本發(fā)明涉及一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著生活水平的提高以及節(jié)能、減排、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展意識(shí)的增強(qiáng)，在汽車(chē)、家電、電子電器等許多領(lǐng)域?qū)π虏牧隙继岢隽烁咝阅芑⑤p量化以及多功能化的要求，此外發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)也是新材料發(fā)展趨勢(shì)。pa6，中文名又稱(chēng)聚酰胺6或尼龍6，是由己內(nèi)酰胺通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合而制得的一種半結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂，具有最優(yōu)越的綜合性能，例如機(jī)械強(qiáng)度、剛性、韌性、機(jī)械減震性和耐磨性、自潤(rùn)滑性，還具有良好的電絕緣性和耐溶劑性，廣泛應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)零件和可維護(hù)零件的制造。但由于本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，吸水性較強(qiáng)，平衡吸水率可達(dá)到3.5%左右，高溫熔融加工前需經(jīng)過(guò)干燥處理，否則會(huì)損害其機(jī)械性能；由于酰胺鍵的氫鍵作用，分子鏈間作用力較大，熔體粘性較高；高溫下有氧環(huán)境下極易發(fā)生黃變，功能單一，限制了其發(fā)展。

碳纖維（carbonfiber，簡(jiǎn)稱(chēng)cf），是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，密度低、比性能高，無(wú)蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，x射線透過(guò)性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。

pa6強(qiáng)度遠(yuǎn)高于通用塑料，拉伸強(qiáng)度可達(dá)60mpa以上，但1.8mpa載荷下的熱變形溫度只有60-70℃左右，仍然限制了其在高性能要求領(lǐng)域的應(yīng)用。縱觀聚合物增強(qiáng)塑料的發(fā)展，以芳綸纖維、碳纖維、玻璃纖維以及近年來(lái)新發(fā)展的玄武巖纖維增強(qiáng)聚合物材料最為突出，性能可以鋼材媲美甚至有過(guò)之而無(wú)不及，密度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼材，而其中又以碳纖維集高強(qiáng)、高模、質(zhì)輕、抗靜電/導(dǎo)電、導(dǎo)熱等高性能、多功能于一體，備受市場(chǎng)關(guān)注和歡迎。一般pa6樹(shù)脂拉伸強(qiáng)度在60-80mpa，彎曲強(qiáng)度在90mpa左右，而經(jīng)過(guò)碳纖維增強(qiáng)后的長(zhǎng)纖增強(qiáng)尼龍6(longcarbonfiberreinforcedpolyamide6.簡(jiǎn)稱(chēng)lcfrpa6)的拉伸強(qiáng)度提高到200mpa以上，是純樹(shù)脂的2-3倍，彎曲強(qiáng)度可達(dá)400mpa以上,也是原來(lái)的3-5倍左右，機(jī)械性能大大提高；當(dāng)制成單向連續(xù)碳纖增強(qiáng)片材時(shí)，其拉伸強(qiáng)度高達(dá)1500-2000mpa，復(fù)合成多層板材后拉伸強(qiáng)度也可高達(dá)500mpa以上；50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳纖增強(qiáng)pa6的1.8mpa載荷下的熱變形溫度可高達(dá)190-220℃，大大擴(kuò)寬了應(yīng)用領(lǐng)域。

由于較強(qiáng)的氫鍵作用，pa6分子粘性較高，現(xiàn)有pa6材料對(duì)碳纖浸漬效果較差，直接影響了制品的機(jī)械性能；有通過(guò)添加潤(rùn)滑或流動(dòng)促進(jìn)劑等小分子添加劑對(duì)其進(jìn)行改性，雖然提高了pa6的流動(dòng)性能，改善了其與碳纖的浸漬效果，但同時(shí)損害了它們的力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明一方面提供了一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于：按材料重量份計(jì)，配方包括：

（1）pa6樹(shù)脂，100份；

（2）抗氧劑0.2-1份；

（3）流動(dòng)促進(jìn)劑0.2-1.2份；

（4）增韌劑2-10份；

（5）相容劑1-5份。

優(yōu)選為，所述的pa6樹(shù)脂指己內(nèi)酰胺通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合得到的大分子鏈中含有酰胺鍵的低粘度pa6樹(shù)脂，其相對(duì)粘度小于2.7。

優(yōu)選為，所述的抗氧劑選自有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑h3386、有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑h3377、有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑h3336、抗氧劑1098、抗氧劑168、抗氧劑pepq、抗氧劑pep-36a、抗黃變劑h10/h161、聚合型受阻胺光穩(wěn)定劑hs-944中的一種或幾種復(fù)配。

優(yōu)選為，所述的流動(dòng)促進(jìn)劑選自超支化樹(shù)脂hyperc100、超支化樹(shù)脂cyd-701、乙撐雙硬脂酰胺ebs、改性乙撐雙脂肪酸酰胺taf、硅酮粉或母粒、尼龍流動(dòng)促進(jìn)劑bruggolenp130中的一種。

優(yōu)選為，所述的增韌劑選自乙烯辛烯共聚物poe、杜邦fusn493d、阿科瑪ax8900、超支化樹(shù)脂cyd-6100等中的一種。

優(yōu)選為，所述相容劑選自以聚烯烴及其共聚物為載體的接枝物，接枝單體指馬來(lái)酸酐mah或甲基丙烯酸縮水甘油酯gma。

優(yōu)選為，所述的相容劑為乙烯-辛烯共聚物poe接枝馬來(lái)酸酐接枝物。

本發(fā)明的有益效果如下幾點(diǎn)：

1、相對(duì)傳統(tǒng)碳纖短纖增強(qiáng)pa6復(fù)合材料相比，基于特殊浸漬工藝制備的連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6復(fù)合材料，由于碳纖維在pa6載體中長(zhǎng)度保留率很高或是連續(xù)的，所以不僅力學(xué)性能得到很大提升，基于連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能也大大提高，大大拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。

2、針對(duì)浸漬碳纖用pa6樹(shù)脂分子鏈和碳纖維表面官能團(tuán)特點(diǎn)，碳纖維采用表面活化處理過(guò)的，再采用超支化聚合物對(duì)其流動(dòng)性能和相容性進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到制備性能優(yōu)異的碳纖增強(qiáng)pa6熱塑性材料；其中超支化聚合物微觀結(jié)構(gòu)與pa6具有很好相容性，支化末端為與碳纖具有非常好結(jié)合力的活性官能團(tuán)的球狀分子；由于這種球狀結(jié)構(gòu)對(duì)pa6分子鏈起到潤(rùn)滑效果，破壞了酰胺鍵的氫鍵作用，大大提高了pa6熔體的流動(dòng)性能，而超支化尾端活性官能團(tuán)與碳纖結(jié)合良好，增強(qiáng)了聚酰胺樹(shù)脂與碳纖之間的界面結(jié)合能力，提高了機(jī)械性能。

3、本發(fā)明還采用高效有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑，與傳統(tǒng)酚類(lèi)抗氧劑相比具有更優(yōu)異的抗老化性能，在高達(dá)180℃的使用溫度下提供長(zhǎng)效保護(hù)；與無(wú)機(jī)銅鹽類(lèi)熱穩(wěn)定劑相比，對(duì)設(shè)備損傷小，不易變色；同時(shí)還兼具抗紫外uvb作用。

本發(fā)明另一方面提供了一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：將以上組份按照一定比例預(yù)混好后，通過(guò)雙/單螺桿機(jī)組熔融混合擠到模頭中進(jìn)行分流及浸漬，制得連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料。

優(yōu)選為，所述的雙/單螺桿擠出機(jī)溫度為220-260℃，模頭溫度240-270℃。

優(yōu)選為，制備連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合板材時(shí)，熱壓溫度250-270℃，熱壓時(shí)間5-10min。

該制備方法的有益效果如下：

該制備方法制備出來(lái)的長(zhǎng)碳纖增強(qiáng)pa6粒子機(jī)械性能優(yōu)良，耐候性優(yōu)異；制備出來(lái)的連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6熱塑性片材可實(shí)現(xiàn)超薄化和高性能化，復(fù)合得到的板材機(jī)械強(qiáng)度更高，還具有導(dǎo)熱、導(dǎo)電/抗靜電功能，可滿足許多特定領(lǐng)域的應(yīng)用。該制備工藝簡(jiǎn)單，具有重要現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明各實(shí)施例力學(xué)性能、導(dǎo)電性能及導(dǎo)熱性能表。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。

圖1為各實(shí)施例力學(xué)性能、導(dǎo)電性能及導(dǎo)熱性能表。

具體實(shí)施例1

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于：按材料重量份計(jì)，配方包括：pa6樹(shù)脂100kg，聚合型受阻胺光穩(wěn)定劑hs-9440.1kg，高效有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑h33770.2kg，超支化樹(shù)脂hyperc1000.2kg，阿克瑪ax89002kg，乙烯-辛烯共聚物接枝馬來(lái)酸酐poe-g-mah1kg。

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法：將以上組份按照一定比例預(yù)混好后，通過(guò)單螺桿機(jī)組熔融混合擠到“衣架”型模頭中進(jìn)行分流，最后進(jìn)入“s”型模頭對(duì)活性碳纖進(jìn)行充分浸漬，牽條經(jīng)過(guò)冷卻水冷卻造粒，制得長(zhǎng)碳纖增強(qiáng)熱塑性pa6粒子lfrt，碳纖含量20%。

螺桿擠出機(jī)溫度為：220℃；“衣架”型模頭溫度240℃；“s”型模頭溫度240℃。

具體實(shí)施例2

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于：按材料重量份計(jì)，配方包括：pa6樹(shù)脂100kg，高效有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑h33361kg，超支化樹(shù)脂cyd-7010.8kg，乙烯辛烯共聚物poe5kg，乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯poe-g-gma3kg。

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法：將以上組份按照一定比例預(yù)混好后，通過(guò)單螺桿機(jī)組熔融混合擠到“衣架”型模頭中進(jìn)行分流，最后進(jìn)入“s”型模頭對(duì)活性碳纖進(jìn)行充分浸漬，牽條經(jīng)過(guò)冷卻水冷卻造粒，制得長(zhǎng)碳纖增強(qiáng)熱塑性粒子lfrt，碳纖含量控制在40%左右。

螺桿擠出機(jī)溫度為：260℃；“衣架”型模頭溫度270℃；“s”型模頭溫度270℃。

具體實(shí)施例3

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于：按材料重量份計(jì)，配方包括：pa6樹(shù)脂100kg，高效有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑h33360.6kg，超支化樹(shù)脂cyd-7011.2kg，杜邦fusn493d10kg，乙烯-辛烯共聚物接枝馬來(lái)酸酐poe-g-mah5kg。

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法：將以上組份按照一定比例預(yù)混好后，通過(guò)雙螺桿機(jī)組熔融混合擠到“衣架”型模頭中進(jìn)行分流，最后進(jìn)入“s”型模頭對(duì)碳纖進(jìn)行充分浸漬，牽條經(jīng)過(guò)冷卻水冷卻造粒，制得長(zhǎng)碳纖增強(qiáng)pa6熱塑性粒子lfrt，碳纖含量控制在50%左右。

螺桿擠出機(jī)溫度為：230℃；“衣架”型模頭溫度250℃；“s”型模頭溫度250℃。

具體實(shí)施例4

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于：按材料重量份計(jì)，配方包括：pa6樹(shù)脂100kg，高效有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑h33861kg，超支化樹(shù)脂hyperc1000.8kg，阿克瑪ax89006kg，乙烯-辛烯共聚物接枝馬來(lái)酸酐poe-g-mah4kg。

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法：將以上組份按照一定比例預(yù)混好后，通過(guò)雙螺桿機(jī)組熔融混合擠到“衣架”型模頭中進(jìn)行分流，最后進(jìn)入“s”型模頭對(duì)碳纖進(jìn)行充分浸漬，成片后經(jīng)過(guò)鋼輥進(jìn)行壓制冷卻定型、收卷，制得連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6熱塑性帶材cfrt，碳纖含量控制在50%左右，帶材厚度0.25mm左右。

螺桿擠出機(jī)溫度為：250℃；“衣架”型模頭溫度260℃；“s”型模頭溫度260℃。

具體實(shí)施例5

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料，按材料重量份計(jì)，配方包括：pa6樹(shù)脂100kg，高效有機(jī)銅類(lèi)穩(wěn)定劑h33360.8kg，超支化樹(shù)脂cyd-7010.8kg，阿克瑪ax89005kg，乙烯-辛烯共聚物接枝馬來(lái)酸酐poe-g-mah5kg。

一種連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法：將以上組份按照一定比例預(yù)混好后，通過(guò)雙螺桿機(jī)組熔融混合擠到“衣架”型模頭中進(jìn)行分流，最后進(jìn)入“s”型模頭對(duì)碳纖進(jìn)行充分浸漬，成片后經(jīng)過(guò)鋼輥進(jìn)行壓制冷卻定型、收卷，制得連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6熱塑性帶材cfrt，碳纖含量控制在60%左右，帶材厚度0.26±0.02mm；然后將其帶材按照纖維方向0°和90°交叉鋪層，經(jīng)過(guò)層壓設(shè)備制得厚度為3mm左右的板材。

螺桿擠出機(jī)溫度為：235℃；“衣架”型模頭溫度255℃；“s”型模頭溫度255℃；制備連續(xù)碳纖增強(qiáng)pa6板材時(shí)，熱壓溫度260℃，熱壓時(shí)間7.5min。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。