液體與聚丙烯腈以任意比例混合。

其中，所述離子液體為1-羥乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-羧甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-胺乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-腈丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-烯丙基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽、環(huán)氧基咪唑型四氟硼酸鹽中的一種或兩種以上。

其中，所述表面改性的碳纖維是指對(duì)聚丙烯腈基碳纖維或?yàn)r青基碳纖維進(jìn)行表面改性。

碳纖維的發(fā)展開(kāi)始于20世紀(jì)50年代后期，最早是由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司(UCC)于1959年開(kāi)始生產(chǎn)粘膠基碳纖維，五六十年代是粘膠基碳纖維的鼎盛時(shí)期，雖然目前已經(jīng)開(kāi)始衰退，但是它作為耐燒蝕材料至今仍占有一席之地。1959年，研究人員發(fā)明了用聚丙烯腈(PAN)原絲制造碳纖維的新方法。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)皇家航空研究院研制出了制造高性能PAN基碳纖維的技術(shù)流程，使其得到快速發(fā)展，PAN基碳纖維成為當(dāng)前碳纖維工業(yè)的主流，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90％左右。1974年，UCC公司開(kāi)始了高性能中間相瀝青基碳纖維thornel-p55的研制，并取得成功。目前thornel-p系列高性能瀝青基碳纖維仍是最好的產(chǎn)品，這樣就形成了PAN基、瀝青基和粘膠基纖維的三大原料體系。

其中，所述表面改性的碳纖維的制備過(guò)程為：提供改性劑的稀釋液，將碳纖維浸泡于改性劑的稀釋液中，待碳纖維完全浸潤(rùn)后，烘干，獲得所述的表面改性的碳纖維，改性劑的稀釋液中，只需將改性劑進(jìn)行稀釋即可，為了獲得更好的改性效果，稀釋液中，改性劑的優(yōu)選重量百分比為10％～80％，進(jìn)一步優(yōu)選重量百分比為20％～50％，優(yōu)選的，待碳纖維完全浸潤(rùn)后，過(guò)濾并置于50℃～120℃，例如70℃、90℃、110℃下烘干；

或者，提供改性劑的稀釋液，將改性劑的稀釋液噴涂于碳纖維表面，待噴涂完畢后，烘干，獲得所述的表面改性的碳纖維，改性劑的稀釋液中，只需將改性劑進(jìn)行稀釋即可，為了獲得更好的改性效果，稀釋液中，改性劑的優(yōu)選重量百分比為10％～80％，進(jìn)一步優(yōu)選重量百分比為20％～50％，優(yōu)選的，待噴涂完畢后，將碳纖維置于50℃～120℃，例如70℃、90℃、110℃下烘干。

其中，制備改性劑的稀釋液所用的稀釋劑為水、甲醇、乙醇、丙醇、丁酮、甲苯中的一種或兩種以上。

其中，所述聚酰胺為PA6、PA66、PA610、PA1010、PA1012、PA612、PA46中的一種或兩種以上；