CN115785569A - 一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域，所述一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其原料按照重量百分比计为：37‑69％聚丙烯、10‑30％碳纤维、5‑10％空心玻璃微珠、5‑10％云母、5‑10％相容剂、0.3‑0.8％抗氧剂、0.2‑0.6％成核剂、0.2‑0.6％润滑剂、0.3‑1％炭黑。本发明通过云母、空心玻璃微珠和成核剂复配使用，在保证其优异性能的同时，显著降低了碳纤维在聚丙烯基体烘沿流动方向和垂直流动方向制件的取向差异，达到改善材料制件翘曲变形的问题。

Description

一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体是一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维因具有高强度、高模量、密度小等优点受到人们广泛关注，在复合材料中被用作增强体并广泛应用。聚丙烯是一种被应用广泛的热塑性塑料，密度低，无毒无污染，价格低廉，一直作为人们研究的热点材料之一。

碳纤维是一种长径比很高的材料，在增强聚丙烯材料的使用时，其流动相和垂直流动相的取向存在很大的差异，制这种显著的各项异性差异导致产品制件很容易产生翘曲变形的问题，作为结构件材料，限制了PP应用领域的进一步拓展。当前，解决聚丙烯和碳纤维体系各项异性还没有较多的研究，因此本专利提出一种改善方案，旨在保证该复合材料在满足正常使用的情况下，解决制件翘曲变形的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，通过在聚丙烯和玻璃纤维体系中引入云母、空心玻璃微珠和成核剂，达到降低翘曲变形的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，所述原料按照重量百分比计为：

进一步地，所述聚丙烯选自常规聚丙烯中的一种，所述常规聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为10～90g/10mi n。

进一步地，所述碳纤维选取要求为：上浆剂含量在5％-10％，直径5-15微米。

进一步地，所述空心玻璃微珠要求为：真密度在0.20-0.40g/cm3，粒径在10-80μm之间。

进一步地，所述云母要求为：粒径(D50)5-15μm；S iO2含量在50-70％。

进一步地，所述成核剂选自β型成核剂。

进一步地，所述相容剂选自环氧类、羧酸类、酸酐类相容剂中的一种或多种。

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多种。

进一步地，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的一种或多种。

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：

S1、按照一定的配料比将聚丙烯、云母、相容剂、抗氧剂、成核剂、润滑剂和炭黑放入搅拌机中进行充分混合；

S2、将步骤S1中的混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照一定的配料比将碳纤维和空心玻璃微珠通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入到双螺杆挤出机中；

S3、将S1中的混合物和碳纤维、空心玻璃微珠在双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒，最后经过干燥即可制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料。

本发明的有益效果：

本发明通过云母、空心玻璃微珠和成核剂复配使用，在保证聚丙烯复合材料优异性能的同时，显著降低了碳纤维在聚丙烯基体烘沿流动方向和垂直流动方向制件的取向差异，从而达到改善材料制件翘曲变形的问题。

附图说明

图1为本发明的碳纤维增强聚丙烯复合材料制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合实施例和对比例对本发明作进一步的说明。可以理解的是，以下原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。

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：

S1、按照一定的配料比将聚丙烯、云母、相容剂、抗氧剂、成核剂、润滑剂和炭黑放入搅拌机中进行充分混合；

S2、将步骤S1中的混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照一定的配料比将碳纤维和空心玻璃微珠通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入到双螺杆挤出机中；

S3、将S1中的混合物和碳纤维、空心玻璃微珠在双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒，最后经过干燥即可制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料。

其中：双螺杆挤出机的料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/mi n，真空度为-0.04～0.1MPa，干燥温度为85±5℃，时间为2～4h。

实施例1

S1、按照重量百分比选取73.5％聚丙烯、5％相容剂、0.5％抗氧剂、0.5％润滑剂和0.5％炭黑放入搅拌机中进行充分混合；

S2、将步骤S1中的混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照重量百分比选取20％碳纤维通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入到双螺杆挤出机中；

S3、将S1中的混合物和碳纤维、空心玻璃微珠在双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒，最后经过干燥即可制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料，所述双螺杆挤出机的料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/mi n，真空度为-0.04～0.1MPa；所述挤出颗粒的干燥温度为85±5℃，时间为2～4h。

实施例2

S1、按照重量百分比选取68％聚丙烯、5％相容剂、0.5％抗氧剂、0.5％成核剂、0.5％润滑剂和0.5％炭黑放入搅拌机中进行充分混合；

S2、将步骤S1中的混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照重量百分比选取20％碳纤维通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入到双螺杆挤出机中；

S3、将S1中的混合物和碳纤维、空心玻璃微珠在双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒，最后经过干燥即可制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料，所述双螺杆挤出机的料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/mi n，真空度为-0.04～0.1MPa；所述挤出颗粒的干燥温度为85±5℃，时间为2～4h。

实施例3

S1、按照重量百分比选取68.5％聚丙烯、5％云母、5％相容剂、0.5％抗氧剂、0.5％润滑剂和0.5％炭黑放入搅拌机中进行充分混合；

S2、将步骤S1中的混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照重量百分比选取20％碳纤维通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入到双螺杆挤出机中；

S3、将S1中的混合物和碳纤维、空心玻璃微珠在双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒，最后经过干燥即可制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料，所述双螺杆挤出机的料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/mi n，真空度为-0.04～0.1MPa；所述挤出颗粒的干燥温度为85±5℃，时间为2～4h。

对比例1

S1、按照重量百分比选取63.5％聚丙烯、5％相容剂、0.5％抗氧剂、0.5％润滑剂和0.5％炭黑放入搅拌机中进行充分混合；

S2、将步骤S1中的混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照重量百分比选取20％碳纤维和5％空心玻璃微珠通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入到双螺杆挤出机中；

S3、将S1中的混合物和碳纤维、空心玻璃微珠在双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒，最后经过干燥即可制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料，所述双螺杆挤出机的料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/mi n，真空度为-0.04～0.1MPa；所述挤出颗粒的干燥温度为85±5℃，时间为2～4h。

对比例2

S1、按照重量百分比选取63％聚丙烯、5％云母、5％相容剂、0.5％抗氧剂、0.5％成核剂、0.5％润滑剂和0.5％炭黑放入搅拌机中进行充分混合；

S2、将步骤S1中的混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照重量百分比选取20％碳纤维和5％空心玻璃微珠通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入到双螺杆挤出机中；

S3、将S1中的混合物和碳纤维、空心玻璃微珠在双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒，最后经过干燥即可制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料，所述双螺杆挤出机的料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/mi n，真空度为-0.04～0.1MPa；所述挤出颗粒的干燥温度为85±5℃，时间为2～4h。

将实施例1-3和对比例1-2中聚丙烯复合材料的组分及配比(重量百分比％)进行汇总，汇总结果如表1所示:

配方组成	对比例1	实施例1	实施例2	对比例例1	对比例2
						聚丙烯	73.5	68	68.5	63.5	63
碳纤维	20	20	20	20	20
						云母	/	/	5	/	5
空心玻璃微珠	/	/	/	5	5
						相容剂(CA100)	5	5	5	5	5
抗氧剂1010	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
						成核剂(NA-11)	/	0.5	/	/	0.5
润滑剂(硬脂酸钙)	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
						炭黑	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5

表1实施例1-3和对比例1-2中聚丙烯复合材料的组分及配比(重量百分比％)

将实施例1-3以及对比例1-2制得的聚丙烯材料进行性能测试，测试标准和测试结果如表2所示：

表2实施例1-3和对比例1-2中高聚丙烯复合材料的性能测试结果

注：本专利采用流动相和垂直流动相的收缩率差值来表征制件的翘曲变形程度，差值越大，翘曲变形越严重。

将对比例1-2和实施例1-3的测试结果进行比较，能够看出，制备时如果在原料中同时加入空心玻璃微珠、云母和成核剂，则制备出的聚丙烯复合材料的收缩率差值明显小于没有加入空心玻璃微珠、云母和成核剂制备出的聚丙烯复合材料的收缩率差值，表示加入空心玻璃微珠、云母和成核剂后制备出的聚丙烯复合材料翘曲变性程度得到明显改善。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述原料按照重量百分比计为：

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯选自常规聚丙烯中的一种，所述常规聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为10～90g/10min。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述碳纤维选取要求为：上浆剂含量在5％-10％，直径5-15微米。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠要求为：真密度在0.20-0.40g/cm3，粒径在10-80μm之间。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述云母要求为：粒径(D50)5-15μm；SiO2含量在50-70％。

6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，所述成核剂选自β型成核剂。

7.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂选自环氧类、羧酸类、酸酐类相容剂中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，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多种。

9.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的一种或多种。

10.根据权利要求1-9所述的任一一种碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1、按照一定的配料比将聚丙烯、云母、相容剂、抗氧剂、成核剂、润滑剂和炭黑放入搅拌机中进行充分混合；

S2、将步骤S1中的混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中，按照一定的配料比将碳纤维和空心玻璃微珠通过双螺杆挤出机的侧喂料口加入到双螺杆挤出机中；

S3、将S1中的混合物和碳纤维、空心玻璃微珠在双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒，最后经过干燥即可制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料。

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