高強(qiáng)度熱塑性聚酯/納米碳纖維復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度熱塑性聚酯/納米碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合纖維(英文名稱composite fiber)是多組分纖維(英文名稱multicomponentfibers)的一種，是針對(duì)人造纖維品種的術(shù)語。在同一根纖維截面上存在兩種或兩種以上不相混合的聚合物纖維，這種纖維稱復(fù)合纖維，它是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的物理改性纖維。利用復(fù)合纖維制造技術(shù)可以獲得兼有兩種聚合物特性的雙組分纖維。有并列型、皮芯型、海島型等復(fù)合纖維，纖維截面有圓形和異形。纖維具有三維立體卷曲、高蓬松性和覆蓋性，良好的導(dǎo)電性、抗靜電性和阻燃性。復(fù)合纖維需要采用特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合紡絲機(jī)紡絲。主要用于毛線、毛毯、毛織物、保暖絮絨填充料、絲綢織物、非織造布、醫(yī)療衛(wèi)生用品和特殊工作服等。
[0003]納米碳纖維(CarbonNanofibers簡稱CNF)是化學(xué)氣象生長碳纖維的一種形式，是由通過裂解氣相碳?xì)浠衔镏苽涞姆沁B續(xù)石墨纖維。從物理尺寸、性能和生產(chǎn)成本來看它是構(gòu)成以碳黑、富勒烯、單壁和多壁納米碳管為一端，以連續(xù)碳纖維為另一端鏈節(jié)中的一環(huán)。納米碳纖維的直徑在50~200nm之間，但目前不少研究工作者把直徑在10nm以下的中空纖維稱之為納米碳管，亦即納米碳纖維的直徑介于納米碳管和氣相生長碳纖維之間。與納米碳管相比納米碳纖維的制備更易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004]熱塑性聚酯具有熱塑性特性的飽和聚酯。多指聚對(duì)苯二甲酸酯類。其實(shí)廣義上還應(yīng)包含其他線型聚酯。在聚對(duì)苯二甲酸酯中以聚對(duì)苯二甲酸乙二酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二酯產(chǎn)量大、用途廣，其他多用作高性能薄膜和纖維。
[0005]對(duì)于熱塑性聚酯的研究目前主要存在如下專利文獻(xiàn):
專利公開號(hào):CN 103102658A，公開了一種無鹵環(huán)保阻燃改性的熱塑性聚酯樹脂，熱塑性聚酯樹脂按照重量份數(shù)計(jì)算包括如下組分:5-95%的聚酯樹脂；0.1-30%的次磷酸鈣和0-10%的無鹵阻燃添加劑；0.5-10%的加工助劑、熱穩(wěn)定和過程穩(wěn)定劑、紫外穩(wěn)定劑、流滴劑、色素、脫模劑、橡膠彈性聚合物、成核劑的一種或多種；0-50%的無機(jī)填充劑。本發(fā)明產(chǎn)品優(yōu)良的無鹵阻燃性能，尤其是在775°C，根據(jù)UL94標(biāo)準(zhǔn)在1.6mm和0.8mm厚度的條件下要有良好的耐灼熱性能；優(yōu)良的力學(xué)性能，尤其是耐沖擊強(qiáng)度、彈性模量要好和優(yōu)良的拉伸性；優(yōu)良的電學(xué)性能，在600V的條件下通過CTI值。
然而，而目前市場上對(duì)于熱塑性聚酯與納米碳纖維的復(fù)合材料的研究并未提及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度熱塑性聚酯/納米碳纖維復(fù)合材料，同時(shí)還提供該復(fù)合材料的制備方法，所述復(fù)合材料由熱塑性聚酯和納米碳纖維復(fù)合形成，具有優(yōu)異抗拉強(qiáng)度、抗拉模量及電阻率，且制備方法簡單，生產(chǎn)成本低。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是: 一種高強(qiáng)度熱塑性聚酯/納米碳纖維復(fù)合材料，其包括如下重量份的化學(xué)成分:鄰苯二甲酸二甲酯40~50份，乙二醇20~30份，聚乙二醇10~20份，納米碳纖維20~30份，增韌劑5-10份，雙(2-噁唑啉)10-15份，醋酸鋅1~5份，無機(jī)填料5~10份，偶聯(lián)劑1~5份，潤滑劑1~3份，抗氧劑1~5份。
[0008]進(jìn)一步，其包括如下重量份的化學(xué)成分:鄰苯二甲酸二甲酯40~45份，乙二醇20-25份，聚乙二醇10-15份，納米碳纖維25-30份，增韌劑5-8份，雙(2-噁唑啉)10-13份，醋酸鋅1~3份，無機(jī)填料5~7份，偶聯(lián)劑1~4份，潤滑劑1~3份，抗氧劑1~3份。
[0009]優(yōu)選地，其包括如下重量份的化學(xué)成分:鄰苯二甲酸二甲酯45份，乙二醇23份，聚乙二醇12份，納米碳纖維28份，增韌劑7份，雙(2-噁唑啉)10份，醋酸鋅2份，無機(jī)填料6份，偶聯(lián)劑I份，潤滑劑3份，抗氧劑2份。
[0010]另，所述無機(jī)填料選自滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇、玻璃微珠、玻璃粉或炭黑中的一種。
[0011]另有，所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。
[0012]再，抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑1076。
[0013]再有，所述潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、芥酸酰胺中的至少一種。
[0014]且，所述增韌劑選自聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯中的一種。
[0015]同時(shí)，本發(fā)明還提供一種高強(qiáng)度熱塑性聚酯/納米碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:按重量配比稱取各組分，并分別加入中速混合機(jī)中，使一起攪拌20~30min，待混合均勻后出料加入雙螺桿擠壓機(jī)，經(jīng)螺桿機(jī)擠壓共混、熔融，再進(jìn)行紡絲，紡絲的熔體溫度控制在150~200°C之間，卷繞速度控制在2000~4000m/min，熱定型溫度為80~10(TC，即得到所述高強(qiáng)度熱塑性聚酯/納米碳纖維復(fù)合材料。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
所述復(fù)合材料由熱塑性聚酯和納米碳纖維復(fù)合形成，納米碳纖維的一個(gè)重要用途是改進(jìn)力學(xué)性能，它可以達(dá)到連續(xù)碳纖維一樣的增強(qiáng)效果，但價(jià)格僅相當(dāng)于玻璃纖維。用納米碳纖維制備復(fù)合材料的成本很低，可以采用例如注射成型等低成本生產(chǎn)技術(shù)。經(jīng)表面處理的納米碳纖維可提高純樹脂的強(qiáng)度和模量性能4~6倍。作為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料增強(qiáng)劑的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用是改性基體材料，少量的納米碳纖維加入到環(huán)氧樹脂，可極大改進(jìn)PAN基或?yàn)r青基碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度；加入到玻璃纖維復(fù)合材料可以改進(jìn)導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、熱膨脹系數(shù)以及力學(xué)性能。納米碳纖維增強(qiáng)熱塑性聚脂的抗拉強(qiáng)度達(dá)到50~60MPa、抗拉模量達(dá)到4~5GPa0
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)廠家的條件作進(jìn)一步調(diào)整，未說明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件。
[0018]本發(fā)明所提供的一種高強(qiáng)度熱塑性聚酯/納米碳纖維復(fù)合材料，其包括如下重量份的化學(xué)成分:鄰苯二甲酸二甲酯40~50份，乙二醇20~30份，聚乙二醇10~20份，納米碳纖維20~30份，增韌劑5~10份，雙(2-噁唑啉)10~15份，醋酸鋅1~5份，無機(jī)填料5~10份，偶聯(lián)劑1~5份，潤滑劑1~3份，抗氧劑1~5份。
[0019]進(jìn)一步，其包括如下重量份的化學(xué)成分:鄰苯二甲酸二甲酯40