CN106009287A - 一种碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法。包括以下步骤：首先将PP树脂、碳纤维、VOC抑制剂、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂干燥球磨，再将PP树脂、碳纤维、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂加入至双螺杆挤出机的主喂料口，将VOC抑制剂加入侧喂料口，熔融共混，经挤出机挤出、冷却切粒，既得。本发明制备方法工艺简单、成本低廉，所制备得到的聚丙烯复合材料有效解决了低VOC和高性能兼具的问题。

Description

一种碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种重要的塑料，其原料丰富、价格低廉、工艺简便、应用广泛。然而，聚丙烯的冲击韧性较低，收缩率较大，导致聚丙烯在使用过程中易受到拉伸、弯曲、冲击等外力的影响而出现应力发白现象，严重时还会影响产品的性能和质量，因而在一定程度上限制了它应用的广泛性。碳纤维是一种高比强度、高比模量、耐高温、抗腐蚀、抗蠕变性能好、导电、导热及热膨胀系数小的优异材料，其被广泛应用于航天航空、汽车、高档体育器材等高端领域。
将碳纤维应用至聚丙烯中的研究越来越多，所获得的复合材料机械强度高、耐候性能好，但是在加工过程中聚丙烯会发生自氧化降解，产生的低分子化合物对人体健康具有危害。现有技术中多采用化学反应、物理吸附以及熔体脱挥技术来改善原有聚丙烯材料中VOC的散发问题并取得一定成果，但是复合材料低VOC和力学性能常不能兼备。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种力学性能优异，生产工艺简单，成本低，且低气味的碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PP树脂、碳纤维、VOC抑制剂、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂干燥4h，然后放入球磨机内球磨至200目；
(2)将步骤(1)干燥后的PP树脂、碳纤维、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂混合均匀后，得到预混料，所述预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将VOC抑制剂加入侧喂料口，熔融共混，经挤出机挤出、冷却切粒，既得。
进一步地，所述VOC抑制剂包括凹凸棒土、海泡石和硅藻土。
进一步地，所述纳米二氧化硅的粒径为50-80nm。纳米二氧化硅起的作用是协同碳纤维增强复合材料的弯曲强度和拉伸强度。
进一步地，所述PP树脂、碳纤维、VOC抑制剂、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂的质量比分别为1：0.2-0.4：0.02-0.03：0.08-0.15：0.03-0.05：0.01-0.02：0.03-0.06。
进一步地，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH、乙烯-醋酸乙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐中的一种或几种。
进一步地，所述抗氧剂选自受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种；其中所述受阻酚类为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，硫代酯类为硫代二丙酸二硬脂醇酯，亚磷酸酯类为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
进一步地，所述步骤(2)熔融共混的加工条件为：一区温度195-230℃，二区温度210-230℃，三区温度220-240℃，四区温度230-250℃，五区温度210-230℃，六区温度200-210℃，熔融共混的时间为40-90min。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的聚丙烯复合材料中VOC抑制剂能够吸附有机挥发气体，解决了在使用聚丙烯复合材料时可能对人体产生的健康问题；
2、本发明添加了碳纤维，提升了材料的韧性和强度，具有广泛的应用价值；
3、本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，可用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步解释说明。
实施例1
本实施例提供了一种碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法：
按照配方比例称取原料，干燥4h后采用球磨机球磨至200目，其中PP树脂100份，日本东丽T300碳纤维25份，VOC抑制剂2份，滑石粉8份，纳米二氧化硅3份，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯2份，马来酸酐接枝聚丙烯3份。
将聚丙烯树脂、碳纤维、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂在高混机中混匀10min，然后从双螺旋挤出机的主喂料口加入，再将VOC抑制剂从侧喂料口加入，设置挤出机一区温度195-230℃，二区温度210-230℃，三区温度220-240℃，四区温度230-250℃，五区温度210-230℃，六区温度200-210℃，熔融共混80min，经挤出机真空挤出造粒、冷却、干燥，得到所述产品。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制备碳纤维增强聚丙烯复合材料，不同之处在于：原料的配比不同。
PP树脂100份，日本东丽T300碳纤维35份，VOC抑制剂2份，滑石粉15份，纳米二氧化硅5份，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯1份，马来酸酐接枝聚乙烯6份。
实施例3
采用与实施例1相同的方法制备碳纤维增强聚丙烯复合材料，不同之处在于：原料的配比不同，熔融共混的总时间为50min。
PP树脂100份，日本东丽T300碳纤维40份，VOC抑制剂3份，滑石粉12份，纳米二氧化硅4份，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯1份，马来酸酐接枝聚乙烯5份。
将实施例1-3所制得的产品进行注塑成型制备测试样条，其中：
(1)拉伸强度：按ISO527测试，速度50mm/min；
(2)悬臂梁缺口冲击强度：ISO180测试；
(3)弯曲模量：按ISO178测试，速度为2mm/min；
(4)弯曲强度：按ISO178测试；
(5)断裂伸长率：按ISO 527-2测试；
(6)低温缺口冲击强度(-40℃，24h)：ISO180测试；
(7)总有机化合物排放(TVOC)测定按照德国汽车工业联合会的标准VDA277测试进行测定，性能测试结果见表1。
表1由实施例1-3制得的产品注塑成型制备的测试样条的性能结果
以上描述是用于实施本发明的一些最佳模式和其他实施方式，只是对本发明的技术构思起到说明示例作用，并不能以此限制本发明的保护范围，本领域技术人员在不脱离本发明技术方案的精神和范围内，进行修改和等同替换，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将PP树脂、碳纤维、VOC抑制剂、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂干燥4h，然后放入球磨机内球磨至200目；
(2)将步骤(1)干燥后的PP树脂、碳纤维、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂混合均匀后，得到预混料，所述预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将VOC抑制剂加入侧喂料口，熔融共混，经挤出机挤出、冷却切粒，既得。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述VOC抑制剂包括凹凸棒土、海泡石和硅藻土。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅的粒径为50-80nm。
4.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述PP树脂、碳纤维、VOC抑制剂、滑石粉、纳米二氧化硅、抗氧剂、相容剂的质量比分别为1：0.2-0.4：0.02-0.03：0.08-0.15：0.03-0.05：0.01-0.02：0.03-0.06。
5.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH、乙烯-醋酸乙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述抗氧剂选自受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种；其中所述受阻酚类为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，硫代酯类为硫代二丙酸二硬脂醇酯，亚磷酸酯类为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
7.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)熔融共混的加工条件为：
一区温度195-230℃，二区温度210-230℃，三区温度220-240℃，四区温度230-250℃，五区温度210-230℃，六区温度200-210℃，熔融共混的时间为40-90min。
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