碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料及其制備方法。本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為：聚乙烯50%～80%、表面改性碳纖維20%～40%、納米滑石粉3%～8%、潤滑劑0.5%～1%、偶聯(lián)劑0.1%～1%、抗氧劑0.1%～1%、色料0.1%～1%。本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制得的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，具有強(qiáng)度高、韌性好、耐熱性能高和耐環(huán)境應(yīng)力性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電器、化工、醫(yī)療、機(jī)械等行業(yè)。
【專利說明】碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乙烯是一種質(zhì)輕無毒，具有優(yōu)良的電絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕性能的熱塑性材料，其價(jià)格低廉，成型加工容易，廣泛應(yīng)用于電器、化工、食品、機(jī)械等行業(yè)。碳纖維具有高強(qiáng)度、低密度、高耐溫、耐水、耐腐蝕等特點(diǎn)，是一種優(yōu)異的高強(qiáng)度增強(qiáng)材料，已在軍事及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，從航天、航空、汽車、電子、機(jī)械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運(yùn)動(dòng)器材和休閑用品等。碳纖維增強(qiáng)聚乙烯具有非常高的比強(qiáng)度，但是由于碳纖維表面平滑、活性官能團(tuán)少、表面能低,呈現(xiàn)表面化學(xué)惰性,與樹脂基體浸潤性差,使得復(fù)合材料界面粘合力較弱，嚴(yán)重地影響了復(fù)合材料整體優(yōu)異性能的發(fā)揮，并且聚乙烯的化學(xué)惰性也使碳纖維與基體樹脂的粘合性差，從而影響應(yīng)力的傳遞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異力學(xué)性能的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:聚乙烯50%~80%、表面改性碳纖維20%~40%、納米滑石粉3%~8%、潤滑劑0.5%~1%、偶聯(lián)劑0.1%~1%、抗氧劑0.1%~1%、色料0.1%~1%。
[0005]所述的表面改性碳纖維為聚丙烯腈處理過的碳纖維，其具體為將碳纖維浸潤在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤處 理的碳纖維于50°C~300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1~100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維；其中，所述的聚丙烯腈溶液為聚丙烯腈低聚物與溶劑配制而成的溶液，所述溶劑為水、乙醇、丙酮中的一種。
[0006]所述的潤滑劑為聚乙烯蠟。
[0007]所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種。
[0008]所述的抗氧劑為受阻酚抗氧劑1010或1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物。
[0009]上述的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)制備表面改性碳纖維:首先配制聚丙烯腈溶液，然后將碳纖維浸潤在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50°c~300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1~100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；
(2)按重量配比稱取滑石粉和偶聯(lián)劑，加入高速混合器中混合均勻，溫度為80°C~100°C，混合時(shí)間為10~15分鐘，得到表面活化處理好的滑石粉，然后加入按重量配比稱取的聚乙烯、潤滑劑、抗氧劑和色料，在100°C~120°C溫度下繼續(xù)混合5~15分鐘；
(3)將上述混合均勻的物料和表 面改性碳纖維分別加入雙螺桿擠出機(jī)的主料口和側(cè)料口，經(jīng)熔融混煉5~30分鐘，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，即得本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料。
[0010]本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制得的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，具有強(qiáng)度高、韌性好、耐熱性能高和耐環(huán)境應(yīng)力性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電器、化工、醫(yī)療、機(jī)械等行業(yè)。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0012]實(shí)施例1:
一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:聚乙烯60%、表面改性碳纖維32%、納米滑石粉5%、聚乙烯蠟1%、硅烷偶聯(lián)劑0.4%、受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物0.6%、色料1%。所述的表面改性碳纖維為聚丙烯腈處理過的碳纖維，其具體為將碳纖維浸潤在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50℃~300℃烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1~100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維；其中，所述的聚丙烯腈溶液為聚丙烯腈低聚物與溶劑配制而成的溶液，所述溶劑為乙醇。
[0013]制備方法:(1)制備表面改性碳纖維:首先配制聚丙烯腈溶液，然后將碳纖維浸潤在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50℃~300℃烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1~100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；(2)按重量配比稱取滑石粉和硅烷偶聯(lián)劑，加入高速混合器中混合均勻，溫度為80℃~100℃，混合時(shí)間為10~15分鐘，得到表面活化處理好的滑石粉，然后加入按重量配比稱取的聚乙烯、聚乙烯蠟、受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物和色料，在100℃~120℃溫度下繼續(xù)混合5~15分鐘；(3)將上述混合均勻的物料和表面改性碳纖維分別加入雙螺桿擠出機(jī)的主料口和側(cè)料口，經(jīng)熔融混煉5~30分鐘，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，即得本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料。
[0014]實(shí)施例2:
一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:聚乙烯69%、表面改性碳纖維20%、納米滑石粉8%、聚乙烯蠟1%、鈦酸酯偶聯(lián)劑0.6%、受阻酚抗氧劑1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物0.8%、色料0.6%。所述的表面改性碳纖維為聚丙烯腈處理過的碳纖維，其具體為將碳纖維浸潤在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50°C~300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1~100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維；其中，所述的聚丙烯腈溶液為聚丙烯腈低聚物與溶劑配制而成的溶液，所述溶劑為丙酮。
[0015]制備方法:(1)制備表面改性碳纖維:首先配制聚丙烯腈溶液，然后將碳纖維浸潤在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50℃~300℃烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1~100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；(2)按重量配比稱取滑石粉和鈦酸酯偶聯(lián)劑，加入高速混合器中混合均勻，溫度為80℃~100℃，混合時(shí)間為10~15分鐘，得到表面活化處理好的滑石粉，然后加入按重量配比稱取的聚乙烯、聚乙烯蠟、受阻酚抗氧劑1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物和色料，在100℃~120℃溫度下繼續(xù)混合5~15分鐘；(3)將上述混合均勻的物料和表面改性碳纖維分別加入雙螺桿擠出機(jī)的主料口和側(cè)料口，經(jīng)熔融混煉5~30分鐘，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，即得本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其特征在于，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:聚乙烯50%~80%、表面改性碳纖維20%~40%、納米滑石粉3%~8%、潤滑劑0.5%~1%、偶聯(lián)劑0.1%~1%、抗氧劑0.1%~1%、色料0.1%~1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其特征在于，所述的表面改性碳纖維為聚丙烯腈處理過的碳纖維，其具體為將碳纖維浸潤在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50°C~300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1~100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維；其中，所述的聚丙烯腈溶液為聚丙烯腈低聚物與溶劑配制而成的溶液，所述溶劑為水、乙醇、丙酮中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其特征在于，所述的潤滑劑為聚乙烯蠟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其特征在于，所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料，其特征在于，所述的抗氧劑為受阻酚抗氧劑1010或1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復(fù)配物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備表面改性碳纖維:首先配制聚丙烯腈溶液，然后將碳纖維浸潤在聚丙烯腈溶液，再將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50°C~300°C烘箱內(nèi)預(yù)氧化0.1~100小時(shí)、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用； (2)按重量配比稱取滑石粉和偶聯(lián)劑，加入高速混合器中混合均勻，溫度為80°C~100°C，混合時(shí)間為10~15分鐘，得到表面活化處理好的滑石粉，然后加入按重量配比稱取的聚乙烯、潤滑劑、抗氧劑和色料，在100°C~120°C溫度下繼續(xù)混合5~15分鐘； (3)將上述混合均勻的物料和表面改性碳纖維分別加入雙螺桿擠出機(jī)的主料口和側(cè)料口，經(jīng)熔融混煉5~30分鐘，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，即得本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯材料。
【文檔編號(hào)】C08K9/06GK103881188SQ201210560525
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:青島欣展塑膠有限公司