低模量碳纖維改性pc復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種低模量碳纖維改性PC復合材料及其制備方法。本發明的低模量碳纖維改性PC復合材料，其組分按質量百分數配比為：PC樹脂60%～90%、低模量碳纖維5%～20%、增韌劑5%～15%、相容劑2%～4%、抗氧劑0.1%～0.5%、耐水解劑0.5%～2%、其它助劑0～1.5%。本發明的有益效果是，與現有技術相比，本發明采用首先對低模量碳纖維硝酸氧化處理，再進行偶聯劑涂層改性處理，得到的低模量碳纖維改性PC復合材料，具有很好的效果，使其改性的PC復合材料具有高彎曲強度和優異綜合性能，因而具有巨大的潛力和廣泛的應用前景，可廣泛用于汽車、電子、化工等領域。
【專利說明】 低模量碳纖維改性PC復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子材料【技術領域】，具體地說是一種低模量碳纖維改性PC復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]聚碳酸酯(PC)是一種綜合性能優異的熱塑性工程塑料，具有突出的抗沖擊性能，耐蠕變和尺寸穩定性好，能在較高的溫度范圍內保持較高的力學強度，無毒，介電性能優良，是近年來增長迅速最快和產能規模最大的工程塑料。但PC也存在一些缺陷，如加工性能較差，易應力開裂，缺口沖擊和低溫韌性差等，限制其應用范圍。碳纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱等特性，屬典型的高新技術產品，主要用于制備先進復合材料，已廣泛應用于宇航、體育用品領域、工業領域、交通運輸領域及土木建筑領域。碳纖維可以作為增強樹脂復合材料和改進其力學性能的增強劑，但碳纖維增強樹脂復合材料時，要求有較高的層間剪切強度(ILSS)，而未經表面處理的碳纖維表面呈惰性，比表面積小，邊緣活性碳原子少，活性官能團含量極少，表面能低，和樹脂浸潤性及兩相界面粘結性差，碳纖維與樹脂復合材料的層間剪切強度較低，不能滿足其使用效果。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種低模量碳纖維改性PC復合材料及其制備方法。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:低模量碳纖維改性PC復合材料，其組分按質量百分數配比為=PC樹脂60%?90%、低模量碳纖維5%?20%、增韌劑5%?15%、相容劑2%?4%、抗氧劑0.1%?0.5%、耐水解劑0.5%?2%、其它助劑O?1.5%。
[0005]所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/mol。
[0006]所述的低模量碳纖維為模量在200GPa以下、且表面經偶聯劑改性處理的碳纖維，其改性處理方法為:將碳纖維置于質量分數為60%?70%的硝酸溶液,在75°C?90°C下浸潰處理5?40分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經干燥后加入鈦酸鹽偶聯劑涂層處理，然后在80°C?150°C烘干，即得表面經偶聯劑改性處理的碳纖維。
[0007]所述的增韌劑為馬來酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA-g-MAH)。
[0008]所述的相容劑為苯乙烯接枝馬來酸酐共聚物(SMA)。
[0009]所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質量1:1比例的復配物。
[0010]所述的耐水解劑為雙酚A雙縮水甘油醚。
[0011]所述的其它助劑為潤滑劑、光穩定劑、色母中的一種或幾種，其中，潤滑劑優選季戊四醇硬脂酸酯(PETS)，光穩定劑優選質量比1:1的HS-944與HS-622的復合受阻胺光穩定劑，色母優選炭黑色母。
[0012]上述的低模量碳纖維改性PC復合材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)、將PC樹脂在鼓風干燥機中于110°C?130°C溫度下干燥3?4小時，待用； (2)、低模量碳纖維表面改性處理:將碳纖維置于質量分數為60%?70%的硝酸溶液,在75°C?90°C下浸潰處理5?40分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經干燥后加入鈦酸鹽偶聯劑涂層處理，然后在80°C?150°C烘干，即得表面改性處理的碳纖維，待用；
(3)、按重量配比稱取干燥的PC樹脂和步驟(2)得到的表面改性處理的碳纖維，加入高速混合機，攪拌2?15分鐘，然后加入按重量配比稱取的增韌劑、相容劑、抗氧劑、耐水解齊U、其它助劑，繼續混合5?30分鐘，使充分混合均勻后出料；
(4)、將步驟(3)的混合料加入雙螺桿擠出機中，在240°C?260°C下經熔融混煉擠出、冷卻造粒，即得成品。
[0013]本發明的有益效果是，與現有技術相比，本發明采用首先對低模量碳纖維硝酸氧化處理，再進行偶聯劑涂層改性處理，得到的低模量碳纖維改性PC復合材料，具有很好的效果，使其改性的PC復合材料具有高彎曲強度和優異綜合性能，因而具有巨大的潛力和廣泛的應用前景，可廣泛用于汽車、電子、化工等領域。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例來進一步說明本發明的技術方案。
[0015]實施例1:
一種低模量碳纖維改性PC復合材料，其組分按質量百分數配比為:PC樹脂70%、低模量碳纖維15%、馬來酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA-g-MAH)10%、苯乙烯接枝馬來酸酐共聚物(SMA)3%、受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質量1:1比例的復配物0.4%、雙酚A雙縮水甘油醚1%、質量比1:1的HS-944與HS-622的復合受阻胺光穩定劑
0.6%。其中，所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/mol。所述的低模量碳纖維為模量在200GPa以下、且表面經偶聯劑改性處理的碳纖維，其改性處理方法為:將碳纖維置于質量分數為60%?70%的硝酸溶液,在75°C?90°C下浸潰處理5?40分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經干燥后加入鈦酸鹽偶聯劑涂層處理，然后在80°C?150°C烘干，即得表面經偶聯劑改性處理的碳纖維。
[0016]制備方法:(I)、將PC樹脂在鼓風干燥機中于110°C?130°C溫度下干燥3?4小時，待用；(2)、低模量碳纖維表面改性處理:將碳纖維置于質量分數為60%?70%的硝酸溶液，在75°C?90°C下浸潰處理5?40分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經干燥后加入鈦酸鹽偶聯劑涂層處理，然后在80°C?150°C烘干，即得表面改性處理的碳纖維，待用；(3)、按重量配比稱取干燥的PC樹脂和步驟(2)得到的表面改性處理的碳纖維，加入高速混合機，攪拌2?15分鐘，然后加入按重量配比稱取的馬來酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA-g-MAH)、苯乙烯接枝馬來酸酐共聚物(SMA)、受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質量1:1比例的復配物、雙酚A雙縮水甘油醚、質量比1:1的HS-944與HS-622的復合受阻胺光穩定劑，繼續混合5?30分鐘，使充分混合均勻后出料；
(4)、將步驟(3)的混合料加入雙螺桿擠出機中，在240°C?260°C下經熔融混煉擠出、冷卻造粒，即得成品。
[0017]實施例2:
一種低模量碳纖維改性PC復合材料，其組分按質量百分數配比為:PC樹脂80%、低模量碳纖維10%、馬來酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA-g-MAH) 5%、苯乙烯接枝馬來酸酐共聚物(SMA)3%、受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質量1:1比例的復配物0.2%、雙酚A雙縮水甘油醚0.8%、季戊四醇硬脂酸酯(PETS) 0.5%、質量比1:1的HS-944與HS-622的復合受阻胺光穩定劑0.5%。其中，所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/mol。所述的低模量碳纖維為模量在200GPa以下、且表面經偶聯劑改性處理的碳纖維，其改性處理方法為:將碳纖維置于質量分數為60%?70%的硝酸溶液，在75°C?90°C下浸潰處理5?40分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經干燥后加入鈦酸鹽偶聯劑涂層處理，然后在80°C?150°C烘干，即得表面經偶聯劑改性處理的碳纖維。
[0018]制備方法:(I)、將PC樹脂在鼓風干燥機中于110°C?130°C溫度下干燥3?4小時，待用；(2)、低模量碳纖維表面改性處理:將碳纖維置于質量分數為60%?70%的硝酸溶液，在75°C?90°C下浸潰處理5?40分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經干燥后加入鈦酸鹽偶聯劑涂層處理，然后在80°C?150°C烘干，即得表面改性處理的碳纖維，待用；(3)、按重量配比稱取干燥的PC樹脂和步驟(2)得到的表面改性處理的碳纖維，加入高速混合機，攪拌2?15分鐘，然后加入按重量配比稱取的馬來酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA-g-MAH)、苯乙烯接枝馬來酸酐共聚物(SMA)、受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質量1:1比例的復配物、雙酚A雙縮水甘油醚、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)、質量比1:1的HS-944與HS-622的復合受阻胺光穩定劑，繼續混合5?30分鐘，使充分混合均勻后出料；(4)、將步驟(3)的混合料加入雙螺桿擠出機中，在240°C?260°C下經熔融混煉擠出、冷卻造粒，即得成品。
【權利要求】
1.一種低模量碳纖維改性？￠:復合材料，其特征在于，其組分按質量百分數配比為樹脂60%?90%、低模量碳纖維5%?20%、增韌劑5%?15%、相容劑2%?4%、抗氧劑0.1%?0.5%、耐水解劑0.5%?2%、其它助劑0?1.5%。
2.根據權利要求1所述的低模量碳纖維改性復合材料，其特征在于，所述的樹脂為雙酚八型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?400008?01。
3.根據權利要求1所述的低模量碳纖維改性復合材料，其特征在于，所述的低模量碳纖維為模量在200--以下、且表面經偶聯劑改性處理的碳纖維，其改性處理方法為:將碳纖維置于質量分數為60%?70%的硝酸溶液，在751^?901^下浸潰處理5?40分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經干燥后加入鈦酸鹽偶聯劑涂層處理，然后在801?1501烘干，即得表面經偶聯劑改性處理的碳纖維。
4.根據權利要求1所述的低模量碳纖維改性復合材料，其特征在于，所述的增韌劑為馬來酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(￡8八-8-嫩只)。
5.根據權利要求1所述的低模量碳纖維改性復合材料，其特征在于，所述的相容劑為苯乙烯接枝馬來酸酐共聚物(3嫩兄
6.根據權利要求1所述的低模量碳纖維改性復合材料，其特征在于，所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168按質量1:1比例的復配物。
7.根據權利要求1所述的低模量碳纖維改性復合材料，其特征在于，所述的耐水解劑為雙酚八雙縮水甘油醚。
8.根據權利要求1所述的低模量碳纖維改性復合材料，其特征在于，所述的其它助齊0為潤滑劑、光穩定劑、色母中的一種或幾種，其中，潤滑劑優選季戊四醇硬脂酸酯(四丁幻，光穩定劑優選質量比1:1的!13-944與!13-622的復合受阻胺光穩定劑，色母優選炭黑色母。
9.根據權利要求1所述的低模量碳纖維改性復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (丄)、將？樹脂在鼓風干燥機中于1101?1301溫度下干燥3?4小時，待用； (之)、低模量碳纖維表面改性處理:將碳纖維置于質量分數為60%?70%的硝酸溶液，在751?901下浸潰處理5?40分鐘，然后真空抽濾去酸液，并用去離子水沖洗至中性，經干燥后加入鈦酸鹽偶聯劑涂層處理，然后在801?1501烘干，即得表面改性處理的碳纖維，待用； (3).按重量配比稱取干燥的？樹脂和步驟(2)得到的表面改性處理的碳纖維，加入高速混合機，攪拌2?15分鐘，然后加入按重量配比稱取的增韌劑、相容劑、抗氧劑、耐水解齊0、其它助劑，繼續混合5?30分鐘，使充分混合均勻后出料； “)、將步驟(3)的混合料加入雙螺桿擠出機中，在2401?2601下經熔融混煉擠出、冷卻造粒，即得成品。
【文檔編號】C08L69/00GK104419167SQ201310398183
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】不公告發明人 申請人:青島欣展塑膠有限公司