CN104419178A - 碳纤维增强聚碳酸酯pc及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强聚碳酸酯PC及其制备方法。本发明的碳纤维增强聚碳酸酯PC，其组分按质量百分数配比为：聚碳酸酯PC50%～90%、碳纤维10%～25%、增韧剂2%～10%、复合抗氧剂0.1%～1%、润滑剂0.1%～1.5%、色母0.5%～2%。本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明采用碳纤维表面氧化处理，提高了碳纤维表面的极性，从而改善了碳纤维与聚碳酸酯PC的浸润性，有利于界面结合和提高层间剪切强度（ILSS），使制得的碳纤维增强聚碳酸酯PC具有比强度高、相对密度小、比模量高、热膨胀系数小等特点，而且还具有良好的电性能和耐热耐腐蚀性能，在汽车、化工、电气、建筑等领域具有非常广泛应用前景。

Description

碳纤维增强聚碳酸酯PC及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种碳纤维增强聚碳酸酯PC及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯PC是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性能，耐蠕变和尺寸稳定性好，能在较高的温度范围内保持较高的力学强度，无毒，介电性能优良，是近年来增长迅速最快和产能规模最大的工程塑料。但它也存在一些缺点，如加工流动性差、易于应力开裂、对缺口比较敏感以及耐磨性欠佳等。碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，主要用于制备先进复合材料，已广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。鉴于近年军事工业上应用的萎缩，碳纤维成本的降低及先进低成本制造复合材料技术的突破，碳纤维复合材料在建筑、工业、交通运输、体育用品等方面的应用便成为研究开发的热点，并取得了一定的突破性进展。碳纤维增强聚碳酸酯作为一种具有前沿技术特点的新型产品在上世纪末期逐渐应用于国民经济各行业，相比较传统的玻璃纤维增强聚碳酸酯拥有强度高、导电率高等显著优点，对于该产品的开发研究具有重要的市场价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维增强聚碳酸酯PC及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：碳纤维增强聚碳酸酯PC，其组分按质量百分数配比为：聚碳酸酯PC 50%～90%、碳纤维10%～25%、增韧剂2%～10%、复合抗氧剂0.1%～1%、润滑剂0.1%～1.5%、色母0.5%～2%。
所述的碳纤维为表面氧化处理过的碳纤维，其具体方法为将70wt%硝酸、20wt%高锰酸钾和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为50%～60%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡和在40℃～90℃下反应30～150分钟，然后取出用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性，并在80℃～150℃烘干后得到的碳纤维。
所述的增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-GMA）。
所述的复合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）。
所述的色母为黑色色母。
上述的碳纤维增强聚碳酸酯PC的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚碳酸酯PC在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；
（2）碳纤维表面氧化处理：将70wt%硝酸、20wt%高锰酸钾和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为50%～60%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡和在40℃～90℃下反应30～150分钟，然后取出用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性，并在80℃～150℃烘干后得到表面氧化处理过的碳纤维，待用；
（3）按重量配比称取干燥的聚碳酸酯PC和增韧剂、复合抗氧剂、润滑剂、色母，分别加入高速混合机中，充分搅拌5～30分钟，出料；
（4）将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将步骤（2）得到表面氧化处理过的碳纤维按重量配比称取、并从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧喂料口转速以均匀碳纤维含量，并控制加工温度在240℃～260℃之间，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本发明的碳纤维增强聚碳酸酯PC。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明采用碳纤维表面氧化处理，提高了碳纤维表面的极性，从而改善了碳纤维与聚碳酸酯PC的浸润性，有利于界面结合和提高层间剪切强度（ILSS），使制得的碳纤维增强聚碳酸酯PC具有比强度高、相对密度小、比模量高、热膨胀系数小等特点，而且还具有良好的电性能和耐热耐腐蚀性能，在汽车、化工、电气、建筑等领域具有非常广泛应用前景。
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：
一种碳纤维增强聚碳酸酯PC，其组分按质量百分数配比为：聚碳酸酯PC 75%、碳纤维15%、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-GMA）8%、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0.5%、季戊四醇硬脂酸酯（PETS）1%、黑色色母0.5%。其中，所述的碳纤维为表面氧化处理过的碳纤维，其具体方法为将70wt%硝酸、20wt%高锰酸钾和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为50%～60%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡和在40℃～90℃下反应30～150分钟，然后取出用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性，并在80℃～150℃烘干后得到的碳纤维。
制备方法：（1）将聚碳酸酯PC在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；（2）碳纤维表面氧化处理：将70wt%硝酸、20wt%高锰酸钾和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为50%～60%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡和在40℃～90℃下反应30～150分钟，然后取出用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性，并在80℃～150℃烘干后得到表面氧化处理过的碳纤维，待用；（3）按重量配比称取干燥的聚碳酸酯PC和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-GMA）、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、季戊四醇硬脂酸酯（PETS）、黑色色母，分别加入高速混合机中，充分搅拌5～30分钟，出料；（4）将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将步骤（2）得到表面氧化处理过的碳纤维按重量配比称取、并从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧喂料口转速以均匀碳纤维含量，并控制加工温度在240℃～260℃之间，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本发明的碳纤维增强聚碳酸酯PC。
实施例2：
一种碳纤维增强聚碳酸酯PC，其组分按质量百分数配比为：聚碳酸酯PC 83%、碳纤维10%、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-GMA）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）0.7%、黑色色母1%。其中，所述的碳纤维为表面氧化处理过的碳纤维，其具体方法为将70wt%硝酸、20wt%高锰酸钾和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为50%～60%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡和在40℃～90℃下反应30～150分钟，然后取出用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性，并在80℃～150℃烘干后得到的碳纤维。
制备方法同实施例1。

Claims (6)

1.一种碳纤维增强聚碳酸酯PC，其特征在于，其组分按质量百分数配比为：聚碳酸酯PC 50%～90%、碳纤维10%～25%、增韧剂2%～10%、复合抗氧剂0.1%～1%、润滑剂0.1%～1.5%、色母0.5%～2%。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚碳酸酯PC，其特征在于，所述的碳纤维为表面氧化处理过的碳纤维，其具体方法为将70wt%硝酸、20wt%高锰酸钾和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为50%～60%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡和在40℃～90℃下反应30～150分钟，然后取出用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性，并在80℃～150℃烘干后得到的碳纤维。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚碳酸酯PC，其特征在于，所述的增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-GMA）。
4.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚碳酸酯PC，其特征在于，所述的复合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。
5.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚碳酸酯PC，其特征在于，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯（PETS）。
6.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚碳酸酯PC的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚碳酸酯PC在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；
（2）碳纤维表面氧化处理：将70wt%硝酸、20wt%高锰酸钾和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为50%～60%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡和在40℃～90℃下反应30～150分钟，然后取出用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性，并在80℃～150℃烘干后得到表面氧化处理过的碳纤维，待用；
（3）按重量配比称取干燥的聚碳酸酯PC和增韧剂、复合抗氧剂、润滑剂、色母，分别加入高速混合机中，充分搅拌5～30分钟，出料；
（4）将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将步骤（2）得到表面氧化处理过的碳纤维按重量配比称取、并从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧喂料口转速以均匀碳纤维含量，并控制加工温度在240℃～260℃之间，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本发明的碳纤维增强聚碳酸酯PC。
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