CN101967271A - 短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料及其制备方法，所述复合材料包括下列重量百分比的组分：聚乳酸树脂56.5至86.5％、短碳纤维10至40％、偶联剂0.5至1.5％、抗氧剂0.5至1％、润滑剂0.5至1％。将上述材料在搅拌机中高速混合；混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，将挤出的物料冷却送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。本发明制备的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，具备更高的抗静电要求，同时具备较高的力学性能。

Description

短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法，特别是涉及一种短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)具有可完全生物降解性和以可再生资源为原料的植物来源性，而且是一种维持自然界“碳循环平衡”的材料。聚乳酸材料的开发应用能够减少废弃高分子材料对环境的白色污染，节省石油资源，抑制由于二氧化碳净排放量增加而导致的地球温室效应的加剧，故而被誉为最具发展潜力的生物可降解高分子材料之一。目前，聚乳酸材料的应用已由最初的包装材料等短使用周期商品和用后回收困难的商品发展到农林水产业、土木建筑业、日常生活用品等具有较长使用周期的商品，甚至聚乳酸材料在电子电器、汽车、建筑材料等领域作为耐久性工程塑料的应用已有报道。
由于纯聚乳酸树脂其体积电阻率一般在1013-1014Ω.cm的范围，使其在抗静电要求较高的环境中难以使用，因此需对聚乳酸进行抗静电的复合改性后，才能使其满足抗静电要求较高的环境。
本发明的重点就是利用短碳纤维对聚乳酸进行抗静电复合改性，解决其在抗静电方面的不足。另外，利用碳纤维增强作用，使聚乳酸力学性能也得到大幅度提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是通过短碳纤维增强聚乳酸，从而得到一种既满足较高的抗静电要求(体积电阻率≤106Ω.cm)，同时保持较高的力学性能的聚乳酸复合材料。本发明还要提供该短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过下列技术方案实现的：一种短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，包括下列重量百分比的组分：聚乳酸树脂56.5至86.5％、短碳纤维10至40％、偶联剂0.5至1.5％、抗氧剂0.5至1％、润滑剂0.5至1％。
所述短碳纤维为嫘萦系碳纤维、PAN基碳纤维、沥青基碳纤维或气相成长碳纤维中的一种。
所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂或硼酸酯偶联剂中的一种或几种复配。
所述抗氧剂包括β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N，N’-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种复配。
所述润滑剂为TAF(N，N′双乙撑硬脂肪酸酰胺的改性产品)、硅酮和EBS(N，N′双乙撑硬脂肪酸酰胺)的一种或几种复配。
上述短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)配料步骤
将聚乳酸树脂56.5至86.5％、短碳纤维10至40％、偶联剂0.5至1.5％、抗氧剂0.5至1％、润滑剂0.5至1％加入高速配料搅拌机中，高速混合1至3分钟。
2)挤出步骤
将混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：双螺杆机温度区：一段温度130至160℃、二段温度130至155℃、三段温度130至155℃、四段温度130至150℃、五段温度130至150℃、机头温度130至155℃；主机频率：30至35Hz；喂料频率：10至25Hz；切粒机转速：300至800转/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。
本发明制备的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，具备更高的抗静电要求，同时具备较高的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明：
实施例1
本实施例中采用下列重量百分比的组分：将聚乳酸树脂86％、短嫘萦系碳纤维12％、硅烷偶联剂0.5％、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八碳醇酯1％、TAF0.5％加入高速配料搅拌机中，高速混合1分钟。
将混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：双螺杆机温度区：一段温度130℃、二段温度130℃、三段温度135℃、四段温度135℃、五段温度135℃、机头温度140℃；主机频率：30Hz；喂料频率：10Hz；切粒机转速：300转/mi n；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。
将制得的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料检测后得到其性能检测结果为：体积电阻率为3.6×106Ω.cm；拉伸强度为82MPa；弯曲强度为160MPa；悬臂梁缺口冲击强度为3.4KJ/m2。
实施例2
本实施例中采用下列重量百分比的组分：将聚乳酸树脂77％、短PAN基碳纤维20％、钛酸酯偶联剂1％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1％、硅酮1％加入高速配料搅拌机中，高速混合2分钟。
将混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：双螺杆机温度区：一段温度135℃、二段温度135℃、三段温度140℃、四段温度140℃、五段温度140℃、机头温度140℃；主机频率：35Hz；喂料频率：20Hz；切粒机转速：500转/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。
将制得的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料检测后得到其性能检测结果为：体积电阻率为4.3×102Ω.cm；拉伸强度为98MPa；弯曲强度为144MPa；悬臂梁缺口冲击强度为4.6KJ/m2。
实施例3
本实施例中采用下列重量百分比的组分：将聚乳酸树脂66.5％、短沥青基碳纤维30％、铝酸酯偶联剂1.5％、N，N’-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺1％、EBS1％加入高速配料搅拌机中，高速混合2分钟。
将混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：双螺杆机温度区：一段温度130℃、二段温度130℃、三段温度135℃、四段温度140℃、五段温度140℃、机头温度140℃；主机频率：35Hz；喂料频率：15Hz；切粒机转速：550转/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。
将制得的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料检测后得到其性能检测结果为：体积电阻率为4.0×102Ω.cm；拉伸强度为104MPa；弯曲强度为150MPa；悬臂梁缺口冲击强度为5.1KJ/m2。
实施例4
本实施例中采用下列重量百分比的组分：将聚乳酸树脂56.5％、短沥青基碳纤维40％、磷酸酯偶联剂0.5％、硼酸酯偶联剂1％、N，N’-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺0.5％、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.5％、TAF0.5％、硅酮0.5％加入高速配料搅拌机中，高速混合2分钟。
将混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：双螺杆机温度区：一段温度135℃、二段温度135℃、三段温度140℃、四段温度140℃、五段温度145℃、机头温度145℃；主机频率：35Hz；喂料频率：20Hz；切粒机转速：600转/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。
将制得的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料检测后得到其性能检测结果为：体积电阻率为1.1×102Ω.cm；拉伸强度为112MPa；弯曲强度为155MPa；悬臂梁缺口冲击强度为5.6KJ/m2。
实施例5
本实施例中采用下列重量百分比的组分：将聚乳酸树脂81.5％、短气相成长碳纤维15％、硅氧烷偶联剂0.5％、铝酸酯偶联剂1％、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八碳醇酯0.5％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5％、TAF0.5％、EBS0.5％加入高速配料搅拌机中，高速混合2分钟。
将混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：双螺杆机温度区：一段温度135℃、二段温度135℃、三段温度135℃、四段温度140℃、五段温度140℃、机头温度140℃；主机频率：30Hz；喂料频率：17Hz；切粒机转速：450转/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。
将制得的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料检测后得到其性能检测结果为：体积电阻率为6.2×104Ω.cm；拉伸强度为91MPa；弯曲强度为140MPa；悬臂梁缺口冲击强度为4.1KJ/m2。
实施例6
本实施例中采用下列重量百分比的组分：将聚乳酸树脂77％、短PAN基碳纤维25％、钛酸酯偶联剂1％、铝酸酯偶联剂0.5％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5％、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.5％、硅酮0.5％、EBS0.5％加入高速配料搅拌机中，高速混合3分钟。
将混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：双螺杆机温度区：一段温度135℃、二段温度135℃、三段温度140℃、四段温度145℃、五段温度145℃、机头温度145℃；主机频率：35Hz；喂料频率：20Hz；切粒机转速：500转/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。
将制得的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料检测后得到其性能检测结果为：体积电阻率为5.1×103Ω.cm；拉伸强度为104MPa；弯曲强度为149MPa；悬臂梁缺口冲击强度为5.1KJ/m2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，其特征在于包括下列重量百分比的组分：聚乳酸树脂56.5至86.5％、短碳纤维10至40％、偶联剂0.5至1.5％、抗氧剂0.5至1％、润滑剂0.5至1％。
2.根据权利要求1所述的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，其特征在于所述短碳纤维为嫘萦系碳纤维、PAN基碳纤维、沥青基碳纤维或气相成长碳纤维中的一种。
3.根据权利要求1所述的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，其特征在于所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂或硼酸酯偶联剂中的一种或几种复配。
4.根据权利要求1所述的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，其特征在于所述抗氧剂包括β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N，N’-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种复配。
5.根据权利要求1所述的短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，其特征在于所述润滑剂为TAF、硅酮和EBS的一种或几种复配。
6.权利要求1至5任一权利要求所述短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)配料步骤
将聚乳酸树脂56.5至86.5％、短碳纤维10至40％、偶联剂0.5至1.5％、抗氧剂0.5至1％、润滑剂0.5至1％加入高速配料搅拌机中，高速混合1至3分钟；
2)挤出步骤
将混合后的预混料置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：双螺杆机温度区：一段温度130至160℃、二段温度130至155℃、三段温度130至155℃、四段温度130至150℃、五段温度130至150℃、机头温度130至155℃；主机频率：30至35Hz；喂料频率：10至25Hz；切粒机转速：300至800转/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料。
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