CN113045900A - 一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，包括如下重量份数的物质：连续碳纤维5‑65份、聚苯硫醚树脂30‑95份，界面改性剂0.3‑10份，加工改性剂0.3‑1份。本发明制备的复合材料利用碳纤维处理工艺和界面改性剂有效改善了连续碳纤维与聚苯硫醚树脂之间的界面结合性能，制备得到了高强度、耐热的连续碳纤维/聚苯硫醚复合材料，在航天、军工、交通车辆、体育用品行业应用前景优良。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维聚苯硫醚复合材料领域，具体地说是一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。
背景技术
碳纤维增强聚苯硫醚材料，目前通常采用对聚苯硫醚树脂进行改性或对碳纤维表面上浆处理等方法来增强碳纤维与聚苯硫醚的界面结合强度。
文献《ImprovementofMechanicalPropertiesofPolyphenyleneSulfide/CarbonFiberCompositesModifiedbyAminatedReinforcement》，HRui，KZhang，...MaterialsScienceForum(2015)，采用不同质量分数的氨化聚苯硫醚对碳纤维增强聚苯硫醚复合材料进行改性，含7wt％PPS-NH2的PPS/CF复合材料的的拉伸强度提高了12.5％。
塑料工业,2013(01)，P100，报道了通过耐高温性的环氧树脂引入CF增强的PPS复合材料的界面中改善界面,提高CF增强聚苯硫醚复合材料性能。
然而，上述现有方法通过对碳纤维进行处理，虽然在一定程度上提高了CF/聚苯硫醚复合材料的力学性能，但碳纤维表面惰性太强，普通改性剂与其反应的活性很低；同时，聚苯硫醚也是极性较弱的材料，端基反应活性低。所以，其报道的碳纤维聚苯硫醚增强材料强度提升仍然不尽人意，不能满足军工航天领域对材料高强度的特殊要求，需要进一步改进。
发明内容
本发明提供一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，包括如下重量份数的物质：连续碳纤维5-65份、聚苯硫醚树脂30-95份，界面改性剂0.3-10份，加工改性剂0.3-1份。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的聚苯硫醚树脂为带有大量羧基端基的线性宽分子量分布的聚苯硫醚树脂。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的聚苯硫醚树脂为末端基含有巯基或羧基的下列结构的聚苯硫醚树脂。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的聚苯硫醚树脂在树脂合成反应后期经过乙酸处理，从而使苯硫醚树脂带有带有大量羧基端基。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的界面改性剂为带有NCO异氰酸酯基化合物。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的界面改性剂为TDI和MDI其中的任意一种。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的MDI，二苯基甲烷二异氰酸酯，有4,4-MDI，2,4-MDI，2,2-MDI异构体，以及改性MDI，MDI低聚物等。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的TDI，甲苯二异氰酸酯，有2,4-TDI，2,6-TDI异构体。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其制备方法包括如下步骤：
步骤一：连续碳纤维经等离子体处理，牵引至混流板；
步骤二：聚苯硫醚树脂、界面改性剂、加工助剂混合均匀，通过喂料设备进入挤出机熔融混合，引入混流板；
步骤三：将步骤二得到的熔体经混流板与碳纤维混合，牵引造粒，得到连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其制备方法包括如下步骤：
步骤一：连续碳纤维经等离子体处理，牵引至界面改性剂预浸池，反应后引入混流板；
步骤二：聚苯硫醚树脂、加工助剂混合均匀，通过喂料设备进入挤出机熔融混合，引入混流板；
步骤三：将步骤二得到的熔体经混流板与碳纤维混合，牵引造粒，得到连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的等离子处理技术包括但不限于电晕放电、辉光放电、常压等离子矩、介质阻挡放电等，介质包括但不限于氧气、空气、氮气、氩气等气体。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的步骤一中连续碳纤维的等离子体处理方式为电晕处理。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的电晕处理的条件为：采用面或点放电处理技术，电压5-100KV，放电处理时间0.01-30s，碳纤维丝层数1-10层。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的挤出机从温度从加料段到机头温度共有7段，分别为285,290,300,320,320,320,320℃。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的混流板温度330℃。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的步骤一中界面改性剂预浸温度90-110℃，预浸时间0.5-10s。
如上所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，所述的。
本发明的优点是：
1、本发明制备的复合材料利用碳纤维处理工艺和界面改性剂有效改善了连续碳纤维与聚苯硫醚树脂之间的界面结合性能，制备得到了高强度、耐热的连续碳纤维/聚苯硫醚复合材料，在航天、军工、交通车辆、体育用品行业应用前景优良。
2、碳纤维的表面反应活性极低，其固有的疏水性和化学惰性制约了碳纤维复合材料的界面性能，普通化学氧化或上浆处理并不能显著改善其表面活性。而等离子体表面处理技术通过刻蚀、清洁以及引入表面活性基团等作用，较好地解决了碳纤维表面与树脂基体的界面结合，提高了碳纤维复合材料的性能。经过等离子体表面处理后的碳纤维表面存在大量的羧基、酯基活性基团或自由基，但随着时间的延长活性基团会消逝或活性降低，不能长久保持。
3、碳纤维的表面反应活性极低，其固有的疏水性和化学惰性制约了碳纤维复合材料的界面性能，普通化学氧化或上浆处理并不能显著改善其表面活性。而等离子体表面处理技术通过刻蚀、清洁以及引入表面活性基团等作用，较好地解决了碳纤维表面与树脂基体的界面结合，提高了碳纤维复合材料的性能。经过等离子体表面处理后的碳纤维表面存在大量的羧基、酯基活性基团或自由基。可广泛应用于导电、导热、压电、抗辐射、吸波、隐身、电磁屏蔽、抗激光和微波软打击等领域的产品中。产品涵盖具有高强度、耐高温、阻燃、耐腐蚀、耐辐射、耐疲劳的注塑、挤出、层压等产品部件，应用于舰船、兵器、飞机、雷达、火箭等受力、耐热结构件和各类隔热垫、耐腐蚀、耐辐射板、绝缘材料等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明界面改性剂直接添加法的流程图；
图2是本发明界面改性剂碳纤维预浸法的流程图；
图3是本发明实施例1的性能检测报告之一；
图4是本发明实施例1的性能检测报告之二；
图5是本发明实施例1的性能检测报告之三；
图6是本发明实施例2的性能检测报告之一；
图7是本发明实施例2的性能检测报告之二；
图8是本发明实施例2的性能检测报告之三；
图9是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的部分物质分子式；
图10是甲苯二异氰酸酯(TDI)的部分物质分子式；
图11是聚苯硫醚端基与异氰酸酯基化合物的反应式；
图12是碳纤维(CF)表面活性基团与异氰酸酯基化合物的反应式。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
界面改性剂直接添加法
连续碳纤维经等离子体处理，牵引至混流板；
聚苯硫醚/界面改性剂/加工助剂混合均匀，通过喂料设备进入挤出机熔融混合，引入混流板；
熔体经混流板与碳纤维混合，牵引造粒，得到连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。
其中，挤出温度从加料段到机头温度共有7段，分别为285,290,300,320,320,320,320℃，混流板温度330℃。
实施例2
界面改性剂碳纤维预浸法
连续碳纤维经等离子体处理，牵引至界面改性剂预浸池，反应后引入混流板；
聚苯硫醚/加工助剂混合均匀，通过喂料设备进入挤出机熔融混合，引入混流板；
熔体经混流板与碳纤维混合，牵引造粒，得到连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。
其中，挤出温度从加料段到机头温度共有7段，分别为285,290,300,320,320,320,320℃，混流板温度330℃。
其中，界面改性剂预浸温度90-110℃，预浸时间0.5-10s。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：包括如下重量份数的物质：连续碳纤维5-65份、聚苯硫醚树脂30-95份，界面改性剂0.3-10份，加工改性剂0.3-1份。
2.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的聚苯硫醚树脂为带有大量羧基端基的线性宽分子量分布的聚苯硫醚树脂。
3.根据权利要求2所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的聚苯硫醚树脂在树脂合成反应后期经过乙酸处理，从而使苯硫醚树脂带有带有大量羧基端基。
4.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的界面改性剂为带有NCO异氰酸酯基化合物。
5.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的界面改性剂为TDI和MDI其中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：
步骤一：连续碳纤维经等离子体处理，牵引至混流板；
步骤二：聚苯硫醚树脂、界面改性剂、加工助剂混合均匀，通过喂料设备进入挤出机熔融混合，引入混流板；
步骤三：将步骤二得到的熔体经混流板与碳纤维混合，牵引造粒，得到连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。
7.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：
步骤一：连续碳纤维经等离子体处理，牵引至界面改性剂预浸池，反应后引入混流板；
步骤二：聚苯硫醚树脂、加工助剂混合均匀，通过喂料设备进入挤出机熔融混合，引入混流板；
步骤三：将步骤二得到的熔体经混流板与碳纤维混合，牵引造粒，得到连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。
8.根据权利要求6或7所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：
所述的步骤一中连续碳纤维的等离子体处理方式为电晕处理；
所述的电晕处理的条件为：采用面或点放电处理技术，电压5-100KV，放电处理时间0.01-30s，碳纤维丝层数1-10层。
9.根据权利要求6或7所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：
所述的挤出机从温度从加料段到机头温度共有7段，分别为285,290,300,320,320,320,320℃；
所述的混流板温度330℃。
10.根据权利要求7所述的一种连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的步骤一中界面改性剂预浸温度90-110℃，预浸时间0.5-10s。
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