CN104086880A - 一种碳纤维球改性塑料的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳纤维球改性塑料的复合材料及其制备方法，复合材料由100份塑料树脂、5～50份碳纤维球、0.5～5份抗氧剂、0.5～5份润滑剂制备而成。本发明属于塑料改性领域，创新性地采用碳纤维球作为改性塑料的填料，可以大幅提高复合材料的韧性。所制备复合材料性能优越且操作工艺简单，适于大规模工业化生产。

Description

一种碳纤维球改性塑料的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明提供了一种碳纤维球改性塑料的复合材料及其制备方法，属于塑料改性领域。
背景技术
    目前塑料的用途日趋广泛，为了降低塑料的使用成本，提高或改善其综合性能，以满足不同的需要，塑料常要通过物理的、化学的或机械的方法进行改性才能适应各种实际要求。提高塑料复合材料韧性的常用方法包括添加增韧剂和制备基体合金，其中前者对于性能的提高幅度有限，且会影响材料其他性能；后者需要较高的技术支持且材料稳定性不足。
    碳纤维球是一种以回收碳纤维为原料制备的粒径为5～10μm的碳纤维微球材料，具有高强、高韧等特性，本发明创新性地采用碳纤维球作为改性塑料的填料，可以大幅提高复合材料的韧性。所制备复合材料性能优越且操作工艺简单，适于大规模工业化生产。
发明内容
本发明提供了一种碳纤维球改性塑料的复合材料及其制备方法，属于塑料改性领域，所制备的复合材料韧性得到极大提升，同时操作工艺简单，适于大规模工业化生产。
所述的一种碳纤维球改性塑料的复合材料，由以下组份按重量份制备而成：
塑料树脂  　100份
碳纤维球　　5～50份
抗氧剂  　　0.5～5份
润滑剂  　　0.5～5份
所述塑料树脂为聚烯烃树脂或者聚酰胺树脂。所述聚烯烃树脂包括但不限于聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂等，所述聚酰胺树脂包括但不限于尼龙6树脂（PA6）、尼龙66树脂（PA66）等。
所述的碳纤维球粒径为5～10μm，纤维长度为50～150μm。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和/或亚磷酸酯抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
所述润滑剂为次乙基双硬脂酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物和季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
所述的一种碳纤维球改性塑料的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按以下比例配备原料：塑料树脂100份、碳纤维球5～50份、抗氧剂0.5～5份和润滑剂0.5～5份；
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10～30min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
本发明提供了一种碳纤维球改性塑料的复合材料及其制备方法，属于塑料改性领域，创新性地采用碳纤维球作为改性塑料的填料，可以大幅提高复合材料的韧性。所制备复合材料性能优越且操作工艺简单，适于大规模工业化生产。
具体实施方法
下面结合具体实例对本发明内容进行进一步的说明，但所述实施例并非是对本发明实质精神的简单限定，任何基于本发明实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于本发明所要求保护的范围之内。
本发明中聚烯烃树脂有聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。聚酰胺主要指PA6、PA66、PA10和PA12等。下面实施例部分主要以聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、尼龙6树脂为例进行说明，其他的也有相同的效果。
制备的样品在23℃、50%湿度环境下调节后，分别采用ASTM D256检测复合材料冲击强度。
本发明的具体实施例如下：
实例1
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂  　100份
碳纤维球　　5份
四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯  　　0.5份
次乙基双硬脂酰胺  　　0.5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例2
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂  　100份
碳纤维球　　25份
四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯  　　2份
次乙基双硬脂酰胺  　　2份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散20min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例3
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂  　100份
碳纤维球　　50份
四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯  　　5份
次乙基双硬脂酰胺  　　5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散30min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例4
（1）按以下比例配备原料：
聚苯乙烯树脂  　100份
碳纤维球　　5份
四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯  　　0.5份
乙烯-丙烯酸共聚物  　　0.5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例5
（1）按以下比例配备原料：
聚苯乙烯树脂  　100份
碳纤维球　　25份
四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯  　　1.5份
乙烯-丙烯酸共聚物  　　1.5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散15min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例6
（1）按以下比例配备原料：
聚苯乙烯树脂  　100份
碳纤维球　　35份
三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯  　　3份
乙烯-丙烯酸共聚物  　　3份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散25min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例7
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6树脂  　100份
碳纤维球　　50份
三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯  　　5份
季戊四醇硬脂酸酯  　　5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散30min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例8
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6树脂  　100份
碳纤维球　　5份
三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯  　　0.5份
季戊四醇硬脂酸酯  　　0.5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例9
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6树脂  　100份
碳纤维球　　25份
三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯  　　2份
季戊四醇硬脂酸酯  　　2份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散20min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
实例10
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6树脂  　100份
碳纤维球　　50份
三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯  　　5份
季戊四醇硬脂酸酯  　　5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散30min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的碳纤维球改性复合材料性能见表一。
 
对照实例1
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂  　100份
三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯  　　2.5份
季戊四醇硬脂酸酯  　　2.5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散20min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的聚丙烯材料性能见表一。
 
对照实例2
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6树脂  　100份
三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯  　　2.5份
季戊四醇硬脂酸酯  　　2.5份
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散20min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的尼龙6材料性能见表一。
表一：
性能 缺口冲击强度（kJ/m2）
实例1 15
实例2 28
实例3 55
实例4 20
实例5 28
实例6 29
实例7 25
实例8 38
实例9 49
实例10 60
对照实例1 10
对照实例2 15
通过本方法制备的碳纤维球改性复合材料性，韧性得到大幅提升。通过表1中数据可知，根据本专利制备的碳纤维球改性聚丙烯树脂，冲击强度最高为55kJ/m2，较改性前（对比实例1）相比提高4.5倍；根据本专利制备的碳纤维球改性尼龙6树脂，冲击强度最高为60kJ/m2，较改性前（对比实例2）相比提高3倍。此外本发明可以所制备复合材料性能优越，操作工艺简单，适于工业化生产。
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 (6)

1.一种碳纤维球改性塑料的复合材料，其特征在于：由以下组份按重量份制备而成：
塑料树脂  　100份
碳纤维球　　5～50份
抗氧剂  　　0.5～5份
润滑剂  　　0.5～5份。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维球改性塑料的复合材料，其特征在于：所述塑料树脂为聚烯烃树脂或者聚酰胺树脂。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维球改性塑料的复合材料，其特征在于：所述的碳纤维球粒径为5～10μm，纤维长度为50～150μm。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维球改性塑料的复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和/或亚磷酸酯抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维球改性塑料的复合材料，其特征在于：所述润滑剂为次乙基双硬脂酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物和季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种碳纤维球改性塑料的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按以下比例配备原料：塑料树脂100份、碳纤维球5～50份、抗氧剂0.5～5份和润滑剂0.5～5份；
（2）将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10～30min；
（3）将分散后的原料通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得碳纤维球改性复合材料。
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