苯基）丙酸]季戊四醇酯）1份以 及潤滑劑（乙撐雙脂肪酸酰胺）3份配料；將TPU樹脂、無機填料、偶聯劑、抗氧劑及潤滑劑 等投入高速混合機中高速混合均勻，下料至擠出機料斗，碳纖維于擠出機加纖口加入，控制 自喂料口至擠出機模頭的各區溫度分別為150°C、175°C、185°C、195°C、195°C、200°C，主機 轉速50赫茲，經過雙螺桿擠出機擠出造粒即可得到該復合材料。
[0034] 本實施例復合材料的各性能分別為：拉伸模量667. 7MPa，拉伸強度57. 4MPa。模量 和強度均得到顯著提高，滿足薄膜板材、輕量化體育用品，汽車部件、機械零件成型加工的 要求，可極大擴展TPU樹脂的應用領域。且復合材料的制備工藝簡單、擠出過程持續穩定， 適合于工業連續化生產。
[0035] 實施例3
[0036] 稱取重量份含量TPU樹脂100份，電化學處理碳纖維（在lmol/L稀硫酸中，50mA 電流強度下通電處理2h) 40份，無機填料（滑石粉、氧化鎂和氧化鋁，重量比1:3:1) 10份， 偶聯劑（γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，重量比1:1)2 份，抗氧劑（四[β-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯）0.6份以及潤滑劑 (乙撐雙脂肪酸酰胺）1份配料；將TPU樹脂、無機填料、偶聯劑、抗氧劑及潤滑劑等投入高 速混合機中高速混合均勻，下料至擠出機料斗，碳纖維于擠出機加纖口加入，控制自喂料口 至擠出機模頭的各區溫度分別為150°C、175°C、185°C、195°C、195°C、200°C，主機轉速50赫 茲，經過雙螺桿擠出機擠出造粒即可得到該復合材料。
[0037] 本實施例復合材料的各性能分別為：拉伸模量464. 3MPa，拉伸強度34. 3MPa。模量 和強度均得到顯著提高，滿足薄膜板材、輕量化體育用品，汽車部件、機械零件成型加工的 要求，可極大擴展TPU樹脂的應用領域。且復合材料的制備工藝簡單、擠出過程持續穩定， 適合于工業連續化生產。
[0038] 實施例4
[0039] 稱取重量份含量TPU樹脂100份，電化學處理碳纖維（在0. 5mol/L稀硫酸中， IOOmA電流強度下通電處理2h) 5份，無機填料（滑石粉、氧化鎂和氧化鋁，重量比1:3:1) 20 份，偶聯劑（γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，重量比1:1) 2 份，抗氧劑（Ν，Ν' -雙-(3-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酰基）己二胺）0. 6份以及潤 滑劑（硅酮粉）1份配料；將TPU樹脂、無機填料、偶聯劑、抗氧劑及潤滑劑等投入高速混合 機中高速混合均勻，下料至擠出機料斗，碳纖維于擠出機加纖口加入，控制自喂料口至擠出 機模頭的各區溫度分別為150°C、175°C、185°C、195 °C、195°C、200°C，主機轉速50赫茲，經 過雙螺桿擠出機擠出造粒即可得到該復合材料。
[0040] 本實施例復合材料的各性能分別為：拉伸模量508. 4MPa，拉伸強度40. 6MPa。剛性 和耐摩擦性能得到顯著提升，滿足薄膜板材、輕量化體育用品，汽車部件、機械零件成型加 工的要求，可極大擴展TPU樹脂的應用領域。且復合材料的制備工藝簡單、擠出過程持續穩 定，適合于工業連續化生產。
[0041] 比較例1
[0042] 復合材料組成中碳纖維含量為5份，其它組成和制備方法和實施例1相同。
[0043] 所制備復合材料的各性能分別為：彎曲模量為121. 2MPa，彎曲強度為15. 7MPa。和 實施例1比較，本比例中碳纖維的添加量過低，無法對TPU樹脂起到增強作用。
[0044] 比較例2
[0045] 復合材料組成中碳纖維含量為90份，其它組成和制備方法和實施例1相同。
[0046] 所制備復合材料的各性能分別為：彎曲模量834. 2MPa，彎曲強度48. IMPa。本比例 中雖然提高了碳纖維的添加量，但是模量略有提高，而強度反而下降。這可能是基體粘度過 高而使碳纖維分散性差造成的。由于碳纖維比TPU樹脂價格高，碳纖維用量增加還將導致 復合材料的成本增加。
[0047] 以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應該指出，對 于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行 若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
[0048] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修飾對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權項】
1. 一種電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料，其特征在于，該復合材料的原 料由以下重量份的組分組成：TPU樹脂100份，電化學處理碳纖維5~80份，無機填料10~ 20份，偶聯劑0. 5~5份，抗氧劑0. 2~1份以及潤滑劑0~3份。2. 根據權利要求1所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料，其特征在 于，所述的TPU樹脂選自擠出級、注塑級、高流動級或阻燃級的粒料或粉料中的一種。3. 根據權利要求1所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料，其特征在 于，所述的碳纖維是高性能瀝青基碳纖維或丙稀腈碳纖維。4. 根據權利要求1所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料，其特征在 于，所述的碳纖維是短切碳纖維，平均長度為10ym~2mm。5. 根據權利要求1或3或4所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料， 其特征在于，所述的電化學處理碳纖維是將碳纖維浸于電解液中，在電流強度為50mA~ 300mA的作用下處理Ih~4h，再用去離子水清洗至中性即得；所述的電解液是濃度為 0. 1~lmol/L的稀硫酸、稀硝酸，磷酸，磷酸一氫鈉，磷酸二氫鈉，磷酸二氫銨，氫氧化鈉中 的一種。6. 根據權利要求1所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料，其特征在 于，所述的偶聯劑選自乙烯基三乙氧基硅烷、y-氨丙基三乙氧基硅烷、y-氨丙基三甲氧 基硅烷、y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、正 鈦酸四異丙酯或異丙基三異十八酰鈦酸酯中的一種或一種以上。7. 根據權利要求1所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料，其特征 在于，所述的抗氧劑選自四[(6-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯， N,N' -雙-(3- (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酰基）己二胺或二[2, 4-二叔丁基苯基] 亞磷酸酯中的一種或一種以上。8. 根據權利要求1所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料，其特征在 于，所述的潤滑劑選自乙撐雙脂肪酸酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物或硅酮粉中的一種或一種 以上； 所述的無機填料為滑石粉、氧化鎂和氧化鋁按重量比1:3:1混合所得混合物。9. 一種如權利要求1所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料的制備方 法，其特征在于，該方法包括以下步驟： (1) 將原料碳纖維和TPU樹脂充分干燥； (2) 將上述長碳纖維浸漬在電解池中處理Ih~4h，取出后洗至中性，烘干并剪至Icm 長，得到電化學處理碳纖維； (3) 稱取各組分原料； (4) 將除碳纖維以外的各組分原料在高速混合機內高速混合； (5) 將步驟（4)的物料加入雙螺桿擠出機料斗，將步驟（2)得到的電化學處理碳纖維于 擠出機加纖口加入，擠出造粒。10. 根據權利要求9所述的電化學改性碳纖維增強熱塑性聚氨酯復合材料的制備方 法，其特征在于，步驟（1)所述的干燥條件是在70~90°C下鼓風干燥12小時； 步驟（2)所述的干燥條件是在70~90°C下鼓風干燥12小時，碳纖維加工前的含水量 必須小于〇.〇2wt% ; 步驟（2)長碳纖維浸漬在電解池中處理步驟為：將剪切好的20cm長碳纖維以20g為一 組，捆綁后接電源正極，泡沫鎳接電源負極，浸于電解液中，在電流強度為50mA~300mA的 作用下通電處理Ih~4h，再用去離子水清洗至中性； 步驟（4)所述的雙螺桿擠出機自喂料口至擠出機模頭的六區溫度設定分別為150°C、175°C、185°C、195°C、195°C、200°C，主機轉速20~50赫茲。
【專利摘要】本發明屬于先進復合材料領域，具體涉及一種電化學改性碳纖維(CF)增強熱塑性聚氨酯(TPU)復合材料及其制備方法。本發明首先將碳纖維置于一定濃度電解液中電解一定時間進行電化學改性，按重量份將改性碳纖維5～80份與TPU樹脂100份，無機填料10～20份，偶聯劑0.5～5份，抗氧劑0.2～1份以及潤滑劑0～3份熔融共混，熱壓成型得到碳纖維增強TPU復合材料。賦予復合材料良好的力學性能并具有較好的加工性能、熱力學穩定性。本發明所描述的方法其制備工藝可控性好，較傳統的TPU材料相比，力學強度高，加工性能好，在汽車、機械工業、裝飾材料及體育用品等行業具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】C08K5/134, C08K3/22, C08K7/06, C08K3/34, C08L75/04, C08K9/02, C08K5/526, C08K13/06, B29C47/92, C08K5/5435
【公開號】CN105176059
【申請號】
【發明人】尹春慧, 張熠真, 杜晨, 張媛媛, 宋晨晨, 劉媛, 張雪, 方憶超, 楊斌
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月12日