CN104341756A - 一种高强度高模量的pc复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高模量的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC50%～80%、纳米碳纤维5%～20%、无机填料5%～15%、偶联剂0.5%～2%、相容剂2%～4%、抗氧剂0.1%～0.5%、润滑剂0.5%～1.5%。本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明制得的PC复合材料具有高比强度、高比模量、高结晶取向度、高导电导热等优点，在汽车、化工、机械、电气、建筑等领域具有巨大的潜力和广泛的应用前景。

Description

一种高强度高模量的PC复合材料
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种高强度高模量的PC复合材料。
背景技术
聚碳酸酯（PC）作为综合性能优异、用途极为广泛的重要工程塑料品种，广泛用于汽车、电子电气、建筑材料、机械零件、办公自动化设备、包装业、运动器械、医疗、保健、光盘和家庭用品等领域。但PC也存在一些缺陷，如加工性能较差，易应力开裂，缺口冲击和低温韧性差等，限制其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高模量的PC复合材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强度高模量的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC 50%～80%、纳米碳纤维5%～20%、无机填料5%～15%、偶联剂0.5%～2%、相容剂2%～4%、抗氧剂0.1%～0.5%、润滑剂0.5%～1.5%。
所述的PC为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。
所述的纳米碳纤维为表面经氧化预处理的纳米碳纤维，其处理工艺为将纳米碳纤维加入体积比3：1的98%浓硫酸和70%浓硝酸的混合液，在60℃～90℃温度下反应15～60分钟，然后先后用氢氧化钠溶液中和、用水清洗，直至pH值不显酸性，再在80℃～120℃烘干，即得表面经氧化预处理的纳米碳纤维。
所述的无机填料为纳米碳酸钙或气相纳米二氧化硅。
所述的偶联剂为钛酸盐偶联剂或铝钛复合偶联剂。
所述的相容剂为聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）。
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：1比例的复配物。
所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯（PETS）。
上述的一种高强度高模量的PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将PC在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；
（2）、纳米碳纤维表面经氧化预处理：将纳米碳纤维加入体积比3：1的98%浓硫酸和70%浓硝酸的混合液，在60℃～90℃温度下反应15～60分钟，然后先后用氢氧化钠溶液中和、用水清洗，直至pH值不显酸性，再在80℃～120℃烘干，即得表面经氧化预处理的纳米碳纤维，待用；
（3）、按重量配比称取无机填料和偶联剂，加入超声振荡发生器或转速不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～120℃温度下搅拌20～60分钟，使均匀分散，然后冷却至低于40℃，得到表面活化处理的无机填料，出料待用；
（4）、按重量配比称取干燥的PC和步骤（2）得到的表面经氧化预处理的纳米碳纤维，加入高速混合机中混合均匀，然后加入步骤（3）表面活化处理的无机填料，再加入按重量配比称取的相容剂、抗氧剂和润滑剂，继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；
（5）、将步骤（4）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得成品。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明制得的PC复合材料具有高比强度、高比模量、高结晶取向度、高导电导热等优点，在汽车、化工、机械、电气、建筑等领域具有巨大的潜力和广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
一种高强度高模量的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC 75%、纳米碳纤维10%、纳米碳酸钙10%、钛酸盐偶联剂1%、聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）3%、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：1比例的复配物0.3%、季戊四醇硬脂酸酯（PETS）0.7%。其中，所述的PC为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。所述的纳米碳纤维为表面经氧化预处理的纳米碳纤维，其处理工艺为将纳米碳纤维加入体积比3：1的98%浓硫酸和70%浓硝酸的混合液，在60℃～90℃温度下反应15～60分钟，然后先后用氢氧化钠溶液中和、用水清洗，直至pH值不显酸性，再在80℃～120℃烘干，即得表面经氧化预处理的纳米碳纤维。
制备方法：（1）、将PC在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；（2）、纳米碳纤维表面经氧化预处理：将纳米碳纤维加入体积比3：1的98%浓硫酸和70%浓硝酸的混合液，在60℃～90℃温度下反应15～60分钟，然后先后用氢氧化钠溶液中和、用水清洗，直至pH值不显酸性，再在80℃～120℃烘干，即得表面经氧化预处理的纳米碳纤维，待用；（3）、按重量配比称取纳米碳酸钙和钛酸盐偶联剂，加入超声振荡发生器或转速不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～120℃温度下搅拌20～60分钟，使均匀分散，然后冷却至低于40℃，得到表面活化处理的纳米碳酸钙，出料待用；（4）、按重量配比称取干燥的PC和步骤（2）得到的表面经氧化预处理的纳米碳纤维，加入高速混合机中混合均匀，然后加入步骤（3）表面活化处理的纳米碳酸钙，再加入按重量配比称取的聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：1比例的复配物和季戊四醇硬脂酸酯（PETS），继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；（5）、将步骤（4）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得成品。
实施例2：
一种高强度高模量的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC 65%、纳米碳纤维20%、气相纳米二氧化硅10%、铝钛复合偶联剂1%、聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）2.5%、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：1比例的复配物0.3%、季戊四醇硬脂酸酯（PETS）1.2%。其中，所述的PC为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。所述的纳米碳纤维为表面经氧化预处理的纳米碳纤维，其处理工艺为将纳米碳纤维加入体积比3：1的98%浓硫酸和70%浓硝酸的混合液，在60℃～90℃温度下反应15～60分钟，然后先后用氢氧化钠溶液中和、用水清洗，直至pH值不显酸性，再在80℃～120℃烘干，即得表面经氧化预处理的纳米碳纤维。
制备方法：（1）、将PC在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；（2）、纳米碳纤维表面经氧化预处理：将纳米碳纤维加入体积比3：1的98%浓硫酸和70%浓硝酸的混合液，在60℃～90℃温度下反应15～60分钟，然后先后用氢氧化钠溶液中和、用水清洗，直至pH值不显酸性，再在80℃～120℃烘干，即得表面经氧化预处理的纳米碳纤维，待用；（3）、按重量配比称取气相纳米二氧化硅和铝钛复合偶联剂，加入超声振荡发生器或转速不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～120℃温度下搅拌20～60分钟，使均匀分散，然后冷却至低于40℃，得到表面活化处理的气相纳米二氧化硅，出料待用；（4）、按重量配比称取干燥的PC和步骤（2）得到的表面经氧化预处理的纳米碳纤维，加入高速混合机中混合均匀，然后加入步骤（3）表面活化处理的气相纳米二氧化硅，再加入按重量配比称取的聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：1比例的复配物和季戊四醇硬脂酸酯（PETS），继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；（5）、将步骤（4）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得成品。

Claims (7)

1.一种高强度高模量的PC复合材料，其特征在于，其组分按质量百分数配比为：PC 50%～80%、纳米碳纤维5%～20%、无机填料5%～15%、偶联剂0.5%～2%、相容剂2%～4%、抗氧剂0.1%～0.5%、润滑剂0.5%～1.5%。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的PC复合材料，其特征在于，所述的纳米碳纤维为表面经氧化预处理的纳米碳纤维，其处理工艺为将纳米碳纤维加入体积比3：1的98%浓硫酸和70%浓硝酸的混合液，在60℃～90℃温度下反应15～60分钟，然后先后用氢氧化钠溶液中和、用水清洗，直至pH值不显酸性，再在80℃～120℃烘干，即得表面经氧化预处理的纳米碳纤维。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的PC复合材料，其特征在于，所述的无机填料为纳米碳酸钙或气相纳米二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的PC复合材料，其特征在于，所述的偶联剂为钛酸盐偶联剂或铝钛复合偶联剂。
5.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的PC复合材料，其特征在于，所述的相容剂为聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的PC复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：1比例的复配物。
7.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的PC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、将PC在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；
（2）、纳米碳纤维表面经氧化预处理：将纳米碳纤维加入体积比3：1的98%浓硫酸和70%浓硝酸的混合液，在60℃～90℃温度下反应15～60分钟，然后先后用氢氧化钠溶液中和、用水清洗，直至pH值不显酸性，再在80℃～120℃烘干，即得表面经氧化预处理的纳米碳纤维，待用；
（3）、按重量配比称取无机填料和偶联剂，加入超声振荡发生器或转速不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～120℃温度下搅拌20～60分钟，使均匀分散，然后冷却至低于40℃，得到表面活化处理的无机填料，出料待用；
（4）、按重量配比称取干燥的PC和步骤（2）得到的表面经氧化预处理的纳米碳纤维，加入高速混合机中混合均匀，然后加入步骤（3）表面活化处理的无机填料，再加入按重量配比称取的相容剂、抗氧剂和润滑剂，继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；
（5）、将步骤（4）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得成品。
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