[發明專利]一種碳纖維摻雜聚丙烯復合材料及其應用

有效

• 申請號: 202010543032.1
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111484677B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 程文鋒;李力;史正軍;宋明;韋瑋;羅運松
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L79/08;C08L13/00;C08K13/04;C08K7/06;C08K7/26;H01T19/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 許慶勝

本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種碳纖維摻雜聚丙烯復合材料及其制備方法與應用。本發明公開了一種碳纖維摻雜聚丙烯復合材料，該復合材料在拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量、缺口沖擊強度、導電性能和流動性方面均表現良好，且輕量化、耐高溫耐磨損。其中，碳纖維的加入，使得復合材料具有較高的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量；同時，由于碳纖維內部是類似石墨的層狀結構，相比于玻璃纖維的針狀結構，潤滑性更好，宏觀表現流動性要稍高；碳纖維在加工過程中沒有被剪切破壞，使得復合材料抵抗缺口沖擊破壞能力加強。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種碳纖維摻雜聚丙烯復合材料及其應用。

背景技術

聚丙烯(PP)是一種重要的塑料，其原料豐富、價格低廉、工藝簡便、應用廣泛。然而，聚丙烯的沖擊韌性較低，收縮率較大，導致聚丙烯在使用過程中易受到拉伸、彎曲、沖擊等外力的影響而出現應力發白現象，嚴重時還會影響產品的性能和質量，因而在一定程度上限制了它應用的廣泛性。

發明內容

本發明提供了一種碳纖維摻雜聚丙烯復合材料及其應用，解決了現有的聚丙烯材料的沖擊韌性較低，收縮率較大，導致聚丙烯在使用過程中易受到拉伸、彎曲、沖擊等外力的影響而出現應力發白現象，嚴重時還會影響產品的性能和質量的問題。

其具體技術方案如下：

本發明提供了一種碳纖維摻雜聚丙烯復合材料，按重量份計，包括以下組分：

PP樹脂45-80份；

碳纖維8-34份；

聚酰亞胺樹脂14-27份；

納米二氧化硅2-10份；

抗氧劑3-6份；

相容劑1-2份。

碳纖維是一種高比強度、高比模量、耐高溫、抗腐蝕、抗蠕變性能好、導電、導熱及熱膨脹系數小的優異材料，同時聚酰亞胺本身也具有的耐熱性和耐低溫性、化學穩定性以及耐磨性高的特性。本發明通過結合PP樹脂、碳纖維和聚酰亞胺，制備得到拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量、缺口沖擊強度、導電性能和流動性方面均表現良好，且輕量化、耐高溫耐磨損的復合材料。其中，復合材料拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量的提高，主要是由碳纖維來提供，碳纖維材料本身就具備高強度的特性；缺口沖擊強度的提高，由碳纖維和增韌劑共同提供，由于碳纖維在加工過程中并沒有被剪切破壞，使得復合材料抵抗缺口沖擊破壞能力加強；流動性的提高，是因為碳纖維內部是類似石墨的層狀結構，相比玻璃纖維的針狀結構，潤滑性更好，宏觀表現流動性要稍高。

優選地，按重量份計，PP樹脂50~80份；

碳纖維10~30份；

聚酰亞胺樹脂15~25份；

納米二氧化硅4~8份；

抗氧劑3~6份；

相容劑1~2份。

本發明中，PP樹脂為環氧改性的PP樹脂，在制備PP樹脂的過程中通過添加增韌劑對其進行改性。增韌劑填充在纖維與基體樹脂的縫隙中，吸收較多沖擊能量，使得復合材料抵抗缺口沖擊破壞能力進一步加強。所述增韌劑的添加量優選為PP樹脂的8 wt%~10 wt%。所述增韌劑優選為液體端羧基丁腈橡膠，其中，液體端羧基丁腈橡膠中丙烯腈的含量控制在15~25 wt%時復合材料的效果較好。此外在環氧改性PP樹脂在制備過程中還加入了納米二氧化硅，其中，所述納米二氧化硅的添加量優選為所述PP樹脂的28 wt %。

本發明中，所述碳纖維的長度為40-60 nm；

所述納米二氧化硅的粒徑為15-25 nm。