CN106432912A - 一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法 - Google Patents

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李靖
马长城
严永刚
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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，将超声波发射装置分别放在包覆模具、纤维处理管、挤出机机筒上发射超声波，连续碳纤维束插入纤维处理管和包覆模具中，热塑性塑料经过挤出机挤出，在包覆模具中与碳纤维复合，经切粒机切粒而成颗粒。本发明利用超声波振荡碳纤维形成众多微孔结构，增大碳纤维表面积，具有优异的增强效果。

Description

一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，属于材料领域。
背景技术
碳纤维作为一种新型增强材料，受到越来越多的关注。大部分碳纤维用于增强热固性树脂，主要用于航空、汽车等高端领域，但热固性树脂无法回收反复利用，一旦废弃，只能焚烧处理，浪费资源，污染环境。而碳纤维增强热塑性塑料，废弃后可回收再利用，是未来发展的趋势。但是碳纤维非极性，与大部分塑料不相容，且碳纤维表面相对光滑，塑料和碳纤维接触的表面积较少，影响材料性能，这也是为什么很少有碳纤维增强热塑性塑料市场化的原因。
发明内容
解决的技术问题：针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高力学强度的碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法。
技术方案：本发明提供了四种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，第一种方法包括如下步骤：
S1、开启设置在包覆模具上的超声波发射装置；
S2、将连续碳纤维束的至少一根碳纤维束插入包覆模具中，插入口垂直于挤出机的轴向；
S3、热塑性塑料加入挤出机中挤出，塑料进入包覆模具中，从垂直于挤出机轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽、吹气装置及切粒机制成颗粒。
所述热塑性塑料为PE、PP、PA、PET、ABS的一种或多种组合。
优选地，所述热塑性塑料还添加了由抗氧化剂、偶联剂、相容剂、抗老化剂、颜料、抗静电剂、防霉剂、润滑剂、增塑剂、热稳定剂中的一种或多种组合。
第二种获得碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，包括如下步骤：
S1、开启设置在纤维处理管上的超声波发射装置；
S2、将连续碳纤维束的至少一根碳纤维束插入纤维处理管后，再插入包覆模具中，插入口垂直于挤出机的轴向；
S3、热塑性塑料加入挤出机中挤出，塑料进入包覆模具中，从垂直于挤出机轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽、吹气装置及切粒机制成颗粒。
第三种获得碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，包含如下步骤：
S1、开启分别设置在纤维处理管和包覆模具上的超声波发射装置；
S2、将连续碳纤维束的至少一根碳纤维束插入纤维处理管后，再插入包覆模具中，插入口垂直于挤出机的轴向；
S3、热塑性塑料加入挤出机中挤出，塑料进入包覆模具中，从垂直于挤出机轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽、吹气装置及切粒机制成颗粒。
第四种获得碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，包含如下步骤：
S1、开启设置在挤出机的第五个机筒到第十个机筒上的一个或几个超声波发射装置；
S2、将连续碳纤维束的至少一根碳纤维束从挤出机第四个机筒中插入。
S3、热塑性塑料加入挤出机中挤出，塑料和碳纤维的混合物经过水槽、吹气装置及切粒机制成颗粒。
有益效果：本发明通过在不同的设备上添加超声波发射装置，发射的超声波在碳纤维表面振荡，产生众多细微孔隙，增加碳纤维的比表面积，热塑性塑料更容易浸渍其中，热塑性塑料和碳纤维的接触面积大大增强，从而大大增加塑料的力学强度。
附图说明
图1是本发明第一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法示意图
图2是本发明第二种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法示意图
图3是本发明第三种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法示意图
图4是本发明第四种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法示意图
图中附图标记的含义：1、超声波发射装置，2、包覆模具，3、连续碳纤维束，4、挤出机，5、水槽，6、吹气装置，7、切粒机，8、纤维处理管。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不因此局限于下述实施例，而是由本发明的权利要求书和说明书限定。
实施例1
S1、开启设置在包覆模具上的超声波发射装置；
S2、将连续碳纤维束的三根碳纤维束插入包覆模具中，插入口垂直于挤出机的轴向；
S3、将包括质量分数为93份PP、1份抗氧剂、3份润滑剂、3份马来酸酐接枝PP的塑料混合物加入挤出机中挤出，塑料进入包覆模具中，从垂直于挤出机轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽、吹气装置及切粒机制成颗粒。
实施例2
S1、开启设置在纤维处理管上的超声波发射装置；
S2、将连续碳纤维束的三根碳纤维束插入纤维处理管后，再插入包覆模具中，插入口垂直于挤出机的轴向；
S3、将包括质量分数为93份PP、1份抗氧剂、3份润滑剂、3份马来酸酐接枝PP的塑料混合物加入挤出机中挤出，塑料进入包覆模具中，从垂直于挤出机轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽、吹气装置及切粒机制成颗粒。
实施例3
S1、同时开启分别设置在纤维处理管和包覆模具上的超声波发射装置；
S2、将连续碳纤维束的三根碳纤维束插入纤维处理管后，再插入包覆模具中，插入口垂直于挤出机的轴向；
S3、将包括质量分数为93份PP、1份抗氧剂、3份润滑剂、3份马来酸酐接枝PP的塑料混合物加入挤出机中挤出，塑料进入包覆模具中，从垂直于挤出机轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽、吹气装置及切粒机制成颗粒。
实施例4
S1、同时开启分别设置在挤出机的第六个机筒和第七个机筒的超声波发射装置；
S2、将连续碳纤维束的三根碳纤维束从挤出机第四个机筒中插入。
S3、将包括质量分数为93份PP、1份抗氧剂、3份润滑剂、3份马来酸酐接枝PP的塑料混合物加入挤出机中挤出，塑料和碳纤维的混合物经过水槽、吹气装置及切粒机制成颗粒。
为了更好地说明本发明，比较不同的制备方法之间的优劣，对各实施例采用相同的配方得到的颗粒进行注塑得到标准样条，并采用行业内的标准测试方法对产品进行弯曲强度测试，同时，结合对比例进行比较，对比例为相同配方无超声波处理的相应样条，测试结果见表1。
表1 实施例1-4及对比例测试结果对比
序号 实施例 弯曲强度
1 实施例1 98
2 实施例2 92
3 实施例3 113
4 实施例4 106
5 对比例 86
从表1可见，本发明的各实施例制备出的产品，产品的弯曲强度大大提高，说明超声波改性的产品具有良好的效果。

Claims (6)

1.一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，其特在于，包含如下步骤：
S1、开启设置在包覆模具（2）上的超声波发射装置(1)；
S2、将连续碳纤维束（3）的至少一根碳纤维束插入包覆模具（2）中，插入口垂直于挤出机（4）的轴向；
S3、热塑性塑料加入挤出机（4）中挤出，塑料进入包覆模具（2）中，从垂直于挤出机（4）轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽（5）、吹气装置（6）及切粒机（7）制成颗粒。
2.根据权利要求1所述一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1、开启设置在纤维处理管（8）上的超声波发射装置(1)；
S2、将连续碳纤维束（3）的至少一根碳纤维束插入纤维处理管（8）后，再插入包覆模具（2）中，包覆模具（2）的插入口垂直于挤出机（4）的轴向；
S3、热塑性塑料加入挤出机（4）挤出，塑料进入包覆模具（2）中，从垂直于挤出机（4）轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽（5）、吹气装置（6）及切粒机（7）制成颗粒。
3.根据权利要求1或2所述一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1、开启分别设置在纤维处理管（8）和包覆模具（2）上的超声波发射装置（1）；
S2、将连续碳纤维束（3）的至少一根碳纤维束插入纤维处理管（8）后，再插入包覆模具（1）中，包覆模具（2）的插入口垂直于挤出机（4）的轴向；
S3、热塑性塑料加入挤出机（4）中挤出，塑料进入包覆模具（2）中，从垂直于挤出机（4）轴向的出口挤出塑料与碳纤维的混合物，该混合物经过水槽（5）、吹气装置（6）及切粒机（7）制成颗粒。
4.根据权利要求1或2所述一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1、开启设置在挤出机（4）的第五个机筒到第十个机筒上的一个或几个超声波发射装置（1）；
S2、将连续碳纤维束（3）的至少一根碳纤维束从挤出机（4）第四个机筒中插入；
S3、热塑性塑料加入挤出机（4）中挤出，塑料和碳纤维的混合物经过水槽（5）、吹气装置（6）及切粒机（7）制成颗粒。
5.根据权利要求1-4所述一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，其特征在于：所述热塑性塑料为PE、PP、PA、PET、ABS的一种或多种组合。
6.根据权利要求5所述一种碳纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法，其特征在于：所述热塑性塑料添加了抗氧化剂、偶联剂、相容剂、抗老化剂、颜料、抗静电剂、防霉剂、润滑剂、增塑剂、热稳定剂的一种或多种组合。
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