CN102558786B

CN102558786B - 一种ptt/碳纤维复合材料及其制备方法

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Publication number: CN102558786B
Application number: CN201010609463.XA
Authority: CN
Inventors: 陈珍明
Original assignee: Hefei Genius New Materials Co Ltd
Current assignee: Hefei Genius New Materials Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: CN102558786A

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种PTT/碳纤维复合材料及其制备方法。本发明公开的复合材料包括以下组分和重量份数：70-95份PTT，5-30份改性碳纤维，0.05-1份抗氧剂和0.05-1份光稳定剂。本发明公开的复合材料是由以下方法制备得到的：称取70-95份PTT、5-30份改性碳纤维、0.05-1份抗氧剂和0.05-1份光稳定剂，温度为230～260℃，在高分子加工设备中进行熔融共混，制备PTT/碳纤维复合材料。本发明制备的复合材料，碳纤维在体系中分散均匀，较低的碳纤维填充就能较大的提高聚对苯二甲酸丙二醇酯的冲击强度和导电性，且整个制备过程未带入其他溶剂，极大的方便工业化生产。

Description

一种PTT/碳纤维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PTT/碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)是由对苯二甲酸二甲酯或对苯二甲酸和1，3-丙二醇聚合而得的聚酯。PTT是继20世纪50年代聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和70年代聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)之后新研发的一种极具发展前途的新型聚酯高分子材料，1998年被美国评为六大石化新产品之一。PTT是一种具有较高的熔融温度和玻璃化温度的半结晶性高聚物，具有良好的耐磨性、耐热性和耐化学药品性，广泛应用于合成纤维、薄膜和工程塑料等领域。然而，PTT的低温脆性较差和作为普通高分子材料所固有的电绝缘性严重限制了这种新型聚酯的应用领域。

自从1997年，美国化学家MacDiarmid、物理学家Herger和日本化学家Shirakawa教授发现掺杂聚乙炔具有良好的导电性后，世界各国科学家纷纷投入到导电聚合物的研究当中，各种有机导电聚合物相继出现，其应用范围也日益扩大，广泛应用于各种家用电器、航空航天、抗静电涂料、雷达吸波材料、电磁屏蔽材料和传感器等方面，极大地丰富和改善了人们的生活。按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为2大类：一类是结构型或本征型导电高分子材料，即高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料，一般是电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的；另一类是复合型或填充型导电高分子材料，一般是将抗静电剂及各种导电材料加入到基体聚合物中复合而成，常见的有金属填充型、炭黑填充型及纤维填充型等。但金属和炭黑填充都只有在高填充量时才具有较好的导电导热性，使价格升高，而且会造成整个复合材料综合力学性能降低，如具有较大的脆性，这势必影响其应用范围。纤维填充型独特的结构特点会大大降低其导电阀值，其中碳纤维由于密度小、比强度高、化学稳定性好、成型好等优点作为聚合物中的导电元素更具优势。然而其在聚合物中由于高度取向所导致的浓度阶梯分布极大阻碍了其应用范围。到目前为止，关于聚对苯二甲酸丙二醇酯/碳纤维复合材料的制备至今尚无报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种PTT/碳纤维复合材料。

本发明的另一个目的是提供一种上述PTT/碳纤维复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种PTT/碳纤维复合材料，该复合材料包括以下组分和重量份数：

PTT 70-95，

改性碳纤维 5-30，

抗氧剂 0.05-1，

光稳定剂 0.05-1。

所述的改性碳纤维是由下列方法制备得到的：将1份碳纤维和5～60份的氧化剂溶液混合，30～90℃的反应温度下，超声处理30～240min后，用去离子水冲洗3～5次，60～150℃于真空烘箱干燥24-48h。

所述的氧化剂溶液选自硫酸、硝酸或高氯酸中的一种或几种的混合溶液。

所述的碳纤维为短切碳纤维，选自聚丙烯腈碳纤维或沥青碳纤维中的一种，直径1～100μm，长度1～10mm。

所述的抗氧剂选自抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)、抗氧剂264(2-叔丁基-4-甲基苯酚)、抗氧剂300(4，4′-硫代双(6-叔丁基间甲酚))、抗氧剂565(4-硝基-2，6-二叔丁基苯酚)、抗氧剂1010(四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯)或抗氧剂1076(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯)等中的一种或几种的混合物。

所述的光稳定剂选自光稳定剂292(二-(N-甲基-2，2，6，6-四甲基-4-吡啶基)癸二酯和甲基-(N-甲基-2，2，6，6-四甲基-4-吡啶基癸二酯)、光稳定剂622(丁二酸与(4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物))、光稳定剂770(双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯)或光稳定剂944(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]-1，6-二己二基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]])中的一种。

本发明还提供了一种上述PTT/碳纤维复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

称取70-95份PTT、5-30份改性碳纤维、0.05-1份抗氧剂和0.05-1份光稳定剂，温度为230～260℃，在高分子加工设备中进行熔融共混，制备PTT/碳纤维复合材料。

所述的高分子加工设备选自单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机、注塑机、高速混合机、开炼机或微型注塑机中的一种或几种。

本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

与现有技术相比，本发明制备的复合材料，由于经过特殊表面处理的碳纤维表面带有大量-COOH或-OH等官能团，从而在制备过程中碳纤维能与聚对苯二甲酸丙二醇酯发生强烈的相互作用，极大的抑制了碳纤维由于取向所导致的浓度差异，使得碳纤维在体系中分散均匀，较低的碳纤维填充就能较大的提高聚对苯二甲酸丙二醇酯的冲击强度和导电性，且整个制备过程未带入其他溶剂，极大的方便工业化生产。

具体实施方式

以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。

所用的PTT为Shell公司产品。

实施例1

(1)改性碳纤维的制备：将6份短切聚丙烯腈碳纤维、60％的硝酸溶液300份，85℃的反应温度下，超声处理30min后，用去离子水冲洗3次，于60℃于真空烘箱干燥24h备用。

(2)称取聚对苯二甲酸丙二醇酯95份、改性碳纤维5份、抗氧剂10100.05份和光稳定剂7700.05份，于高速混合机中混合2min，于230℃条件下热压成膜从而制备聚对苯二甲酸丙二醇酯/短切碳纤维复合材料，其中碳纤维含量为5％。测试样品的力学和电学性能，数值如表1所示。

实施例2

(1)改性碳纤维的制备：将11份的短切沥青碳纤维、98％的硫酸溶液100份，70℃的反应温度下，超声处理70min后，用去离子水冲洗4次，于90℃于真空烘箱干燥36h备用。

(2)称取聚对苯二甲酸丙二醇酯90份、改性碳纤维10份、抗氧剂1680.5份和光稳定剂2920.5份，于高速混合机中混合2min，于245℃条件下微型注塑制备聚对苯二甲酸丙二醇酯/短切碳纤维复合材料哑铃型样条，其中碳纤维含量为10％。测试样品的力学和电学性能，数值如表1所示。

实施例3

(1)改性碳纤维的制备：将30份的短切沥青碳纤维、98％的硫酸和硝酸的混酸溶液300份，90℃的反应温度下，超声处理120min后，用去离子水冲洗4次，150℃于真空烘箱干燥40h备用。

(2)称取聚对苯二甲酸丙二醇酯70份、改性碳纤维30份、抗氧剂300 1份和光稳定剂944 1份，于高速混合机中混合2min，260℃条件下哈克密炼机密炼5min，挤出造粒，并于260℃热压成膜从而制备聚对苯二甲酸丙二醇酯/短切碳纤维复合材料哑，其中碳纤维含量为30％。测试样品的力学和电学性能，数值如表1所示。

实施例4

(1)改性碳纤维的制备：将10份的短切聚丙烯腈碳纤维、98％的高氯酸溶液500份，30℃的反应温度下，超声处理240min后，用去离子水冲洗5次，150℃于真空烘箱干燥48h备用。

(2)称取聚对苯二甲酸丙二醇酯90份、改性碳纤维10份、抗氧剂1010 0.5份和光稳定剂944 0.5份，于高速混合机中混合2min，245℃条件下经双螺杆机挤出机熔融挤出造粒，最后于245℃条件注塑成型，从而制备聚对苯二甲酸丙二醇酯/短切碳纤维复合材料哑，其中碳纤维含量为10％。测试样品的力学和电学性能，数值如表1所示。

比较例1

称取聚对苯二甲酸丙二醇酯100份、抗氧剂1010 0.4份和光稳定剂770 0.4份，于高速混合机中混合2min，然后在240℃条件下热压成膜即得同样加工条件下的聚对苯二甲酸丙二醇酯。测试样品的力学和电学性能，数值如表1所示。

比较例2

称取聚对苯二甲酸丙二醇酯90份、未处理短切沥青碳纤维10份、抗氧剂168 0.5份和光稳定剂292 0.5份，于高速混合机中混合2min，于245℃条件下微型注塑制备聚对苯二甲酸丙二醇酯/未处理短切碳纤维复合材料哑铃型样条，其中碳纤维含量为10％。测试样品的力学和电学性能，数值如表1所示。

表1

例	电阻率(25℃)/(Ω·m)	冲击强度(J/m)
			实施例1	3.1×10⁹	55
实施例2	4.7×10⁵	75
			实施例3	3.5×10³	88
实施例4	3.1×10³	77
			比较例1	1.5×10¹⁶	35
比较例2	1.5×10⁶	60

通过表1我们发现，随着纤维含量的增加(5～30％)，复合材料导电性大幅提高，与纯的PTT相比，5，10，30％碳纤维的加入，导电性分别提高6，11和13个数量级，同时较大幅度提高了材料的冲击强度；实施例2和比较例2比较我们发现，在同样的纤维含量，改性后无论是导电性和冲击强度都优于未改性的，这是由于改性后更好的分散所致。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种PTT/碳纤维复合材料，其特征在于：该复合材料包括以下组分和重量份数，

所述的改性碳纤维是由下列方法制备得到的，将1份碳纤维和5～60份的氧化剂溶液混合，30～90℃的反应温度下，超声处理30～240min后，用去离子水冲洗3～5次，60～150℃于真空烘箱干燥24-48h；

所述的碳纤维为短切碳纤维，选自聚丙烯腈碳纤维或沥青碳纤维中的一种，直径1～100μm，长度1～10mm；

所述的抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂264、抗氧剂300、抗氧剂565、抗氧剂1010或抗氧剂1076中的一种或几种的混合物；

所述的光稳定剂选自光稳定剂292、光稳定剂622、光稳定剂770或光稳定剂944中的一种。

2.根据权利要求1所述的PTT/碳纤维复合材料，其特征在于：所述的氧化剂溶液选自硫酸、硝酸或高氯酸中的一种或几种的混合溶液。

3.权利要求1至2中任一所述的PTT/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，

4.根据权利要求3所述的PTT/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的高分子加工设备选自单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机、注塑机、高速混合机、开炼机或微型注塑机中的一种或几种。