[發明專利]一種碳纖維增強的耐熱阻燃聚乳酸復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610077980.4
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105602216A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 唐少俊;熊建民;朱廣燕;朱志軍
• 申請（專利權）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L71/02;C08L63/00;C08K13/06;C08K9/06;C08K7/06;C08K5/526;C08K5/12;C08K5/134;C08K3/22;C08K5/521;C08K5/11;C08K3/34
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司 11294
• 代理人: 王天桂

技術領域

本發明涉及一種碳纖維增強的耐熱阻燃聚乳酸復合材料的制備方法，屬高分子復 合材料領域。

背景技術

隨著化石資源（如石油、煤炭）的日益枯竭以及由于石油基制品的大量使用所導致 的白色污染日益嚴重，人們發現只有利用可再生資源生產可以滿足人們需要的環保產品， 實現自然資源的循環利用，人類社會才能實現可持續發展。正是出于對能源問題和環境問 題的考慮，可生物降解的可再生聚酯材料逐漸成為人們關注的焦點。

聚乳酸是以天然的生物質資源淀粉發酵獲得的乳酸為原材料合成的一種高分子 材料，作為一種脂肪族聚酯，它是以可再生的生物質資源（淀粉等）而非石油資源為原料合 成的生物基高分子，其不僅擺脫了對石油資源的依賴，且其生產制造過程給環境帶來的負 荷小，再加之其具有一定的機械性能和良好的熱塑性、可堆肥性，尤其是具有可完全降解性 及原料來源可再生性，更使其受到人們的廣泛關注，目前已經被成功應用于汽車內飾、紡 織、機械配件、醫學等領域。

但是，由于聚乳酸的結晶速度慢，結晶度低，加工后幾乎是無定型聚合物，導致聚 乳酸產品在溫度高于其玻璃化轉變溫度（60℃）時極易變形，尺寸穩定性很差；同時由于聚 乳酸大分子鏈是由C、H、O三種元素所組成，其極限氧指數只有21，使得聚乳酸與其他高分子 一樣易于燃燒。這些因素都大大限制了聚乳酸材料在汽車、電子和航空等領域的應用。因 此，開發具有良好耐熱性能、阻燃性能、力學性能和降解性能的聚乳酸復合材料，是其可應 用于對耐熱、阻燃和力學性能要求苛刻的航空、汽車和電子等領域亟待解決的問題。

目前國內對聚乳酸的研究研究主要集中在對增強、增韌、耐熱或阻燃性能等某一 方面的改性研究，且多采用天然纖維對對聚乳酸進行增強或阻燃的改性研究，而利用碳纖 維對聚乳酸進行增強、耐熱和阻燃的復合改性尚未見報道。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種碳纖維增強的耐熱阻燃聚乳酸 復合材料及其制備方法，為綠色可再生環保材料聚乳酸的應用提供更廣闊的空間。

本發明通過如下技術方案實現：一種碳纖維增強的耐熱阻燃聚乳酸復合材料，通 過將聚乳酸、偶聯劑處理過的碳纖維、增塑劑、阻燃劑、增容劑和抗氧劑通過共混，然后在雙 螺桿擠出機中擠出造粒后烘干獲得強度增加、熱變形溫度增加同時又具有阻燃性能的聚乳 酸復合材料。

本發明還保護上述聚乳酸復合材料的制備方法，具體包括如下步驟：

（1）將碳纖維用濃度為0.1%-1%偶聯劑處理；

（2）將聚乳酸、阻燃劑進行真空干燥除去水分；

（3）將步驟（2）得到的干燥后的聚乳酸和阻燃劑與增塑劑、增容劑、抗氧劑按配比放置 于干燥的攪拌機中高速攪拌，使其混合均勻，然后在雙螺桿擠出機中進行反應，產物冷卻切 粒，真空烘干，得到阻燃聚乳酸母粒；按重量比計：其中聚乳酸含量為60%-95%，阻燃劑含量 為3%-18%，增塑劑含量為1%-10%，增容劑含量為1%-10%，抗氧劑含量為0.1%-2%；

（4）將步驟（3）得到的阻燃聚乳酸母粒與步驟（1）得到的改性碳纖維加入雙螺桿擠出機 中進行復合加工，得到碳纖維增強的耐熱阻燃聚乳酸復合材料；其中阻燃聚乳酸母粒和碳 纖維的重量比為9:1~1:1。

在本發明的優選的實施方案中，所述的碳纖維長徑比為5~30，更優選為20-30。

在本發明的優選的實施方案中，所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑；所述烷偶聯劑選自 乙烯基三氯硅烷、乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯氧基 三甲氧基硅烷、β-（3，4-環氧環己基）乙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅 烷，N-（β-氨基乙基）-γ氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基 丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基巰基丙基三甲氧基硅烷和γ-氯丙基三甲氧基硅烷中的一種； 最優選為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

在本發明的優選的實施方案中，所述的聚乳酸重均分子量為3~30萬。

在本發明的優選的實施方案中，所述的阻燃劑為亞磷酸三苯酯、聚磷酸銨、蜜胺、 磷酸三苯酯、磷酸鹽、氰尿酸三聚氰胺、氫氧化鎂、氫氧化鋁、磷酸三辛酯、磷酸三丁酯、硼酸 鋅、季戊四醇或蒙脫土等其中的一種或幾種的組合。