CN101165096A - 一种碳纤维改性塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种碳纤维改性塑料，其特征在于，由以下重量份原料组成：聚酰胺66 60－80、碳纤维20－30、分散剂0.3－1、相溶剂1－10、偶联剂0.003、耐候剂0.001、成核剂0.002。其制备方法为：按重量份称取原料；将称取PA66预先干燥6－10小时；将干燥后的PA66加入偶联剂放入高混机高速处理3－7分钟，再混入分散剂、相溶剂、耐候剂、成核剂混合3－7分钟后进入双螺杆挤出机，碳纤维从玻璃纤维口进入双螺杆挤出机共混改性，得到碳纤维增强PA66；本发明的优点是在拉伸强度上性能提高了约40－50％；性能提高大约都是20－30％，比进口材料价格下降了33％。

Description

一种碳纤维改性塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维改性塑料及其制备方法，在特定的使用环境下替代钢材，广泛应用于航空、汽车、电子、运动器材等方面，属于碳纤维塑料技术领域。
背景技术
碳纤维是一种单位重量、强度、硬度无与伦比的塑料改性填料，其最大的优点是重量轻、强度高、高导电、高模量、高耐磨，但碳纤维在加工过程中容易断裂，不宜包覆，不宜取向等因素制约，国内目前尚无大批量生产的产品出现，市场基本上被国外大公司垄断，材料的价格也居高不下。
发明内容
本发明的目的是提供一种价格便宜且性能优异的碳纤维改性塑料。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种碳纤维改性塑料，其特征在于，由以下重量份原料组成：
聚酰胺66(PA66)    60-80、
碳纤维            20-30、
分散剂            0.3-1、
相溶剂            1-10、
偶联剂            0.003、
耐候剂            0.001、
成核剂            0.002。
所述的分散剂为硬脂酸钙-S级；所述的相溶剂为乙烯-辛烯共聚物POE N410；所述的偶联剂为德国生产的硅烷偶联剂N313；所述的耐候剂为耐候剂CIBA 770P；所述的成核剂为成核剂BRUGGOLEN-P22。
一种碳纤维改性塑料的制备方法，其方法为：
第一步.按重量份称取原料；
第二步.将称取的PA66预先干燥6-10小时；
第三步.将干燥后的PA66加入偶联剂放入高混机高速处理3-7分钟，再混入分散剂、相溶剂、耐候剂、成核剂混合3-7分钟后进入双螺杆挤出机，碳纤维从玻璃纤维口进入双螺杆挤出机共混改性，得到碳纤维增强PA66，其双螺杆挤工作温度为一区240℃～245℃，二区255℃～260℃，三区255℃～260℃，四区255℃～260℃，停留时间0.5分钟-1分钟，螺杆长径比为40，螺杆转速控制在280rpm-300rpm。
本发明采用德国进口最新偶联剂
N313硅烷偶联剂；
对应品牌DYNASYLAN PTMO  (德国迪高沙)；
化学名：n-丙基三甲氧基硅烷；
化学式：
C6H16O3Si    CH3CH2CH2Si(OCH3)3；
其物化性质：
1 CAS NO.1067-25-0；
2外观无色透明液体；
3分子量164.28；
4密度(g/cm3)0.938；
5闪点71.6.F，22.C；
6折射率1.391。
该产品优势如下：
1、N313是加工溶胶凝胶的一种重要的基础原料。它给硅氧烷网状物加入了适量的有机性能，就像产品中的丙基团。
2、它通常与JH-N303一起使用，能够控制无机网状物无机性能的数量。
3、它含有丙基团，能够增加产品的有机性能。
尼龙存在吸湿性大，耐酸耐强碱性差、制品尺寸稳定性差等缺点；为此，人们通过共聚，共混，填充，增强，原位复合等手段对PA进行改性。我公司采用经该偶联剂处理过的碳纤维进行改性，碳纤维在尼龙结晶时起到了成核剂作用，大大提高了其结晶速率，最终控制其结晶过程，并对其结晶动力学产生影响。的碳纤维材料比进口材料价格下降了33％，受到客户的一致好评。
本发明的优点是：
1.采用最新的碳纤维增强，比同级别的采用玻璃纤维增强在拉伸强度上性能提高了约40-50％；而玻璃纤维提高程度只有20-30％；
2.采用最新的偶联剂，现在所使用的普通偶联剂对产品的性能提高大约都是20-30％，本发明采用国外最先进的技术生产，对材料的结合力大大增强，能有效增强碳纤维与树脂之间的粘合，直接影响到改性尼龙的物理机械性能，对产品的性能的影响达到了30-40％；
3.本发明比进口材料价格下降了33％。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例
原料配方PA66+30％CF：(质量分数)
 原料 实施例1  实施例2 实施例1
 PA66(聚酰胺66) 65.5  65.5  61.5
 碳纤维 30  30  30
 分散剂硬脂酸钙-S级 0.5  0.5  0.5
 相溶剂POE N410 4  4  8
 偶联剂N313 0.003  0.003  0.003
 耐候剂CIBA770P 0.001  0.001  0.001
 成核剂BRUGGOLEN-P22 0.002  0.002  0.002
第一步.按重量份称取原料；
第二步.将称取PA66预先干燥6-10小时；
第三步.将干燥后的PA66加入偶联剂放入高混机高速处理3-7分钟，再混入分散剂、相溶剂、耐候剂、成核剂混合3-7分钟后进入双螺杆挤出机，碳纤维从玻璃纤维口进入双螺杆挤出机共混改性，得到碳纤维增强PA66，其双螺杆挤工作温度为一区240℃～245℃，二区255℃～260℃，三区255℃～260℃，四区255℃～260℃，停留时间0.5分钟-1分钟，螺杆长径比为40，螺杆转速控制在280rpm-300rpm。
本发明性能如下：
弯曲实验：
产品名称     PA66+30％CF
测试项目 弯曲模量 弯曲强度 规定挠度时的弯曲应力 断裂弯曲应力
实施例1   15021.41     215.83 184.57     214.67
实施例2   14980.29     213.97 179.36     210.55
实施例3   15006.02     184.21 168.32     193.21
拉伸实验：
测试项目 最大力 断裂伸长塞   拉伸断裂应力 拉伸强度   偏置屈服应力 弹性模量
实施例1     6.30     1.66     157.49     157.49     51.15  19585.38
实施例2     7.29     1.01     168.37     168.37     52.00  19886.32
实施例3     5.21     2.90     146.01     146.01     49.37  17625.34
原PA66性能典型性数据
试验项目     ASTM     单位     G30
比重     D792     g/cm3     1.36
增强     -     ％     30
拉伸强度(屈伏点)3.2mm D638 MPa 145
拉伸率(断裂点)3.2mm D638 ％ 3
弯曲强度6.4mm     D790     MPa     240
弯曲模量6.4mm     D790     J/M     6.8
国外PA66+30％GF性能典型性数据
    试验条件     测试方法   测试数据         数据单位
    吸水率     24小时浸渍   ASTM D-570     0.7     ％
    吸水率     饱和(23℃)   ASTM D-570     5.4     ％
    拉伸强度     23℃   ASTM D-638     118.1     MPa
    断裂伸长率     23℃   ASTM D-638     4     ％
    挠曲模量     23℃   ASTM D-790     5410     MPa
    挠曲强度     23℃，DAM   ASTM D-790     232     MPa

Claims (7)

1.一种碳纤维改性塑料，其特征在于，由以下重量份原料组成：
聚酰胺66(PA66)    60-80、
碳纤维            20-30、
分散剂            0.3-1、
相溶剂            1-10、
偶联剂            0.003、
耐候剂            0.001、
成核剂            0.002。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维改性塑料，其特征在于，所述的分散剂为硬脂酸钙-S级。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维改性塑料，其特征在于，所述的相溶剂为乙烯-辛烯共聚物POE N410。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维改性塑料，其特征在于，所述的偶联剂为德国生产的硅烷偶联剂N313。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维改性塑料，其特征在于，所述的耐候剂为耐候剂CIBA 770P。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维改性塑料，其特征在于，所述的成核剂为成核剂BRUGGOLEN-P22。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维改性塑料的制备方法，其方法为：
第一步.按重量份称取原料；
第二步.将称取的PA66预先干燥6-10小时；
第三步.将干燥后的PA66加入偶联剂放入高混机高速处理3-7分钟，再混入分散剂、相溶剂、耐候剂、成核剂混合3-7分钟后进入双螺杆挤出机，碳纤维从玻璃纤维口进入双螺杆挤出机共混改性，得到碳纤维增强PA66，其双螺杆挤工作温度为一区240℃～245℃，二区255℃～260℃，三区255℃～260℃，四区255℃～260℃，停留时间0.5分钟-1分钟，螺杆长径比为40，螺杆转速控制在280rpm-300rpm。
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