彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領域，具體地說是一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乙烯(PE)是一種質(zhì)輕無毒，具有優(yōu)良的電絕緣性能和耐化學腐蝕性能的熱塑性材料，其價格低廉，成型加工容易，廣泛應用于電器、化工、食品、機械等行業(yè)。然后，由于聚乙烯也存在沖擊強度較差、易脆性斷裂等缺點，較難滿足一些領域的使用需求。碳纖維具有高強度、低密度、高耐溫、耐水、耐腐蝕等特點，是一種優(yōu)異的高強度增強材料，已在軍事及民用工業(yè)的各個領域取得廣泛應用，從航天、航空、汽車、電子、機械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運動器材和休閑用品等。碳纖維增強聚乙烯具有非常高的比強度，但是由于碳纖維表面平滑、活性官能團少、表面能低，呈現(xiàn)表面化學惰性，與樹脂基體浸潤性差，使得復合材料界面粘合力較弱，嚴重地影響了復合材料整體優(yōu)異性能的發(fā)揮，并且聚乙烯的化學惰性也使碳纖維與基體樹脂的粘合性差，從而影響應力的傳遞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種力學性能好、韌性高和加工性能優(yōu)良的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料,其組分按質(zhì)量百分數(shù)配比為:聚乙烯60%?80%、納米碳酸I丐8%?15%、二異氰酸酯1%?2%、乙二醇2%?4%、表面改性碳纖維10%?25%、相容劑3%?8%、分散劑O?2%、抗氧劑0.1%?1%。
[0005]所述的表面改性碳纖維為表面經(jīng)過聚丙烯腈處理過的碳纖維，其具體方法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)預氧化0.1?100小時、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]所述的相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)0
[0007]所述的分散劑為聚乙烯蠟、EVA臘、OP臘、TAS-2A分散劑中的一種。
[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的復配物。
[0009]上述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料的制備方法，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)預氧化0.1?100小時、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；
(2)將按重量配比稱取納米碳酸鈣和乙二醇加入料筒溫度為40°C?70°C混合機中低速攪拌5?15分鐘，再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘，使充分加成聚合與包覆；
(3)然后在混合機中再加入按重量配比稱取的聚乙烯、相容劑、分散劑和抗氧劑，并在轉(zhuǎn)速不低于3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌5?30分鐘；
(4)再將上述混合好的物料和按重量配比稱取的表面改性碳纖維分別從雙螺桿擠出機的主料口和側(cè)料口加入，通過雙螺桿擠出機熔融混煉5?30分鐘后擠出、冷卻、切粒、干燥即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料。
[0010]本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用二異氰酸酯與乙二醇在混合機中攪拌和加成聚合生成聚氨酯彈性體包覆在納米碳酸鈣表面，形成以納米碳酸鈣為核、彈性體為殼的核殼結(jié)構(gòu)，使其發(fā)揮各自優(yōu)點和對聚乙烯起到良好的協(xié)同增強增韌效果，同時采用碳纖維增強改性進一步了材料的力學性能、耐熱性能、耐磨性能、耐腐蝕性能和加工性能等，具有很好的應用價值。
【具體實施方式】
[0011 ] 下面結(jié)合具體實施例來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0012]實施例1:
一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料，其組分按質(zhì)量百分數(shù)配比為:聚乙烯62%、納米碳酸鈣12%、二異氰酸酯1.5%、乙二醇3%、表面改性碳纖維15%、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)5%、聚乙烯蠟1%、受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物0.5%。所述的表面改性碳纖維為表面經(jīng)過聚丙烯腈處理過的碳纖維，其具體方法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)預氧化0.1?100小時、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乙醇配制而成的溶液。
[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°C?300°C烘箱內(nèi)預氧化0.1?100小時、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；(2)將按重量配比稱取納米碳酸鈣和乙二醇加入料筒溫度為40°C?70°C混合機中低速攪拌5?15分鐘，再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘，使充分加成聚合與包覆；(3)然后在混合機中再加入按重量配比稱取的聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)、聚乙烯蠟和受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物，并在轉(zhuǎn)速不低于3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌5?30分鐘；(4)再將上述混合好的物料和按重量配比稱取的表面改性碳纖維分別從雙螺桿擠出機的主料口和側(cè)料口加入，通過雙螺桿擠出機熔融混煉5?30分鐘后擠出、冷卻、切粒、干燥即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料。
[0014]實施例2:
一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料，其組分按質(zhì)量百分數(shù)配比為:聚乙烯60%、納米碳酸鈣15%、二異氰酸酯2%、乙二醇4%、表面改性碳纖維10%、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA) 8%、受阻酚抗氧劑1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物1%。所述的表面改性碳纖維為表面經(jīng)過聚丙烯腈處理過的碳纖維，其具體方法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)預氧化0.1?100小時、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丙酮配制而成的溶液。
[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°C?300°C烘箱內(nèi)預氧化0.1?100小時、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用；(2)將按重量配比稱取納米碳酸鈣和乙二醇加入料筒溫度為40°C?70°C混合機中低速攪拌5?15分鐘，再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘，使充分加成聚合與包覆；(3)然后在混合機中再加入按重量配比稱取的聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)和受阻酚抗氧劑1076與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物，并在轉(zhuǎn)速不低于3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌5?30分鐘；(4)再將上述混合好的物料和按重量配比稱取的表面改性碳纖維分別從雙螺桿擠出機的主料口和側(cè)料口加入，通過雙螺桿擠出機熔融混煉5?30分鐘后擠出、冷卻、切粒、干燥即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料。
【主權(quán)項】
1.一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料，其特征在于，其組分按質(zhì)量百分數(shù)配比為:聚乙烯60%?80%、納米碳酸鈣8%?15%、二異氰酸酯1%?2%、乙二醇2%?4%、表面改性碳纖維10%?25%、相容劑3%?8%、分散劑O?2%、抗氧劑0.1%?1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料，其特征在于，所述的表面改性碳纖維為表面經(jīng)過聚丙烯腈處理過的碳纖維，其具體方法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)預氧化0.1?100小時、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所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料，其特征在于，所述的相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料，其特征在于，所述的分散劑為聚乙烯蠟、EVA蠟、OP蠟、TAS-2A分散劑中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料，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的復配物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料的制備方法，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)預氧化0.1?100小時、并烘干，獲得表面改性的碳纖維，待用； (2)將按重量配比稱取納米碳酸鈣和乙二醇加入料筒溫度為40°C?70°C混合機中低速攪拌5?15分鐘，再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘，使充分加成聚合與包覆； (3)然后在混合機中再加入按重量配比稱取的聚乙烯、相容劑、分散劑和抗氧劑，并在轉(zhuǎn)速不低于3000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌5?30分鐘； (4)再將上述混合好的物料和按重量配比稱取的表面改性碳纖維分別從雙螺桿擠出機的主料口和側(cè)料口加入，通過雙螺桿擠出機熔融混煉5?30分鐘后擠出、冷卻、切粒、干燥即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種彈性體包覆碳酸鈣填充碳纖維增強的聚乙烯復合材料，其組分按質(zhì)量百分數(shù)配比為：聚乙烯60%～80%、納米碳酸鈣8%～15%、二異氰酸酯1%～2%、乙二醇2%～4%、表面改性碳纖維10%～25%、相容劑3%～8%、分散劑0～2%、抗氧劑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)明采用二異氰酸酯與乙二醇在混合機中攪拌和加成聚合生成聚氨酯彈性體包覆在納米碳酸鈣表面，形成以納米碳酸鈣為核、彈性體為殼的核殼結(jié)構(gòu)，使其發(fā)揮各自優(yōu)點和對聚乙烯起到良好的協(xié)同增強增韌效果，同時采用碳纖維增強改性進一步了材料的力學性能、耐熱性能、耐磨性能、耐腐蝕性能和加工性能等，具有很好的應用價值。
【IPC分類】C08K3-04, C08K7-06, C08K9-04, C08L23-06, C08L23-08, C08K13-06, C08K9-10, C08K3-26
【公開號】CN104672586
【申請?zhí)枴緾N201310617933
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】青島佳億陽工貿(mào)有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月29日