CN105860475B - 一种碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳纤维‑聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下：(1)、将核桃壳和松子壳粉碎，过筛后烘干得到混合壳粉，加入磷酸，浸泡后抽滤，干燥，加入管式炉，升温，保温后自然冷却至室温，洗涤，干燥至恒重，得到混合炭粉；(2)、将混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌后加入熔融的聚酯中，混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，将碳纤维、混合炭粉纤维进行夹芯混杂得到混杂纤维；(3)、将混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，造粒后冷却，得到碳纤维‑聚碳酸酯复合材料。本发明制备出的复合材料性能优异，成本较低。
Description
技术领域：
本发明涉及一种碳纤维复合材料，特别是涉及一种用于自行车配件的碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法。
背景技术：
碳纤维增强树脂基复合材料具有一系列的优异性能，主要表现在以下几个方面：(1)具有高的比强度和比模量：密度仅为钢材的1/5，钛合金的1/3，比铝合金和玻璃钢还轻，使其比强度(强度/密度)是高强度钢、超硬铝、钛合金的4倍左右，玻璃钢的2倍左右；比模量(模量/密度)是它们的3倍以上。(2)耐疲劳：在静态下，循环105次、承受90％的极限强度应力时才被破坏，而钢材只能承受极限强度的50％左右。(3)热膨胀系数小。(4)耐磨擦，抗磨损。(5)耐蚀性。碳纤维的耐蚀性非常优异，在酸、碱、盐和溶剂中长期浸泡不会溶胀变质，耐蚀性主要取决于基体树脂。(6)耐水性好。(7)导电性好。(8)射线透过性。目前，碳纤维复合材料在自行车配件方面的应用得到了很大的发展，不过由于碳纤维的成本和价格相对较高，所以自行车方面的碳纤维复合材料大多属于高档用材，限制了其在普通自行车方面的应用。
公开号为CN104669639A、公开日为2015.06.03、申请人为野宝科技股份有限公司的中国专利公开了“自行车的碳纤维材料的成型方法”，该方法提供一种将聚乙烯醇加热至其熔点以上的温度，并经成型与冷却后制得的成型芯材，使碳纤维预浸布包覆贴合于该成型芯材的整个外表面，以形成一预成型体，对该预成型体加热加压，使碳纤维预浸布硬化定型，并使该预成型体浸于水中使其中的成型芯材溶解。选用经加热处理过的聚乙烯醇作为芯材，能承受碳纤维成型过程的加热加压而不易软化或产生明显的尺寸变化，故能稳定支撑碳纤维预浸布，且成型后用水就能使芯材溶解而脱离该成型体，能有效节省制程时间。不过，该成型方法所制得的碳纤维材料也同样存在成本、价格较高的问题。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，制备出的复合材料性能优异，成本较低。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将核桃壳和松子壳用粉碎机粉碎，过40目筛后烘干得到混合壳粉，将混合壳粉加入浓度为30％的磷酸中，浸泡2天后抽滤，90℃下干燥30小时，加入管式炉中，升温至180℃，保温3小时后自然冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，90℃下干燥至恒重，得到混合炭粉；
(2)、将步骤(1)所得混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌1小时后加入熔融的聚酯中，100℃下混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片加入混合机混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，将碳纤维、混合炭粉纤维以3:1的体积比进行夹芯混杂得到混杂纤维；
(3)、将聚碳酸酯、偶联剂、增韧剂、抗氧剂混合均匀后加入双螺杆挤出机的主料口，将步骤(2)所得混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，螺杆转速为400rmin，喂料速度为80r/min，造粒后冷却，得到碳纤维-聚碳酸酯复合材料。
优选地，本发明所述步骤(1)中，核桃壳、松子壳的重量比为1:1。
优选地，本发明所述步骤(1)中，混合壳粉、磷酸的重量比为1:6。
优选地，本发明所述步骤(2)中，混合炭粉纤维中混合炭粉的质量分数为5％。
优选地，本发明所述步骤(3)中，按重量份数计，聚碳酸酯65-75份，偶联剂0.1-0.6份，增韧剂5-10份，抗氧剂0.1-0.5份，混杂纤维15-20份。
优选地，本发明所述步骤(3)中，偶联剂为硅烷偶联剂。
优选地，本发明所述步骤(3)中，增韧剂为EBA-g-MAH。
优选地，本发明所述步骤(3)中，抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1098。
优选地，本发明所述步骤(3)中，双螺杆挤出机的螺杆长径比为45。
优选地，本发明所述步骤(3)中，双螺杆挤出机的各区温度分别为220℃、250℃、255℃、260℃、260℃、255℃、250℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
核桃和松子是常见的食品，人们食用后大多将核桃壳和松子壳扔掉，造成了浪费，本发明将人们废弃的核桃壳、松子壳先进行炭化再进行纺丝，得到力学性能较好的混合炭粉纤维，相对于碳纤维而言，混合炭粉纤维在拉伸强度、弯曲强度方面稍逊，而在冲击强度和韧性方面则有一定的优势，因此能取代部分碳纤维与聚碳酸酯树脂基体复合，从而有效降低成本和价格；此外，核桃壳和松子壳均属于天然环保材料，可完全降解，因此还可有效提高复合材料的环保性能。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将重量比为1:1的核桃壳和松子壳用粉碎机粉碎，过40目筛后烘干得到混合壳粉，将混合壳粉加入浓度为30％的磷酸中，混合壳粉、磷酸的重量比为1:6，浸泡2天后抽滤，90℃下干燥30小时，加入管式炉中，升温至180℃，保温3小时后自然冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，90℃下干燥至恒重，得到混合炭粉；
(2)、将步骤(1)所得混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌1小时后加入熔融的聚酯中，100℃下混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片加入混合机混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，混合炭粉纤维中混合炭粉的质量分数为5％，将碳纤维、混合炭粉纤维以3:1的体积比进行夹芯混杂得到混杂纤维；
(3)、按重量份数计，将66份聚碳酸酯、0.2份硅烷偶联剂、5份EBA-g-MAH、0.4份抗氧剂1010混合均匀后加入双螺杆挤出机的主料口，将16份步骤(2)所得混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，双螺杆挤出机的螺杆长径比为45，各区温度分别为220℃、250℃、255℃、260℃、260℃、255℃、250℃，螺杆转速为400rmin，喂料速度为80r/min，造粒后冷却，得到碳纤维-聚碳酸酯复合材料。
实施例2
碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将重量比为1:1的核桃壳和松子壳用粉碎机粉碎，过40目筛后烘干得到混合壳粉，将混合壳粉加入浓度为30％的磷酸中，混合壳粉、磷酸的重量比为1:6，浸泡2天后抽滤，90℃下干燥30小时，加入管式炉中，升温至180℃，保温3小时后自然冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，90℃下干燥至恒重，得到混合炭粉；
(2)、将步骤(1)所得混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌1小时后加入熔融的聚酯中，100℃下混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片加入混合机混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，混合炭粉纤维中混合炭粉的质量分数为5％，将碳纤维、混合炭粉纤维以3:1的体积比进行夹芯混杂得到混杂纤维；
(3)、按重量份数计，将75份聚碳酸酯、0.4份硅烷偶联剂、7份EBA-g-MAH、0.1份抗氧剂1010混合均匀后加入双螺杆挤出机的主料口，将17份步骤(2)所得混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，双螺杆挤出机的螺杆长径比为45，各区温度分别为220℃、250℃、255℃、260℃、260℃、255℃、250℃，螺杆转速为400rmin，喂料速度为80r/min，造粒后冷却，得到碳纤维-聚碳酸酯复合材料。
实施例3
碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将重量比为1:1的核桃壳和松子壳用粉碎机粉碎，过40目筛后烘干得到混合壳粉，将混合壳粉加入浓度为30％的磷酸中，混合壳粉、磷酸的重量比为1:6，浸泡2天后抽滤，90℃下干燥30小时，加入管式炉中，升温至180℃，保温3小时后自然冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，90℃下干燥至恒重，得到混合炭粉；
(2)、将步骤(1)所得混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌1小时后加入熔融的聚酯中，100℃下混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片加入混合机混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，混合炭粉纤维中混合炭粉的质量分数为5％，将碳纤维、混合炭粉纤维以3:1的体积比进行夹芯混杂得到混杂纤维；
(3)、按重量份数计，将65份聚碳酸酯、0.6份硅烷偶联剂、9份EBA-g-MAH、0.2份抗氧剂1098混合均匀后加入双螺杆挤出机的主料口，将15份步骤(2)所得混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，双螺杆挤出机的螺杆长径比为45，各区温度分别为220℃、250℃、255℃、260℃、260℃、255℃、250℃，螺杆转速为400rmin，喂料速度为80r/min，造粒后冷却，得到碳纤维-聚碳酸酯复合材料。
实施例4
碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将重量比为1:1的核桃壳和松子壳用粉碎机粉碎，过40目筛后烘干得到混合壳粉，将混合壳粉加入浓度为30％的磷酸中，混合壳粉、磷酸的重量比为1:6，浸泡2天后抽滤，90℃下干燥30小时，加入管式炉中，升温至180℃，保温3小时后自然冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，90℃下干燥至恒重，得到混合炭粉；
(2)、将步骤(1)所得混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌1小时后加入熔融的聚酯中，100℃下混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片加入混合机混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，混合炭粉纤维中混合炭粉的质量分数为5％，将碳纤维、混合炭粉纤维以3:1的体积比进行夹芯混杂得到混杂纤维；
(3)、按重量份数计，将69份聚碳酸酯、0.1份硅烷偶联剂、6份EBA-g-MAH、0.5份抗氧剂1098混合均匀后加入双螺杆挤出机的主料口，将20份步骤(2)所得混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，双螺杆挤出机的螺杆长径比为45，各区温度分别为220℃、250℃、255℃、260℃、260℃、255℃、250℃，螺杆转速为400rmin，喂料速度为80r/min，造粒后冷却，得到碳纤维-聚碳酸酯复合材料。
实施例5
碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将重量比为1:1的核桃壳和松子壳用粉碎机粉碎，过40目筛后烘干得到混合壳粉，将混合壳粉加入浓度为30％的磷酸中，混合壳粉、磷酸的重量比为1:6，浸泡2天后抽滤，90℃下干燥30小时，加入管式炉中，升温至180℃，保温3小时后自然冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，90℃下干燥至恒重，得到混合炭粉；
(2)、将步骤(1)所得混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌1小时后加入熔融的聚酯中，100℃下混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片加入混合机混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，混合炭粉纤维中混合炭粉的质量分数为5％，将碳纤维、混合炭粉纤维以3:1的体积比进行夹芯混杂得到混杂纤维；
(3)、按重量份数计，将72份聚碳酸酯、0.3份硅烷偶联剂、8份EBA-g-MAH、0.3份抗氧剂1098混合均匀后加入双螺杆挤出机的主料口，将18份步骤(2)所得混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，双螺杆挤出机的螺杆长径比为45，各区温度分别为220℃、250℃、255℃、260℃、260℃、255℃、250℃，螺杆转速为400rmin，喂料速度为80r/min，造粒后冷却，得到碳纤维-聚碳酸酯复合材料。
实施例6
碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将重量比为1:1的核桃壳和松子壳用粉碎机粉碎，过40目筛后烘干得到混合壳粉，将混合壳粉加入浓度为30％的磷酸中，混合壳粉、磷酸的重量比为1:6，浸泡2天后抽滤，90℃下干燥30小时，加入管式炉中，升温至180℃，保温3小时后自然冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，90℃下干燥至恒重，得到混合炭粉；
(2)、将步骤(1)所得混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌1小时后加入熔融的聚酯中，100℃下混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片加入混合机混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，混合炭粉纤维中混合炭粉的质量分数为5％，将碳纤维、混合炭粉纤维以3:1的体积比进行夹芯混杂得到混杂纤维；
(3)、按重量份数计，将70份聚碳酸酯、0.5份硅烷偶联剂、10份EBA-g-MAH、0.4份抗氧剂1010混合均匀后加入双螺杆挤出机的主料口，将19份步骤(2)所得混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，双螺杆挤出机的螺杆长径比为45，各区温度分别为220℃、250℃、255℃、260℃、260℃、255℃、250℃，螺杆转速为400rmin，喂料速度为80r/min，造粒后冷却，得到碳纤维-聚碳酸酯复合材料。
将实施例1-6以及对比例制得的材料进行各项力学性能测试，其中，对比例为公开号为CN104669639A的中国专利，拉伸强度参照GB/T1040-2006标准进行测试，弯曲强度参照GB/T9341-2008标准进行测试，缺口冲击强度参照GB/T1043.1-2008标准进行测试，结果如下表所示：
由上表可以看出，本发明实施例1-6制得的复合材料在拉伸强度、弯曲强度方面稍弱于对比例，而缺口冲击强度则略有优势，总体力学性能差异很小，成本方面则明显降低。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (1)
1.一种碳纤维-聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
(1)、将核桃壳和松子壳用粉碎机粉碎，过40目筛后烘干得到混合壳粉，将混合壳粉加入浓度为30％的磷酸中，浸泡2天后抽滤，90℃下干燥30小时，加入管式炉中，升温至180℃，保温3小时后自然冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，90℃下干燥至恒重，得到混合炭粉；
(2)、将步骤(1)所得混合炭粉加入硅表面活性剂，搅拌1小时后加入熔融的聚酯中，100℃下混合得到色母粒，将色母粒与聚酯切片加入混合机混合后纺丝，风冷后得到混合炭粉纤维，将碳纤维、混合炭粉纤维以3:1的体积比进行夹芯混杂得到混杂纤维；
(3)、将聚碳酸酯、偶联剂、增韧剂、抗氧剂混合均匀后加入双螺杆挤出机的主料口，将步骤(2)所得混杂纤维加入双螺杆挤出机的侧料口熔融挤出，螺杆转速为400rmin，喂料速度为80r/min，造粒后冷却，得到碳纤维-聚碳酸酯复合材料；
所述步骤(1)中，核桃壳、松子壳的重量比为1:1；
所述步骤(1)中，混合壳粉、磷酸的重量比为1:6；
所述步骤(2)中，混合炭粉纤维中混合炭粉的质量分数为5％；
所述步骤(3)中，按重量份数计，聚碳酸酯65-75份，偶联剂0.1-0.6份，增韧剂5-10份，抗氧剂0.1-0.5份，混杂纤维15-20份；
所述步骤(3)中，偶联剂为硅烷偶联剂；
所述步骤(3)中，增韧剂为EBA-g-MAH；
所述步骤(3)中，抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1098；
所述步骤(3)中，双螺杆挤出机的螺杆长径比为45；
所述步骤(3)中，双螺杆挤出机的各区温度分别为220℃、250℃、255℃、260℃、260℃、255℃、250℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zeng Yong Inventor before: Yan Lianqing |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20180425 Address after: 523460 Xintang Industrial Zone, HengDi village, Hengli Town, Dongguan, Guangdong (beside the Wei Di toy factory) Applicant after: Dongguan two wood hardware and plastic products Co., Ltd. Address before: 313014 Huzhou City, Zhejiang Huzhou Nanxun Huzhou District Xin Ke Chemical Co., Ltd. Applicant before: HUZHOU XINAOKE CHEMICAL CO., LTD. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180522 Termination date: 20210415 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |