[發明專利]一種碳纖維熱塑性復合材料及熔融浸漬工藝

在審

• 申請號: 201810430981.1
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108559255A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 蔡福泉
• 申請（專利權）人: 安徽旭升新材料有限公司
• 主分類號: C08L77/00
• 分類號: C08L77/00;C08K13/04;C08K7/06;C08K5/544;C08K5/5435;C08K5/5425;C08K5/10;C08K5/134;C08K5/526;C08K5/3492;B29B15/10
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本發明涉及新能源汽車材料技術領域，特別涉及一種碳纖維熱塑性復合材料及熔融浸漬工藝。其原料按重量計包括：以PA為基料，PA 30?60，碳纖維20?40，回收廢料復合材料20?30，紫外線吸收劑1?3，偶聯劑0.5?2，抗氧劑0.1?0.5，阻燃劑2?5，熱穩定劑0.1?1，其中PA粒徑不超過25μm，本發明的目的在于提供了一種成本低且浸潤性良好的碳纖維熱塑性復合材料及熔融浸漬工藝。

技術領域

本發明涉及新能源汽車材料技術領域，特別涉及一種碳纖維熱塑性復合材料及熔融浸漬工藝。

背景技術

碳纖維復合材料是復合材料中的一個重要分支,由于其性能優異,近年來這種材料的用途及產量逐步擴大。長期以來,碳纖維增強復合材料被看作是一種昂貴的材料,價格約為玻璃纖維增強復合材料的十倍,只用于軍工、宇航等尖端技術行業。近年來,碳纖維每年以50%以上的速度增長,其中有兩個重要因素推動了碳纖維復合材料的發展,一是對上述材料認識的不斷深入,使其性能日趨完善,可達到許多其它材料難以比擬的性能,促使其使用量不斷上升。二是費效比的不斷降低,這主要歸功于碳纖維工業能提供高質量的纖維以及纖維/基體融熔技術的不斷進步。碳纖維的規模化生產, 使其質量提高而價格下降,而加工技術的進步又使加入復合材料中的碳纖維比例不斷上升, 目前已可達體積比例的60%以上。

碳纖維復合材料發展如火如荼，來勢兇猛。在航天航空及國防工業大都應用熱固性復合材料，然而熱固性復合材料成本高，成型周期長，最大問題難以回收利用，污染環境后果嚴重。經過多年致力于基料研發，先后選擇PC、PEEK、PPS、PI、PA、PET、PP作為基料的試驗。從試驗中發現PA是一種極為重要的熱塑性基料。PA本身雖是性能優異的工程塑料,但吸濕性大,制品尺寸穩定性差,強度與硬度也遠遠不如金屬,為了克服這些缺點,采用碳纖維或其它品種的纖維進行增強以改善其性能。用碳纖維增強PA材料近年來發展很快,因為PA和碳纖維都是工程塑料領域性能優異的材料,二者復合綜合體現了各自的優點,強度與剛性比未增強的尼龍高很多,蠕變小,尺寸精度好,熱穩定性顯著提高, 耐磨,阻尼性優良,與玻纖增強相比有更好的性能。但目前就PA為基料的碳纖維復合材料還是存在成本較高的情況。

而在碳纖維復合材料研發中，樹脂基體與碳纖維的界面結合技術和熔融浸漬工藝是制備的關鍵技術，目前的熔融浸漬工藝有多種，包括有：1、膜疊壓法，將碳纖維單向帶或機織物與樹脂薄膜交替層疊，然后加熱加壓使碳纖維均勻地鑲嵌在樹脂薄膜中，這種方法是應用最早的浸漬工藝之一，適用于任何能夠制膜的熱塑性樹脂。但是用這種工藝制成的復合材料，由于熔融樹脂粘度高，不能很好的浸漬碳纖維或機織物，因而復合材料性能較低；2、砑光浸漬法，通過一對反向運動的壓輥將樹脂熔體擠入碳纖維束中，此方法過程連續，生產效率提高，但是同膜疊壓法一樣，該方法很難使碳纖維束獲得良好的浸漬；3、涂敷法，制備單向纖維增強熱塑性樹脂預浸料最早商業化的方法，是利用交叉口模對連續纖維進行擠出涂敷。此方法由于浸漬壓力較低，纖維浸漬不完全，束內纖維幾乎不能完全接觸到樹脂；4、熔體注射預浸漬法，目前，國外研究開發了熔體注射預浸法和一種新的預浸工具預浸輪。熔體注射預浸法是將纖維從兩個或多個陰模上的可以注射樹脂熔體的噴嘴上拉過，纖維被分散在熔體中，以達到浸漬纖維的目的。其中通過噴嘴的熔融樹脂，由擠出機供給。由于這種方法的浸漬只發生在纖維束經過噴嘴的短時間內，因此為保證樹脂對纖維的充分浸漬，必須對纖維施加一定的張力，使其與噴嘴緊密接觸，同時，從噴嘴噴出的熔體必須具有一定的壓力。

經過上述所述，目前碳纖維復合材料的熔融浸漬的工藝還有待進一步優化。

發明內容

為了克服背景技術的不足，本發明的目的在于提供了一種成本低且浸潤性良好的碳纖維熱塑性復合材料及熔融浸漬工藝。

本發明所采用的技術方案是：一種碳纖維熱塑性復合材料，其原料按重量計包括：以PA為基料，PA 30-60，碳纖維20-40，回收廢料復合材料20-30，紫外線吸收劑1-3，偶聯劑0.5-2，抗氧劑0.1-0.5，阻燃劑2-5，熱穩定劑0.1-1，其中PA粒徑不超過25μm。