CN102181140A - 一种碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。复合材料的质量含量：聚碳酸酯65.0～90.0％、经过表面处理的碳纤维废丝5.0～30.0％、相容剂1.0～5.0％、抗氧剂0.2～0.5％、光稳定剂0.1～0.3％和紫外线吸收剂0.1～0.3％。制备方法：碳纤维废丝进行表面处理；将聚碳酸酯、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和紫外吸收剂熔融共混挤出，将碳纤维废丝从侧喂料口加入，开启末端的真空泵，料筒温度240～265℃，机头出口温度250～255℃；熔体拉条水冷、造粒、过筛、干燥。本发明复合材料具有高强高模、耐热性好、抗静电、抗蠕变等特点，方法简单，成本低廉。

Description

一种碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法，得到力学性能优良、耐候性好、热稳定性强、抗静电的复合材料。
背景技术
聚碳酸酯是一种用途极为广泛的工程塑料，具有优良的综合性能，比如优异的耐冲击性、尺寸稳定性、绝缘性、耐候性、透明性和无毒性等。聚碳酸酯主要应用于电子电器领域，其次是汽车、片材及薄膜等领域。但聚碳酸酯也存在一些性能缺陷，如耐磨性差、易于应力开裂、对缺口比较敏感、长期暴露在紫外线下会颜色不稳定等。为克服上述缺陷，人们通常通过制备聚碳酸酯与玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等刚性纤维组成的树脂基复合材料来获得高强度、高模量的结构材料，并通过在加工过程中添加各种助剂来改善其耐候性和长期使用性能。
与其他纤维相比，碳纤维具有强度及弹性模量高、质量轻等特点，因此被广泛应用于宇航领域、运动等各种领域的复合材料的增强。如中国专利CN 1745127A采用碳纤维来制备增强型聚碳酸酯复合材料，并添加其他助剂以改善增强效果；专利CN 101747648A采用玻璃纤维复配碳纤维来增强聚碳酸酯，不仅获得了拉伸强度高、拉伸模量高、比重小的复合材料；而且使复合材料具备了导电性能，极大地提高了材料的抗静电能力。
未经表面处理的碳纤维表面惰性较大，与树脂的界面结合较差，增强效果有限，如果分散结合不好，甚至会引起材料内部的缺陷。因此，在碳纤维使用前需要进行表面处理，提高表面活性，增强碳纤维和树脂之间的界面结合作用。常用的碳纤维表面处理方法为使用浓硝酸和硅烷偶联剂对碳纤维表面进行处理，使碳纤维表面活性官能团数量增加，同时使用上浆剂保持碳纤维的表面活性，增强碳纤维与树脂基体的粘结牢度。碳纤维的表面处理是近年来研究开发的一个热点，例如使用气液双效法既能弥补碳纤维的缺陷，又能提高其增强效果。如美国专利US 5106680发明了采用多官能团胺基化合物作为碳纤维的偶联剂，来增强其与复合材料中树脂的界面粘结性。US 5106680则发明了采用环氧树脂经湿法处理，在石墨型碳纤维表面涂覆一层极薄的树脂层，来提高其与聚碳酸酯基体之间的粘结力，从而获得力学性能优异的碳纤维增强聚碳酸酯复合材料。而CN 101412854A和CN 101139462A公布了通过硅烷偶联剂进行表面处理，来改善碳纤维与树脂间粘结性的方法。又如专利CN 101824742A将碳纤维引入电解槽，以丁二酸钠、丁二酸、草酸铵配置的复合电解质溶液，对碳纤维进行电化学处理，从而得到一种操作方便、设备简单、对环境基本无污染的低成本中碳纤维维的表面处理方法。表面处理后碳纤维复合材料的层间剪切强度和本体抗张强度均有较大幅度的提高。
由于碳纤维生产加工工艺复杂，且生产加工技术为国外垄断，因而我国市场上的碳纤维多为进口且价格高昂，采用碳纤维增强的复合材料的加工成本往往较高。出于对该问题的考虑，本发明通过利用回收废弃的树脂基碳纤维复合材料，经过煅烧去掉表面树脂后所得的碳纤维废丝，对其进行表面处理，然后用于增强聚碳酸酯树脂，由此得到了一种力学性能优良、耐热性及耐候性好、尺寸稳定性高、抗蠕变、抗静电的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料。由于碳纤维废丝主要来自于废弃的树脂基碳纤维复合材料制件或制品，其来源极为广泛，原料成本非常低廉，且本发明加工工艺简单方便，因而通过本发明所获得的复合材料总体成本较低。本发明的复合材料可以替代目前大多数传统的聚碳酸酯复合材料，可被广泛用于对材料综合性能要求较高的汽车零部件、运动器材、电子电气设备等领域，具有广阔的市场发展前景。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前市场上碳纤维价格昂贵的问题，通过利用从回收的废弃树脂基碳纤维复合材料中获得的碳纤维废丝作为聚碳酸酯的增强材料，从而提供一种高强高模、耐热性及耐候性好、尺寸稳定性高、抗蠕变、抗静电的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。由于本发明所使用的碳纤维废丝来源广泛、价格低廉，在经过一定的表面处理后，能够在保证复合材料获得良好的增强效果前提下，大大降低了复合材料的制造成本。
由于本发明所采用的碳纤维废丝，来自回收的废弃热固性树脂基碳纤维复合材料制品或制件，经过高温煅烧，烧掉碳纤维表面的热固性树脂所获得。碳纤维表面原有的改性树脂涂层被烧掉。因此碳纤维废丝表面完全呈惰性，与有机树脂完全不相容，这影响了碳纤维废丝在树脂基体中的分散，对复合材料的增强效果不佳；甚至还会在基体树脂内部产生缺陷，从而大大降低复合材料的综合性能。针对碳纤维废丝存在的表面惰性强的问题，本发明首先使用了两种湿法表面处理方法，以增强其表面活性以及与基体的相容性。第一种方法首先利用浓硝酸对碳纤维废丝表面进行氧化，使碳纤维废丝表面活性官能团数量增加，增加活性，然后将其置于乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚或双酚A型环氧树脂中的一种或几种的丙酮溶液，进行表面上浆处理，经过干燥使溶剂挥发，从而在碳纤维废丝表面形成一层带有环氧官能团的树脂薄层。通过该树脂的桥梁偶联作用，可提高碳纤维废丝与聚碳酸酯基体间的粘结性。第二种方法是先利用浓硝酸对碳纤维废丝表面进行氧化，然后采用硅烷偶联剂对碳纤维废丝进行表面处理，使碳纤维废丝表面形成一层偶联剂涂覆薄层。其机理为偶联剂的一部分官能团和碳纤维废丝表面形成物理或化学相互作用，另一部分官能团与基体树脂产生物理或化学作用，由此在树脂和碳纤维废丝界面间起到一个联接媒介的作用，从而达到提高界面粘结性的目的。此外，本发明又同时单独添加了相容剂，通过引入极性反应型基团，从而进一步提高了碳纤维废丝与聚碳酸酯基体间的相容性。
本发明所提供的一种碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料的组分及其质量百分含量为：聚碳酸酯65.0～90.0wt.％、经过表面处理的碳纤维废丝5.0～30.0wt.％、相容剂1.0～5.0wt.％、抗氧剂0.2～0.5wt.％、光稳定剂0.1～0.3wt.％和紫外线吸收剂0.1～0.3wt.％。
所述的聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
所述的碳纤维废丝为废弃的热固性树脂(如环氧树脂或不饱和树脂)基碳纤维复合材料制件或制品在氮气保护下经过350℃树脂煅烧除去树脂后，所剩余的碳纤维废丝。
所述经过表面处理的碳纤维废丝为先经过浓硝酸对碳纤维废丝表面进行氧化、然后经硅烷偶联剂、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚和双酚A型环氧树脂中的一种或几种进行表面处理的碳纤维废丝。所述的双酚A型环氧树脂为E-51型双酚A环氧甘油醚。
所述的相容剂为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐的接枝共聚物(接枝率0.2％～0.8％)中的一种或两种。
所述的抗氧剂为β-(4-羟基-2，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯(即抗氧剂1076)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即抗氧剂1010)、N，N’-双-[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺(即抗氧剂1098)中的一种或两种。
所述的光稳定剂为聚[1-(2’-羟乙基)-2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶丁二酯](即即光稳定剂622)或聚{[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)胺]-1，3，5-三嗪-2，4-二基]-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1，6-二已基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶)亚胺]}(即光稳定剂944)中的一种或两种。
所述的紫外线吸收剂为2-(2’-羟基-3’，5’双(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑(即紫外线吸收剂UV-234)和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(即紫外线吸收剂UV-531)中的一种或两种。
本发明所提供的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，所使用的加工设备为双螺杆挤出造料机组。该双螺杆挤出造料机应使用专门用于碳纤维加工、采用高硬度合金钢制造的双螺杆，同时主机应配备带失重计量秤的侧喂料装置及机筒末端真空抽气装置。具体的加工方法及步骤包括：
第一步，将碳纤维废丝浸泽在浓硝酸中处理1小时，使其表面氧化并活化，然后经洗净、干燥，再置于硅烷偶联剂、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚或双酚A型环氧树脂/丙酮溶液中，进行湿法表面处理3小时。
第二步，将经湿法表面后的碳纤维废丝置于70℃的真空烘箱中充分干燥；同时将聚碳酸酯、相容剂放在90℃的电热恒温鼓风干燥箱内充分干燥。
第三步，按上述物料的质量百分含量，分别称取聚碳酸酯、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和紫外吸收剂，并将所有粉料、粒料置入混合机中混合均匀。同时称取相应质量百分比的经表面处理后的碳纤维废丝备用。
第四步，将混合好的粒状物料通过料斗加入双螺杆挤出机内进行熔融共混挤出；同时使用配备失重计量秤的侧喂料装置，将经过干燥后的碳纤维废丝，从双螺杆挤出机中段的侧喂料口加入，并开启位于双螺杆挤出机末端的真空泵。螺杆转速在180～200转/分钟，同时通过控制主喂料机螺杆转速和侧喂料机的加料速度，使复合材料中的碳纤维废丝的质量百分含量达到所要求的值。料筒各段的温度控制在240～265℃，机头出口温度控制在250～255℃。
第五步，将挤出的复合材料熔体拉条浸入冷水水槽内冷却，并在造粒机上造粒，然后过筛、干燥，最终得到碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料。
本发明中对碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料中的碳纤维废丝质量百分含量的控制取决于双螺杆的转速、主喂料机螺杆转速和侧喂料机的加料速度三者之间的协调和配合，需要经过多次实验来建立三者之间的配合度与所制备复合材料中碳纤维废丝质量百分含量的相互关系，然后根据对碳纤维废丝质量百分含量的要求来确定这三个加工工艺参数。
本发明采用以上技术手段制备的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料，具有高强高模、耐热性及耐候性好、制品尺寸稳定性高、抗静电、抗蠕变等特点。由于使用的碳纤维废丝来自于回收的废弃热固性树脂基碳纤维复合材料制件或制品，其原料来源广泛、成本低廉；同时还较好地解决了热固性树脂基碳纤维复合材料回收再利用难的问题。本发明所提供的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料，各项性能基本接近传统的聚碳酸酯/碳纤维复合材料，完全可以满足包括汽车工业、电子电气、运动器材等大多数工业领域的性能要求，但价格远低于后者；具有使用成本低的优点，同时有利于产生良好的经济效应。此外，本发明加工方法简单，适合于大规模工业化生产，推广及应用前景广阔。
以下结合实例对本发明进一步描述。
具体实施方式：
以下是结合本发明技术方案所提供的配方及工艺条件所做的实施例，用以进一步解释本发明。具体所用原料及其牌号和厂家见表1。
实施例1
首先将碳纤维废丝置于浓硝酸中浸泽1小时，然后用清水洗净，并在80℃的烘箱内充分干燥2～3h；再将其浸泽在浓度为30wt.％的乙二醇二缩水甘油醚/丙酮溶液中，搅拌3小时；然后置于70℃的真空烘箱内充分干燥2～3h，将丙酮完全挥发，使乙二醇二缩水甘油醚附着在碳纤维废丝上形成一层很薄的涂覆层。然后，按如下质量百分含量称取聚碳酸酯、经过表面处理的碳纤维废丝、相容剂和其它各种加工助剂：
Figure BDA0000051807450000071
将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、紫外线吸收剂UV-531、光稳定剂622、抗氧1076和抗氧1010置于高速混合器内混合均匀，然后将混合好的粒料从位于双螺杆挤出机机筒后端的料斗加入。同时将经表面处理后的碳纤维废丝通过配有失重计量秤的侧喂料装置，从位于机筒中段的侧喂料口加入。螺杆各段至机头的温度分别为255℃、260℃、265℃、263℃、263℃、263℃、262℃、260℃、258℃、255℃，螺杆转速为180～200转/分钟，并控制相应的主喂料及侧喂料速度。将挤出的熔体经水冷、烘干、切粒，并在90℃的烘箱内充分干燥，再在注塑机上注射成型为标准测试样条。其中各项性能按照国标进行测定，结果见表2。
实施例2
首先将碳纤维废丝置于浓硝酸中浸泽1小时，然后用清水洗净，并在80℃的烘箱内充分干燥2～3h；再将其浸泽在浓度为30wt.％的双酚A环氧树脂/丙酮溶液中，搅拌3小时；然后置于70℃的真空烘箱内充分干燥2～3h，将丙酮完全挥发，使双酚A环氧树脂附着在碳纤维废丝上形成一层很薄的涂覆层。然后，按如下质量百分含量称取聚碳酸酯、经过表面处理的碳纤维废丝、相容剂和其它各种加工助剂：
Figure BDA0000051807450000081
将聚碳酸酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐共聚物、紫外线吸收剂UV-531、光稳定剂944、抗氧1098和抗氧1010置于高速混合器内混合均匀，然后将混合好的粒料从位于双螺杆挤出机机筒后端的料斗加入。同时将经表面处理后的碳纤维废丝通过配有失重计量秤的侧喂料装置，从位于机筒中段的侧喂料口加入。螺杆各段至机头的温度分别为255℃、260℃、264℃、265℃、265℃、263℃、262℃、260℃、258℃、255℃，螺杆转速为180～200转/分钟，并控制相应的主喂料及侧喂料速度。将挤出的熔体经水冷、烘干、切粒，并在90℃的烘箱内充分干燥，再在注塑机上注射成型为标准测试样条。其中各项性能按照国标进行测定，结果见表2。
实施例3
首先将碳纤维废丝置于浓硝酸中浸泽1小时，然后用清水洗净，并在80℃的烘箱内充分干燥2～3h；再将其浸泽在浓度为30wt.％的丙二醇二缩水甘油醚/丙酮溶液中，搅拌3小时；然后置于70℃的真空烘箱内充分干燥2～3h，将丙酮完全挥发，使丙二醇二缩水甘油醚附着在碳纤维废丝上形成一层很薄的涂覆层。然后，按如下质量百分含量称取聚碳酸酯、经过表面处理的碳纤维废丝、相容剂和其它各种加工助剂：
Figure BDA0000051807450000091
将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、紫外线吸收剂UV-234、光稳定剂944、抗氧1076和抗氧1010置于高速混合器内混合均匀，然后将混合好的粒料从位于双螺杆挤出机机筒后端的料斗加入。同时将经表面处理后的碳纤维废丝通过配有失重计量秤的侧喂料装置，从位于机筒中段的侧喂料口加入。螺杆各段至机头的温度分别为255℃、260℃、264℃、263℃、263℃、263℃、262℃、260℃、258℃、255℃，螺杆转速为180～200转/分钟，并控制相应的主喂料及侧喂料速度。将挤出的熔体经水冷、烘干、切粒，并在90℃的烘箱内充分干燥，再在注塑机上注射成型为标准测试样条。其中各项性能按照国标进行测定，结果见表2。
实施例4
首先将碳纤维废丝置于浓硝酸中浸泽1小时，然后用清水洗净，并在80℃的烘箱内充分干燥2～3h；再将其浸泽在浓度为30wt.％的1，4-丁二醇二缩水甘油醚/丙酮溶液中，搅拌3小时；然后置于70℃的真空烘箱内充分干燥2～3h，将丙酮完全挥发，使1，4-丁二醇二缩水甘油醚附着在碳纤维废丝上形成一层很薄的涂覆层。然后，按如下质量百分含量称取聚碳酸酯、经过表面处理的碳纤维废丝、相容剂和其它各种加工助剂：
Figure BDA0000051807450000101
将聚碳酸酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐共聚物、紫外线吸收剂UV-531、光稳定剂622、抗氧1098和抗氧1010置于高速混合器内混合均匀，然后将混合好的粒料从位于双螺杆挤出机机筒后端的料斗加入。同时将经表面处理后的碳纤维废丝通过配有失重计量秤的侧喂料装置，从位于机筒中段的侧喂料口加入。螺杆各段至机头的温度分别为255℃、260℃、264℃、265℃、265℃、263℃、262℃、260℃、258℃、255℃，螺杆转速为180～200转/分钟，并控制相应的主喂料及侧喂料速度。将挤出的熔体经水冷、烘干、切粒，并在90℃的烘箱内充分干燥，再在注塑机上注射成型为标准测试样条。其中各项性能按照国标进行测定，结果见表2。
实施例5
首先将碳纤维废丝置于浓硝酸中浸泽1小时，然后用清水洗净，并在80℃的烘箱内充分干燥2～3h；再将其浸泽在浓度为10wt.％的硅烷偶联剂/丙酮溶液中，搅拌3小时；然后置于70℃的真空烘箱内充分干燥2～3h，将丙酮完全挥发，使硅烷偶联剂附着在碳纤维废丝上形成一层很薄的涂覆层。然后，按如下质量百分含量称取聚碳酸酯、经过表面处理的碳纤维废丝、相容剂和其它各种加工助剂：
Figure BDA0000051807450000111
将聚碳酸酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐共聚物、紫外线吸收剂UV-234、光稳定剂944、抗氧1098和抗氧1010置于高速混合器内混合均匀，然后将混合好的粒料从位于双螺杆挤出机机筒后端的料斗加入。同时将经表面处理后的碳纤维废丝通过配有失重计量秤的侧喂料装置，从位于机筒中段的侧喂料口加入。螺杆各段至机头的温度分别为255℃、260℃、265℃、263℃、263℃、263℃、263℃、260℃、258℃、255℃，螺杆转速为180～200转/分钟，并控制相应的主喂料及侧喂料速度。将挤出的熔体经水冷、烘干、切粒，并在90℃的烘箱内充分干燥，再在注塑机上注射成型为标准测试样条。其中各项性能按照国标进行测定，结果见表2。
实施例6
首先将碳纤维废丝置于浓硝酸中浸泽1小时，然后用清水洗净，并在80℃的烘箱内充分干燥2～3h；再将其浸泽在浓度为10wt.％的硅烷偶联剂/丙酮溶液中，搅拌3小时；然后置于70℃的真空烘箱内充分干燥2～3h，将丙酮完全挥发，使硅烷偶联剂附着在碳纤维废丝上形成一层很薄的涂覆层。然后，按如下质量百分含量称取聚碳酸酯、经过表面处理的碳纤维废丝、相容剂和其它各种加工助剂：
Figure BDA0000051807450000121
将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、紫外线吸收剂UV-531、光稳定剂622、抗氧1076和抗氧1010置于高速混合器内混合均匀，然后将混合好的粒料从位于双螺杆挤出机机筒后端的料斗加入。同时将经表面处理后的碳纤维废丝通过配有失重计量秤的侧喂料装置，从位于机筒中段的侧喂料口加入。螺杆各段至机头的温度分别为255℃、260℃、264℃、265℃、265℃、263℃、262℃、260℃、258℃、255℃，螺杆转速为180～200转/分钟，并控制相应的主喂料及侧喂料速度。将挤出的熔体经水冷、烘干、切粒，并在90℃的烘箱内充分干燥，再在注塑机上注射成型为标准测试样条。其中各项性能按照国标进行测定，结果见表2。
实施例7
首先将碳纤维废丝置于浓硝酸中浸泽1小时，然后用清水洗净，并在80℃的烘箱内充分干燥2～3h；再将其浸泽在浓度为30wt.％的双酚A环氧树脂/丙酮溶液中，搅拌3小时；然后置于70℃的真空烘箱内充分干燥2～3h，将丙酮完全挥发，使双酚A环氧树脂附着在碳纤维废丝上形成一层很薄的涂覆层。然后，按如下质量百分含量称取聚碳酸酯、经过表面处理的碳纤维废丝、相容剂和其它各种加工助剂：
Figure BDA0000051807450000131
将聚碳酸酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐共聚物、紫外线吸收剂UV-531、光稳定剂622、抗氧1076和抗氧1010置于高速混合器内混合均匀，然后将混合好的粒料从位于双螺杆挤出机机筒后端的料斗加入。同时将经表面处理后的碳纤维废丝通过配有失重计量秤的侧喂料装置，从位于机筒中段的侧喂料口加入。螺杆各段至机头的温度分别为255℃、260℃、264℃、263℃、263℃、263℃、262℃、260℃、258℃、255℃，螺杆转速为180～200转/分钟，并控制相应的主喂料及侧喂料速度。将挤出的熔体经水冷、烘干、切粒，并在90℃的烘箱内充分干燥，再在注塑机上注射成型为标准测试样条。其中各项性能按照国标进行测定，结果见表2。
实施例8
首先将碳纤维废丝置于浓硝酸中浸泽1小时，然后用清水洗净，并在80℃的烘箱内充分干燥2～3h；再将其浸泽在浓度为10wt.％的硅烷偶联剂/丙酮溶液中，搅拌3小时；然后`置于70℃的真空烘箱内充分干燥2～3h，将丙酮完全挥发，使硅烷偶联剂附着在碳纤维废丝上形成一层很薄的涂覆层。然后，按如下质量百分含量称取聚碳酸酯、经过表面处理的碳纤维废丝、相容剂和其它各种加工助剂：
Figure BDA0000051807450000141
将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、紫外线吸收剂UV-234、光稳定剂944、抗氧1076和抗氧1010置于高速混合器内混合均匀，然后将混合好的粒料从位于双螺杆挤出机机筒后端的料斗加入。同时将经表面处理后的碳纤维废丝通过配有失重计量秤的侧喂料装置，从位于机筒中段的侧喂料口加入。螺杆各段至机头的温度分别为255℃、260℃、264℃、265℃、265℃、263℃、262℃、260℃、258℃、255℃，螺杆转速为180～200转/分钟，并控制相应的主喂料及侧喂料速度。将挤出的熔体经水冷、烘干、切粒，并在90℃的烘箱内充分干燥，再在注塑机上注射成型为标准测试样条。其中各项性能按照国标进行测定，结果见表2。
由表2数据可以看到，本发明所制备的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料的力学性能优良，耐热性较高，抗静电性能优异，且高碳纤维废丝含量的复合材料具有佳高的导电性能。改变上述实施例，使相容剂1.0～5.0wt.％、抗氧剂0.2～0.5wt.％、光稳定剂0.1～0.3wt.％和紫外线吸收剂0.1～0.3wt.％，同样得到很好的效果。该复合材料能够部分替代传统的聚碳酸酯/碳纤维复合材料及聚碳酸酯/玻璃纤维复合材料。由于本发明使用了回收的碳纤维废丝，成本低廉，来源广泛，从而大大节约了生产成本。且本发明的实施操作简单、工艺稳定，十分便于工业化生产；所获得的产品可作为高性价比、多用途的改性工程塑料使用，具有良好的推广和实用价值。其经济效益和工业化前景可观。
  原料名称   牌号   生产厂家
  聚碳酸酯   L-1250Y   日本帝人化成株式会社
  碳纤维废丝   厦门市德兴行塑料母粒公司
  聚甲基丙烯酸缩水甘油酯   上海元吉化工有限公司
  马来酸酐和低密度聚乙烯接枝共聚物   1000-B1600   中国黄山贝诺科技有限公司
  双酚A型环氧树脂   E-51   北京市西四化工原料有限公司
  乙二醇二缩水甘油醚   武汉狮子化工涂料有限公司
  丙二醇二缩水甘油醚   武汉狮子化工涂料有限公司
  1，4-丁二醇二缩水甘油醚   武汉狮子化工涂料有限公司
  硅烷偶联剂   KH550   南京能德化工有限公司
  紫外线吸收剂UV-531   南京米兰化工有限公司
  紫外线吸收剂UV-234   南京米兰化工有限公司
  光稳定剂944   南京米兰化工有限公司
  光稳定剂622   南京米兰化工有限公司
  抗氧剂1098   南京米兰化工有限公司
  抗氧剂1010   南京米兰化工有限公司
  抗氧剂1076   南京米兰化工有限公司
表1实施例1-8中制备碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料所用的原料、牌号与生产厂家
Figure BDA0000051807450000171
表2实施例1-8中制备的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料的各项性能

Claims (9)

1.一种碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于，其组分及质量百分含量为：聚碳酸酯65.0～90.0wt.％、经过表面处理的碳纤维废丝5.0～30.0wt.％、相容剂1.0～5.0wt.％、抗氧剂0.2～0.5wt.％、光稳定剂0.1～0.3wt.％和紫外线吸收剂0.1～0.3wt.％；所述经过表面处理的碳纤维废丝为先经过浓硝酸对碳纤维废丝表面进行氧化、然后经硅烷偶联剂、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚和双酚A型环氧树脂中的一种或几种进行表面处理的碳纤维废丝。
2.按照权利要求1的复合材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
3.按照权利要求1的复合材料，其特征在于，碳纤维废丝为废弃的热固性树脂基碳纤维复合材料制件或制品在氮气保护下经过350℃树脂煅烧除去树脂后，所剩余的碳纤维废丝。
4.按照权利要求1的复合材料，其特征在于，所述的双酚A型环氧树脂为E-51型双酚A环氧甘油醚。
5.按照权利要求1的复合材料，其特征在于，所述的相容剂为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐的接枝共聚物中的一种或两种，接枝共聚物的接枝率0.2％～0.8％。
6.按照权利要求1的复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为β-(4-羟基-2，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯(即抗氧剂1076)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即抗氧剂1010)、N，N′-双-[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺(即抗氧剂1098)中的一种或两种。
7.按照权利要求1的复合材料，其特征在于，所述的光稳定剂为聚[1-(2’-羟乙基)-2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶丁二酯](即即光稳定剂622)或聚{[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)胺]-1，3，5-三嗪-2，4-二基]-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1，6-二已基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶)亚胺]}(即光稳定剂944)中的一种或两种。
8.按照权利要求1的复合材料，其特征在于，所述的紫外线吸收剂为2-(2′-羟基-3′，5′双(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑(紫外线吸收剂UV-234)和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(紫外线吸收剂UV-531)中的一种或两种。
9.按照权利要求1的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将碳纤维废丝浸泽在浓硝酸中处理1小时，使其表面氧化并活化，然后经洗净、干燥，再置于硅烷偶联剂、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚或双酚A型环氧树脂中的一种或几种的丙酮溶液中，进行湿法表面处理3小时；
第二步，将经湿法表面后的碳纤维废丝置于70℃的真空烘箱中充分干燥；同时将聚碳酸酯、相容剂放在90℃的电热恒温鼓风干燥箱内充分干燥；
第三步，按上述物料的质量百分含量，分别称取聚碳酸酯、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和紫外吸收剂，并将所有粉料、粒料置入混合机中混合均匀，同时称取相应质量百分比的经表面处理后的碳纤维废丝备用；
第四步，将混合好的粒状物料通过料斗加入双螺杆挤出机内进行熔融共混挤出，同时使用配备失重计量秤的侧喂料装置，将经过干燥后的碳纤维废丝，从双螺杆挤出机中段的侧喂料口加入，并开启位于双螺杆挤出机末端的真空泵，螺杆转速在180～200转/分钟，同时通过控制主喂料机螺杆转速和侧喂料机的加料速度，使复合材料中的碳纤维废丝的质量百分含量达到所要求的值，料筒各段的温度控制在240～265℃，机头出口温度控制在250～255℃；
第五步，将挤出的复合材料熔体拉条浸入冷水水槽内冷却，并在造粒机上造粒，然后过筛、干燥，最终得到碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料。
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