CN1055710C - 一种含碳纤维和液晶聚合物的复合材料 - Google Patents

一种含碳纤维和液晶聚合物的复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明一种含碳纤维和液晶聚合物的复合材料是含有热致液晶聚合物(TLCP)和碳纤维混杂增强聚醚砜复合材料，其热致液晶聚合物为主链型对羟基苯甲酸与对苯二甲酸乙二酯的共聚酯或对羟基苯甲酸、氯代对苯二酚、间苯二酚与对苯二甲酸的无规共聚酯，由于TLCP具有很强的切力变稀的流变特性，从而降低了复合材料加工时熔体粘度和提高了聚醚砜复合材料的力学材料。

Description

一种含碳纤维和液晶聚合物的复合材料
本发明涉及一种用纤维增强的热塑性材料，特别涉及到一种用热致液晶聚合物与碳纤维增强的复合材料。
复合材料是一种多相复合体系，在复合体系中可以是异质异相的也可以是同质异相的。因此通过不同质的组成，不同相的结构，不同含量及不同方式的复合，可以制造出满足各种用途的复合材料。
对于高分子复合材料，其基体可以是热塑性的树脂，也可以是热固性树脂，可以是一种聚合物作基体，也可以是多种聚合物混杂作为基体，所用的增强剂可以是两种或多种连续纤维单向增强，也可以是两种或多种纤维混杂编织增强。
工程塑料手册1994年P222(杨世英等编，中国纺织出版社出版)，公开了英国ICI公司生产的含玻璃纤维增强的聚醚砜(PES)，商品牌号为VICTREX 4101抗张强度为140MPa，由于体系含30％玻璃纤维因而加工流动性差。Polym.Eng.Sci.Vol.27 P410 1987年报道了用热致性液晶聚合物(TLCP)增强PES树脂制备原位复合材料，但复合材料的抗张强度仅为125MPa，缺口冲击强度为19.2J/M。
为了克服玻璃纤维增强的PES体系加工流动性差和对设备的磨损及在TLCP增强PES体系中拉伸性能和冲击性能差的缺点，而提供一种含有热致液晶聚合物和碳纤维混杂增强的聚醚砜复合材料，该材料抗张强度高且加工性能好。
本发明的聚醚砜复合材料的原料为聚醚砜，宏观短纤维和热致液晶聚合物，各原料的组成和含量如下：
组分                             含量(重量份)
聚醚砜                           100
短纤维                           10-80
热致液晶聚合物                   1-40
上述的短纤维为碳纤维(CF)，玻璃纤维(GF)或凯芙拉(Kevlar)纤维，碳纤维可以用表面电化学氧化法，或电沉积的方法在纤维表面沉积上乙酸乙烯酯—马来酸酐交替共聚物或苯乙烯—马来酸酐交替共聚物，玻璃纤维或凯芙拉(Kevlar)纤维表面可以用偶联剂、接枝高聚物进行处理。上述的热致液晶聚合物(TLCP)为主链型热致性液晶聚合物即芳香共聚酯，熔融范围是190℃-350℃，在偏光显微镜下呈丝织态结构。例如对羟基苯甲酸与对苯二甲酸乙二酯的共聚酯，熔点范围为250-350℃，结构式如下：
Figure C9610486000041
TLCP还可以是对羟基苯甲酸、氯代对苯二酚、间苯二酚与对苯二甲酸的无规共聚酯，在外力作用下，从250-380℃可以熔融流动，在偏光显微镜下呈现典型的液晶丝织态结构，结构如下：
Figure C9610486000042
上述的TLCP与PES的表观粘度比为1×10-4～5×10-1。
本发明的聚醚砜复合材料的制法按以下步骤进行：
将热致液晶聚合物(TLCP)1-40份，与基体聚醚砜100份，及短纤维10-80份，通过单螺杆或双螺杆塑料挤出机在280℃～350℃内共混挤出造粒，注塑成型。
本发明的含液晶聚合物和碳纤维的聚醚砜复合材料在熔融加工时，TLCP与聚醚砜均是熔体，由于TLCP具有很强的切力变稀的流变特性，从而降低了复合材料加工时熔体粘度，(见表I)和减少了物料对挤出机和注塑机的磨损，同时降低了短纤维在加工时的折断率，提高了短纤维在复合材料中的平均长径比，提高了聚醚砜复合材料的力学性能。(见表II)
表I为不同重量比的热致液晶聚合物、碳纤维和聚醚砜复合物在340℃用毛细管流变仪测定的不同剪切速率下的熔体表观粘度值。表1
Figure C9610486000061
表II为不同重量比的热致液晶聚合物、碳纤维和聚醚砜复合材料的力学性能。
  样  品              拉伸强度 拉伸模量     Izod缺口
                       (MPa)   (GPa)      冲击强度(J/M)
TLCP/CF/PES 5/5/95     123.8    1.6           /
TLCP/CF/PES 5/10/90    167.4    1.9          48.9实施例1、
用5份法国Rhone-Poulenc公司生产的Rhodester热致液晶聚合物(TLCP)，5份经苯乙烯—马来酸酐共聚物电沉积法表面处理的碳纤维(CF)与95份聚醚砜PES(25℃在N，N二甲基甲酰胺溶剂中测定特性粘数为0.38dl/g)在CS-194A挤出机上熔融共混，共混温度为340℃，然后用注塑机在340℃注塑出哑铃形样条，上述样条拉伸强度为123.8MPa，拉伸模量为1.6GPa，340℃在576 1/S剪切速率下其表观粘度为599Pa·S。实施例2、
用5份法国Rhone-Poulenc公司生产的Rhodester热致液晶聚合物(TLCP)，10份经苯乙烯—马来酸酐共聚物电沉积法表面处理的碳纤维(CF)与90份聚醚砜PES(25℃在N，N二甲基甲酰胺溶剂中测定特性粘数为0.38dl/g)在CS-194A挤出机上熔融共混，共混温度为340℃，然后用注塑机在340℃注塑出哑铃形及冲击样条。上述样条拉伸强度为167.4MPa，拉伸模量为1.9GPa，其缺口Izod冲击强度为48.9J/M340℃在576 1/S剪切速率下其表观粘度为653Pa·S。对比例1、
用5份TLCP增强90份聚醚砜其它条件同实施例1，制成的哑铃形样品，拉伸强度为99.8MPa，拉伸强度为1.03GPa。

Claims (7)

1、一种聚醚砜复合材料，包括聚醚砜、短纤维，其特征在于所述的复合材料还包括热致液晶聚合物，所述的短纤维为表面处理过的短纤维，所述的热致液晶聚合物为芳香共聚酯，其组分和含量如下：(重量份)
组分                          含量
聚醚砜                        100
短纤维                        10-80
热致液晶聚合物                1-40
2、根据权利要求1所述的一种聚醚砜复合材料，其特征在于所述的短纤维为碳纤维、玻璃纤维凯芙拉纤维。
3、根据权利要求2所述的一种聚醚砜复合材料，其特征在于所述的碳纤维表面用电化学氧化法，或用电沉积方法处理。
4、根据权利要求2所述的一种聚醚砜复合材料，其特征在于所述的玻璃纤维用偶联剂或接枝共聚物处理。
5、根据权利要求2所述的一种聚醚砜复合材料，其特征在于所述的凯芙拉纤维用偶联剂或接枝共聚物处理。
6、根据权利要求1～3中任一项的聚醚砜复合材料其特征在于所述的芳香共聚酯为对羟基苯甲酸与对苯二甲酸乙二酯的共聚酯或对羟基苯甲酸、氯代对苯二酚、间苯二酚与对苯二甲酸的无规共聚酯。
7、根据权利要求1所述的一种聚醚砜复合材料，其特征在于所述的热致液晶聚合物与聚醚砜树脂的表观粘度比为1×10-4～5×10-1。
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