專利名稱：一種tpu改性碳纖維/尼龍復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種TPU改性碳纖維/尼龍復合材料及其制備方法。
背景技術：
碳纖維/尼龍復合材料是一種綜合了碳纖維和尼龍各自優勢的新型復合材料，它不僅具有碳纖維高強度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、抗蠕變、導電、導熱等諸多優異性能，還具有尼龍自身所具備的密度小、耐磨、耐油、自潤滑、耐腐蝕以及良好的加工性能等優點，越來越多的研究人員試圖將碳纖維/尼龍復合材料用于機械和摩擦零部件，如齒輪、皮帶輪、軸承、凸輪、密封圈、傳動軸等。碳纖維/尼龍復合材料正日益取代諸如鑄鐵、鋼或鋁等傳統材料，廣泛應用于汽車、電子、機械等領域。
·
目前，碳纖維/尼龍復合材料實現大規模應用還存在諸多問題待解決。單一尼龍基體因其分子結構中含有大量酰胺基，具有較強的吸水性，造成所制備的碳纖維/尼龍復合材料尺寸穩定性不高，吸水后機械性能降低；并且，碳纖維表面活性基團少，與尼龍相容性差，不利于復合材料綜合性能的提高；此外，單一尼龍基體復合材料性能受限于尼龍自身的熱性能、機械和摩擦性能等，這使得碳纖維/尼龍復合材料沖擊性能偏低、熱變形溫度不高、高速重載條件下摩擦性能不理想，從而大大限制了碳纖維/尼龍復合材料的應用。針對碳纖維/尼龍復合材料應用所存在的諸多問題，目前，國內外研究者廣泛開展了碳纖維/尼龍復合材料的相關研究工作，主要從改善碳纖維與尼龍基體之間的界面結合強度入手，研究者通過對碳纖維進行表面處理，處理后的碳纖維與塑料基體之間浸潤性提高，界面結合得到改善，從而獲得較高性能的碳纖維/尼龍復合材料。然而，針對碳纖維/尼龍復合材料基體自身的改性工作還鮮有報道。
發明內容
針對現有技術中存在的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種TPU改性碳纖維/尼龍復合材料及其制備方法，所得的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料韌性好，耐磨能力強，使用壽命長。本發明為了解決所提出的技術問題，采用的技術方案為
一種TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，它由TPU粒子、碳纖維和尼龍粒子組成，其各組分的重量百分比分別為TPU粒子5 30 wt%、碳纖維5 35 wt%和尼龍粒子35 90 wt%。按上述方案，所述的TPU粒子為聚酯型TPU粒子或聚醚型TPU粒子中的任意一種。按上述方案，所述的碳纖維直徑為2 μ πΓ Ο μ m,長度為15 μ πΓ 20 mm。按上述方案，所述的尼龍粒子為尼龍6粒子，尼龍66粒子，尼龍610粒子和尼龍1010粒子中的任意一種。本發明所述的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料的一種制備方法，它包括如下步驟按重量百分比計，將TPU粒子5 30 wt%、碳纖維5 35 wt%和尼龍粒子35 90 ￥丨％預混合，然后通過擠出機熔融共混擠出，冷卻切粒后干燥，即得改性碳纖維/尼龍復合材料。熱塑性聚氨酯彈性體(Thermoplastic Urethane, TPU)是由二苯甲燒二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)和大分子多元醇、擴鏈劑共同反應聚合而成的高分子材料，它具有具有其它塑料材料所無法比擬的強度高、韌性好、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐氣候等特性，同時他具有高防水性、透濕性、防風、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外線以及能量釋放等許多優異的功能，將TPU用作碳纖維/尼龍復合材料的基體改性材料，可充分利用TPU韌性好、耐水、耐磨的特點，且TPU與尼龍極性相似，相容性好,能夠有效改善碳纖維/尼龍復合材料韌性低、易吸水性變形以及摩擦系數偏大等缺點，從而獲得綜合性能優異的新型碳纖維/尼龍復合材料。與現有技術相比，本發明的有益效果是
第一，本發明所提供的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料的斷裂伸長率和沖擊強度較未改性的碳纖維/尼龍復合材料明顯提高，說明TPU有效地提高了碳纖維/尼龍復合材料的·韌性；
第二，本發明所制備的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料的摩擦系數和磨損率較未改性的低，說明TPU改性有效地提高了碳纖維/尼龍復合材料的低摩耐磨性質；
第三，本發明的制備方法簡單高效，易于工業化生產，所得的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料在力學性能和摩擦性能兩方面具有更均衡的綜合性質，耐磨能力強，使用壽命長，綜合性能優良，碳纖維/尼龍復合材料的性能和應用得到擴展，具有推廣價值。
圖I為本發明實施例I所得到的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料拉伸斷裂面的掃描電鏡照片。圖2為本發明對比例I所得碳纖維/尼龍復合材料拉伸斷裂面的掃描電鏡照片。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。實施例I :
一種TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，以重量百分比計，它由聚酯型TPU粒子10被％、碳纖維10 wt%和尼龍6粒子80 wt%組成，其中碳纖維粉末直徑為7 μ m，長度為50 μ m。其制備方法包括以下步驟將聚酯型TPU粒子10 wt%、碳纖維10 wt%(直徑7 μ m,長μ m)和尼龍6粒子80 wt%預混合后，通過擠出機在230°C熔融共混擠出，冷卻切粒后經干燥得TPU改性碳纖維/尼龍復合材料。圖I和圖2分別示出實施例I和對比例I的拉伸斷裂面的掃掃描電鏡照片，可以看到TPU改性碳纖維/尼龍復合材料斷裂面較改性前粗糙，拉伸裂紋明顯，說明TPU改性使得碳纖維/尼龍復合材料的斷裂方式向韌性斷裂轉變。此外，TPU改性碳纖維/尼龍復合材料TPU與尼龍基體相容良好，碳纖維分散均勻，且復合材料中空隙少，纖維與樹脂基體之間結合緊密。實施例2:一種TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，以重量百分比計，它由聚酯型TPU粒子10被％、碳纖維20wt%和尼龍6粒子70 wt%組成，其中碳纖維粉末直徑為7 μ m，長度為50 μ m。其制備方法包括以下步驟將聚酯型TPU粒子10wt%、碳纖維20wt%(直徑7 μ m,長10 mm)和尼龍6粒子70 wt%預混合后，通過擠出機在230°C熔融共混擠出，冷卻切粒后經干燥得TPU改性碳纖維/尼龍復合材料。實施例3:
一種TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，以重量百分比計，它由聚酯型TPU粒子10被％、碳纖維5wt%和尼龍6粒子85wt%組成，其中碳纖維粉末直徑為7 μ m，長度為10 mm。其制備方法包括以下步驟將聚酯型TPU粒子10wt%、碳纖維5wt% (直徑7 μ m,長10 mm)和尼龍6粒子85wt%預混合后，通過擠出機在230°C熔融共混擠出，冷卻切粒后經干燥得TPU改性碳纖維/尼龍復合材料。表I為本發明實施例1、2、3所得TPU改性碳纖維/尼龍復合材料的力學和摩擦性能。比較力學性能各項數據可以看出，TPU改性碳纖維/尼龍復合材料的斷裂伸長率和沖擊強度較未改性的碳纖維/尼龍復合材料明顯提高，說明TPU有效地提高了碳纖維/尼龍復合材料的韌性；而比較摩擦系數和磨損率的大小可看出，TPU改性碳纖維/尼龍復合材料的摩擦系數和磨損率較未改性的低，說明TPU改性有效地提高了碳纖維/尼龍復合材料的低摩耐磨性質。由此可知本發明報道的TPU改性提高了碳纖維/尼龍復合材料的韌性和摩擦性能，所得的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料在力學性能和摩擦性能兩方面具有更均衡的綜合性質，碳纖維/尼龍復合材料的性能和應用得到擴展，具有推廣價值。表I
權利要求
1.一種TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，其特征在于它由TPU粒子、碳纖維和尼龍粒子組成，其各組分的重量百分比分別為TPU粒子5 30 wt%、碳纖維5 35 wt%和尼龍粒子35^90 wt%0
2.根據權利要求I所述的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，其特征在于所述的TPU粒子為聚酯型TPU粒子或聚醚型TPU粒子中的任意一種。
3.根據權利要求I所述的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，其特征在于所述的碳纖維直徑為2 μ m 10 Pm,長度為15 μ m 20 mm。
4.根據權利要求I所述的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，其特征在于所述的尼龍粒子為尼龍6粒子，尼龍66粒子，尼龍610和尼龍1010粒子中的任意一種。
5.根據權利要求I所述的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料的一種制備方法，其特征在于它包括如下步驟按重量百分比計，將TPU粒子5 30 wt%、碳纖維5 35 wt%和尼龍粒子35^90 wt%預混合，然后通過擠出機熔融共混擠出，冷卻切粒后干燥，即得TPU改性碳纖維/尼龍復合材料。
6.根據權利要求5所述的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，其特征在于所述的TPU粒子為聚酯型TPU粒子或聚醚型TPU粒子中的任意一種。
7.根據權利要求5所述的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，其特征在于所述的碳纖維直徑為2 μ m 10 Pm,長度為15 μ m 20 mm。
8.根據權利要求5所述的TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，其特征在于所述的尼龍粒子為尼龍6粒子，尼龍66粒子，尼龍610和尼龍1010粒子中的任意一種。
全文摘要
本發明涉及一種TPU改性碳纖維/尼龍復合材料，它由TPU粒子、碳纖維和尼龍粒子組成，其各組分的重量百分比分別為TPU粒子5~30wt%、碳纖維5~35wt%和尼龍粒子35~90wt%。本發明所得到的碳纖維增強樹脂復合材料具有拉伸強度大，穩定性好，承載強度和斷裂強度高，彈性好，比重輕，摩擦系數小，耐磨能力強，使用壽命長的特點；本發明方法簡單高效，能有效改善碳纖維/尼龍復合材料的綜合性能。
文檔編號C08L77/06GK102786796SQ201210283640
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者吳超群, 周少鋒, 章橋新, 黃進 申請人:武漢理工大學