[發明專利]碳纖維增強聚合物復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711267750.5
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN109422960B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 李成鉉;鄭淳俊;徐源振;李東昱;尹昊圭;徐欣永;廉容植;李在映
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社;高麗大學教產學協力團
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/06;C08J5/06
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;朱慧寧

本發明公開了碳纖維增強聚合物復合材料及其制備方法。碳纖維增強聚合物復合材料可以通過用兩親性嵌段共聚物對碳纖維的表面改性，然后形成表面改性碳纖維與聚合物的復合材料來改進界面結合力。

技術領域

本發明涉及碳纖維增強聚合物復合材料及其制備方法。碳纖維增強聚合物復合材料可以通過用兩親性嵌段共聚物對碳纖維改性(例如對碳纖維的表面改性)，然后形成表面改性碳纖維與聚合物的復合材料來改進界面結合力。

背景技術

在汽車工業中進行著用以抑制CO₂的產生并提高燃油效率的持續研究。基于該目的，連續不斷地嘗試著用聚合物復合材料來替代車輛的金屬部件。例如，碳纖維復合材料表現出優良的電學、熱學和機械性能，因此被研究用于從車輛工業到航空航天的各種應用中。

使碳纖維經受最終加工，即稱為“上漿(sizing)”的表面處理，從而防止纖維受摩擦損害，改進與熱固性樹脂的浸潤性并減少制造過程中的表面孔隙。在上漿過程中，與熱固性樹脂(例如環氧樹脂)的界面結合力可以得以改進，然而，由于與普通熱塑性樹脂(例如高疏水性聚合物)的相容性差，所以會無法獲得機械性能等。因此，聚合物復合材料可以用玻璃纖維來增強。如此，可以容易地實現表面處理以及與大多數聚合物的相容性，以用于各種行業中，然而，碳纖維可能在高親水性聚合物(例如尼龍)的應用上受限。

在現有技術中，公開了使用UV-臭氧進行表面處理的碳纖維，并且又利用界面結合劑使碳纖維的表面官能化以提高與樹脂基質的結合強度。

此外，在現有技術中，可以用硝酸處理碳纖維，將硅烷基界面結合劑加入其中，然后可以將所得混合物與熱塑性聚合物(例如聚丙烯)混合，以提高兩種成分之間的結合強度。

同樣地，在現有技術中，可以進行通過用酸或堿或者臭氧或者等離子體處理來除去附著于碳纖維表面的上漿劑的預處理，然后將碳纖維與聚合物混合，以提高碳纖維與聚合物之間的結合強度。然而，這種預處理步驟會非常危險，其消除了碳纖維的固有性能，并且在表面處理之后產生大量的廢物。

公開于該背景部分的以上信息僅用于增強對本發明的背景的理解，因此其可以包含不構成已為該國家中本領域普通技術人員所知的現有技術的信息。

發明內容

在優選的方面中，提供一種用于制備碳纖維增強聚合物復合材料的方法以及碳纖維增強聚合物復合材料，其中所述方法能夠在不進行預處理碳纖維的情況下改進碳纖維與聚合物之間的界面結合力，所述碳纖維增強聚合物復合材料可以具有顯著改進的機械性能例如拉伸強度。

本發明的目的不限于上述那些。本發明的目的將從以下描述中清楚地得以理解，并且可以通過權利要求書中限定的手段及其組合來實現。

在一方面中，提供一種制備碳纖維增強聚合物復合材料的方法。該方法可以包括：i)用由下式1或2表示的嵌段共聚物對碳纖維改性，以及ii)將表面改性碳纖維與聚合物混合。

在某些實施方案中，式1為：

其中，在式1中，a為10至50的整數，并且b為滿足a≤b≤50的整數；以及

R₁為C₁至C₂₀烷基例如甲基或乙基，并且n為1至10的整數，

在某些實施方案中，式2為：

其中，x為50至90的整數，y為滿足10≤y≤x≤90的整數，并且n為1至10的整數。

優選地，碳纖維可以在其表面上具有至少一個環氧基團，或者可以在其表面上無環氧基團。

當碳纖維具有至少一個環氧基團時，以100重量份的環氧基團計，可以用約100重量份至500重量份的嵌段共聚物在碳纖維的表面上對碳纖維適當地改性。