CN116355225A - 相容剂及其制备方法、以及碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种相容剂及其制备方法、以及碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法，所述相容剂含有环氧基和酰胺基团。本发明通过己内酰胺在不同的缩聚方法下进行聚合而成的不同分子量的聚酰胺低聚物，利用不同的端基进行封端反应可以合成含有不同官能团的聚酰胺低聚物。高分子聚酰胺与聚酰胺低聚物的结构相似，都由酰胺键和亚甲基以及端基组成，其极性相近，相容性较好，可应用于聚酰胺材料中作为一种相容剂使用。通过自制的含有酰胺和环氧基的相容剂(OPAE)与聚酰胺(PA)进行共混，以提高碳纤维与聚酰胺之间的界面性能，使碳纤维易分散，增加聚酰胺与碳纤维之间的结合力。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种相容剂及其制备方法、以及碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺材料通常需要纤维进行填充增强，因碳纤维与热塑性材料的界面相容性较差，且加工分散性差，导致碳纤维增强热塑性复合材料的性能降低，不利于直接使用，需要对材料界面进行修饰。由于环氧树脂的环氧基团的粘附性较强，通常作为玻璃纤维增强热固性复合材料的界面相容剂，但对热塑性材料却达不到理想的效果，因此需要设计一种合理的相容剂应用于碳纤维增强聚酰胺复合材料中。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种相容剂及其制备方法、以及碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法，旨在提供一种使碳纤维与热塑性材料的界面相容性较好的相容剂。
为实现上述目的，本发明提出一种相容剂，所述含有环氧基和酰胺基团。
可选地，所述相容剂的结构简式为：
可选地，所述相容剂的粘均分子量为700～1950。
可选地，所述相容剂的粘均分子量为718、1109、1426、1679、1943之中的一种。
本发明还提出一种如上所述的相容剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将己内酰胺和己二酸混匀，惰性气体保护下，加入水，加热反应，得到混合物；
S2、分离混合物中的产物得到聚酰胺低聚物；
S3、向环氧树脂中加入正丁醇，搅拌溶解，再加入所述聚酰胺低聚物和催化剂，加热反应，得到相容剂。
可选地，步骤S2包括：将所述混合物用水洗涤，干燥，研磨，得到聚酰胺低聚物；和/或，
在步骤S3中，所述催化剂包括N,N-二甲基甲酰胺。
本发明还提出一种碳纤维增强聚酰胺复合材料，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料包括相容剂、聚酰胺和碳纤维，所述相容剂为如上所述的相容剂。
可选地，所述相容剂的质量为所述聚酰胺的质量的5％～25％；和/或，
所述碳纤维的质量为所述聚酰胺的质量的15～25％。
本发明还提出一种如上所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：在加热条件下，将相容剂与所述聚酰胺混合，搅拌均匀，加入碳纤维，共混造粒，烘干后注塑成型，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料。
可选地，所述加热的温度为180～220℃；和/或，
所述注塑成型的温度为220～250℃。
本发明提供的技术方案中，所述相容剂与高分子聚酰胺的结构相似，都由酰胺键和亚甲基以及端基组成，其极性相近，相容性较好，该相容剂应用于聚酰胺材料中，可以增强碳纤维与聚酰胺材料的界面相容性。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为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的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例11-13的碳纤维复合材料的拉伸强度图；
图2为本发明实施例11-13的碳纤维复合材料的模量图；
图3为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料的拉伸强度的影响图；
图4为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料的模量的影响图；
图5为本发明实施例11-13的含有不同相容剂的碳纤维复合材料的冲击强度(1)图；
图6为本发明实施例11-13的含有不同相容剂的碳纤维复合材料的冲击强度(2)图；
图7为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料冲击强度的影响(1)图；
图8为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料冲击强度的影响(2)图；
图9为本发明实施例11-13的不同碳纤维复合材料的弯曲强度图；
图10为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料弯曲强度的影响图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。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。
聚酰胺材料通常需要纤维进行填充增强，因碳纤维与热塑性材料的界面相容性较差，且加工分散性差，导致碳纤维增强热塑性复合材料的性能降低，不利于直接使用，需要对材料界面进行修饰。由于环氧树脂的环氧基团的粘附性较强，通常作为玻璃纤维增强热固性复合材料的界面相容剂，但对热塑性材料却达不到理想的效果，因此需要设计一种合理的相容剂应用于碳纤维增强聚酰胺复合材料中。
鉴于此，本发明提出一种相容剂，旨在解决碳纤维与热塑性材料的界面相容性较差的问题。本发明附图中，图1为本发明实施例11-13的碳纤维复合材料的拉伸强度图；图2为本发明实施例11-13的碳纤维复合材料的模量图；图3为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料的拉伸强度的影响图；图4为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料的模量的影响图；图5为本发明实施例11-13的含有不同相容剂的碳纤维复合材料的冲击强度(1)图；图6为本发明实施例11-13的含有不同相容剂的碳纤维复合材料的冲击强度(2)图；图7为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料冲击强度的影响(1)图；图8为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料冲击强度的影响(2)图；图9为本发明实施例11-13的不同碳纤维复合材料的弯曲强度图；图10为本发明实施例14-18的相容剂的添加量对碳纤维复合材料弯曲强度的影响图。
本发明提出一种相容剂，所述相容剂含有环氧基和酰胺基团。
本发明提供的技术方案中，所述相容剂与高分子聚酰胺的结构相似，都由酰胺键和亚甲基以及端基组成，其极性相近，相容性较好，该相容剂应用于聚酰胺材料中，可以增强碳纤维与聚酰胺材料的界面相容性。
可以理解的是，聚合物材料是指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量的化合物。于本实施例中，所述相容剂的结构简式为：
所述相容剂为聚合物，其分子量由反应合成的时间所决定。
进一步地，于本实施例中，所述相容剂的粘均分子量为700～1950，通过控制聚合物合成的反应时间，得到符合要求的相容剂。
于本实施例中，进一步地，在不同的具体反应时间下，得到不同分子量的相容剂，所述相容剂的粘均分子量为718、1109、1426、1679、1943之中的一种，这些分子量的相容剂应用于聚酰胺材料中，可以增加聚酰胺与碳纤维之间的结合力。
本发明还提出一种相容剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将己内酰胺和己二酸混匀，惰性气体保护下，加入水，加热反应，得到混合物；
于本步骤中，取一定量的己内酰胺在60℃下真空干燥后，加入250mL的四口瓶中，再加入少量的己二酸，氮气保护下，再加入少量的去离子水，升高温度至100℃，待原料完全溶解后继续搅拌使己内酰胺开环，最后升温至260℃，同时通过通入氮气除去过量的水分。本步骤的合成示意图如下所示：
S2、分离混合物中的产物得到聚酰胺低聚物；
在本步骤中，待反应时间到达后，降温至120℃，加入过量的去离子水，搅拌使产物分散于水中，趁热进行减压抽滤，用去离子洗涤数次，再在恒温干燥箱中110℃干燥24h，研磨制得聚酰胺低聚物(OPA)待用。不同分子量的聚酰胺低聚物以OPA-01、OPA-02、OPA-03、OPA-04、OPA-05为编号，不同编号对应的OPA的分子量，如表1和表2所示。
表1OPA产物编号
表2不同OPA的分子量
S3、向环氧树脂中加入正丁醇，搅拌溶解，再加入所述聚酰胺低聚物和催化剂，加热反应，得到相容剂。
于本步骤中，取适量的环氧树脂(E44)于三口烧瓶中，加入一定量的正丁醇进行搅拌和超声溶解，再加入一定量的OPA粉末和少量的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)催化剂，进行搅拌分散，升高体系温度至130℃，反应8小时，得到相容剂。制备示意图如下：
不同分子量的含有环氧和酰胺基团的相容剂以OPAE-01、OPAE-02、OPAE-03、OPAE-04、OPAE-05为编号，如表3所示。
表3OPAE的产物编号
本发明通过己内酰胺在不同的缩聚方法下进行聚合而成的不同分子量的聚酰胺低聚物，利用不同的端基进行封端反应可以合成含有不同官能团的聚酰胺低聚物。高分子聚酰胺与聚酰胺低聚物的结构相似，都由酰胺键和亚甲基以及端基组成，其极性相近，相容性较好，可应用于聚酰胺材料中作为一种相容剂使用。
本发明还提出一种碳纤维增强聚酰胺复合材料，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料包括相容剂、聚酰胺和碳纤维，所述相容剂为如上所述的相容剂，因碳纤维与热塑性材料的界面相容性较差，且加工分散性差，导致碳纤维增强热塑性复合材料的性能降低，不利于直接使用，需要对材料界面进行修饰，本发明所制备的相容剂应用于碳纤维聚酰胺复合材料，可以较好的提高碳纤维与聚酰胺材料的界面相容性。
添加不同量的相容剂对碳纤维复合材料的性能有影响，于本实施例中，所述相容剂的质量为所述聚酰胺的质量的5％～25％；所述碳纤维的质量为所述聚酰胺的质量的15～25％。
本发明还提出一种碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：在加热条件下，将相容剂与所述聚酰胺混合，搅拌均匀，加入碳纤维，共混造粒，烘干后注塑成型，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料。
于本步骤中，采用双螺杆挤出机，温度设置为180～220℃。将相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混(相容剂的质量为所述聚酰胺的质量的5％～25％)，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以20％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为250℃、240℃、220℃；其余参数均与PA6的注射参数一致。将其碳纤维复合材料分别命名为OPAE-CF、OPAE-CF-01、OPAE-CF-02、OPAE-CF-03、OPAE-CF-04和OPAE-CF-05。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种相容剂，所述相容剂含有环氧基和酰胺基团，所述相容剂的粘均分子量为718。
实施例2
一种相容剂，所述相容剂含有环氧基和酰胺基团，所述相容剂的粘均分子量为1109。
实施例3
一种相容剂，所述相容剂含有环氧基和酰胺基团，所述相容剂的粘均分子量为1426。
实施例4
一种相容剂，所述相容剂含有环氧基和酰胺基团，所述相容剂的粘均分子量为1679。
实施例5
一种相容剂，所述相容剂含有环氧基和酰胺基团，所述相容剂的粘均分子量为1943。
实施例6
取一定量的己内酰胺在60℃下真空干燥后，加入250mL的四口瓶中，再加入少量的己二酸，氮气保护下，再加入少量的去离子水，升高温度至100℃，待原料完全溶解后继续搅拌使己内酰胺开环，最后升温至260℃，同时通过通入氮气除去过量的水分。
待反应1h后，降温至120℃，加入过量的去离子水，搅拌使产物分散于水中，趁热进行减压抽滤，用去离子洗涤数次，再在恒温干燥箱中110℃干燥24h，研磨制得聚酰胺低聚物(OPA)待用。
取适量的环氧树脂(E44)于三口烧瓶中，加入一定量的正丁醇进行搅拌和超声溶解，再加入一定量的OPA粉末和少量的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)催化剂，进行搅拌分散，升高体系温度至130℃，反应8小时，得到实施例1中的相容剂。
实施例7
取一定量的己内酰胺在60℃下真空干燥后，加入250mL的四口瓶中，再加入少量的己二酸，氮气保护下，再加入少量的去离子水，升高温度至100℃，待原料完全溶解后继续搅拌使己内酰胺开环，最后升温至260℃，同时通过通入氮气除去过量的水分。
待反应2h后，降温至120℃，加入过量的去离子水，搅拌使产物分散于水中，趁热进行减压抽滤，用去离子洗涤数次，再在恒温干燥箱中110℃干燥24h，研磨制得聚酰胺低聚物(OPA)待用。
取适量的环氧树脂(E44)于三口烧瓶中，加入一定量的正丁醇进行搅拌和超声溶解，再加入一定量的OPA粉末和少量的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)催化剂，进行搅拌分散，升高体系温度至130℃，反应8小时，得到实施例2中的相容剂。
实施例8
取一定量的己内酰胺在60℃下真空干燥后，加入250mL的四口瓶中，再加入少量的己二酸，氮气保护下，再加入少量的去离子水，升高温度至100℃，待原料完全溶解后继续搅拌使己内酰胺开环，最后升温至260℃，同时通过通入氮气除去过量的水分。
待反应3h后，降温至120℃，加入过量的去离子水，搅拌使产物分散于水中，趁热进行减压抽滤，用去离子洗涤数次，再在恒温干燥箱中110℃干燥24h，研磨制得聚酰胺低聚物(OPA)待用。
取适量的环氧树脂(E44)于三口烧瓶中，加入一定量的正丁醇进行搅拌和超声溶解，再加入一定量的OPA粉末和少量的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)催化剂，进行搅拌分散，升高体系温度至130℃，反应8小时，得到实施例3中的相容剂。
实施例9
取一定量的己内酰胺在60℃下真空干燥后，加入250mL的四口瓶中，再加入少量的己二酸，氮气保护下，再加入少量的去离子水，升高温度至100℃，待原料完全溶解后继续搅拌使己内酰胺开环，最后升温至260℃，同时通过通入氮气除去过量的水分。
待反应4h后，降温至120℃，加入过量的去离子水，搅拌使产物分散于水中，趁热进行减压抽滤，用去离子洗涤数次，再在恒温干燥箱中110℃干燥24h，研磨制得聚酰胺低聚物(OPA)待用。
取适量的环氧树脂(E44)于三口烧瓶中，加入一定量的正丁醇进行搅拌和超声溶解，再加入一定量的OPA粉末和少量的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)催化剂，进行搅拌分散，升高体系温度至130℃，反应8小时，得到实施例4中的相容剂。
实施例10
取一定量的己内酰胺在60℃下真空干燥后，加入250mL的四口瓶中，再加入少量的己二酸，氮气保护下，再加入少量的去离子水，升高温度至100℃，待原料完全溶解后继续搅拌使己内酰胺开环，最后升温至260℃，同时通过通入氮气除去过量的水分。
待反应5h后，降温至120℃，加入过量的去离子水，搅拌使产物分散于水中，趁热进行减压抽滤，用去离子洗涤数次，再在恒温干燥箱中110℃干燥24h，研磨制得聚酰胺低聚物(OPA)待用。
取适量的环氧树脂(E44)于三口烧瓶中，加入一定量的正丁醇进行搅拌和超声溶解，再加入一定量的OPA粉末和少量的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)催化剂，进行搅拌分散，升高体系温度至130℃，反应8小时，得到实施例5中的相容剂。
实施例11
采用双螺杆挤出机，温度设置为180℃。将实施例1中的相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混，相容剂的质量为聚酰胺的质量的15％，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以20％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为250℃；其余参数均与PA6的注射参数一致，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-CF-01。
实施例12
采用双螺杆挤出机，温度设置为180℃。将实施例2中的相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混，相容剂的质量为聚酰胺的质量的15％，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以20％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为240℃；其余参数均与PA6的注射参数一致，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-CF-02。
实施例13
采用双螺杆挤出机，温度设置为180℃。将实施例3中的相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混，相容剂的质量为聚酰胺的质量的15％，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以20％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为220℃；其余参数均与PA6的注射参数一致，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-CF-03。
实施例14
采用双螺杆挤出机，温度设置为180℃。将实施例1中的相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混，相容剂的质量为聚酰胺的质量的5％，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以20％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为250℃；其余参数均与PA6的注射参数一致，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-01-CF-5。
实施例15
采用双螺杆挤出机，温度设置为180℃。将实施例1中的相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混，相容剂的质量为聚酰胺的质量的10％，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以20％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为250℃；其余参数均与PA6的注射参数一致，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-01-CF-10。
实施例16
采用双螺杆挤出机，温度设置为180℃。将实施例1中的相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混，相容剂的质量为聚酰胺的质量的15％，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以25％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为250℃；其余参数均与PA6的注射参数一致，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-01-CF-15。
实施例17
采用双螺杆挤出机，温度设置为180℃。将实施例1中的相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混，相容剂的质量为聚酰胺的质量的20％，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以20％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为250℃；其余参数均与PA6的注射参数一致，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-01-CF-20。
实施例18
采用双螺杆挤出机，温度设置为180℃。将实施例1中的相容剂与聚酰胺PA6在进料口进行共混，相容剂的质量为聚酰胺的质量的25％，待搅拌均匀后投入进料口中。因碳纤维在加工过程易断裂，为减少在加工过程的磨损，将碳纤维的加料选用侧喂料口进料，减少纤维与螺杆的摩擦；同时考虑到碳纤维在加工过程中分散性的问题，因此将侧喂料的位置选定为中间位置五区。将碳纤维以20％的含量与聚酰胺进行共混造粒后烘干，再注塑成型，注射温度为250℃；其余参数均与PA6的注射参数一致，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-01-CF-25。
对比例19
不含相容剂，其他步骤与实施例11相同，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料OPAE-CF。
测试方法及结果
碳纤维复合材料的力学性能
按理论含量为20％的不同碳纤维与聚酰胺进行共混改性，制备出不同的碳纤维增强聚酰胺复合材料，测试了其样品的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，测试实施例11-13中含有不同相容剂的碳纤维复合材料的拉伸强度，得图1、图2。
从图1、图2中可以发现，OPAE-CF-01的拉伸性能最大，强度为135MPa，而未含相容剂的OPAE-CF的拉伸性能最低，强度为115MPa，且偏差值较大，总体提高了17.4％，说明相容剂增加了聚酰胺和碳纤维之间的结合力。从拉伸模量来看，OPAE-CF-01复合材料的拉伸模量较PA-CF提高了16.7％，同样从伸长率角度看，PA-CF的伸长率最低，而添加相容剂后的伸长率有所提高。
测试实施例14-18中添加不同量的OPAE-01相容剂对碳纤维复合材料拉伸性能的影响，得图3、图4。
从图3、图4中可以看出，当添加量为15％时，拉伸强度和模量为最高。当相容剂的添加量不足时，相容剂大多分散在聚酰胺树脂中，未能与碳纤维相结合，因此力学性能提升不明显。当相容剂的添加量，树脂体系中的环氧树脂相对含量增加，导致体系的力学性能略微降低，与未添加相容剂的复合材料相比，相容剂能有效提升碳纤维与聚酰胺树脂间的结合力。
测试实施例11-18中不同碳纤维复合材料的冲击强度，得图5-图8。
从图5、图6中可以看出，添加相容剂后的碳纤维复合材料的吸收能较未添加的大，即缺口冲击强度和无缺口冲击强度均高，其中OPAE-CF-01复合材料的吸收能最大，缺口冲击强度为8.74kJ/m2，提高了16％，无缺口冲击强度为56.25kJ/m2，提高了21％；而其余两组的冲击强度也有所提高，只是提高幅度不大。因此，相容剂能有效提高碳纤维增强聚酰胺复合材料的冲击韧性。图7、图8是添加不同量的OPAE-01相容剂对碳纤维复合材料冲击强度的影响。其结果与拉伸性能类似，其中添加15％的相容剂时，复合材料的冲击强度最高。
测试实施例11-18中添加相容剂的碳纤维复合材料的弯曲强度，得图9-10。
由图9可知，添加相容剂的碳纤维复合材料的弯曲强度有所提高，其中OPAE-CF-01的弯曲强度为214MPa，较PA-CF的弯曲强度高38MPa，提高了21.7％；而其余两组的强度略有提高。弯曲强度提高的原因可能是界面性能的提高，基体在受弯曲剪切的作用下，通过界面作用，将作用力传递到碳纤维上。图10是添加不同量的OPAE-01相容剂对碳纤维复合材料弯曲强度的影响，当添加15％的OPAE-01相容剂时，其弯曲强度最优。
综上所述，本发明所制备的相容剂应用于碳纤维增强聚酰胺复合材料中，具有优良的性能，其中相容剂的含量对其性能有影响，当相容剂添加量为15％时，拉伸强度和模量为最高。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种相容剂，其特征在于，所述相容剂含有环氧基和酰胺基团。
2.如权利要求1所述的相容剂，其特征在于，所述相容剂的结构简式为：
3.如权利要求2所述的相容剂，其特征在于，所述相容剂的粘均分子量为700～1950。
4.如权利要求3所述的相容剂，其特征在于，所述相容剂的粘均分子量为718、1109、1426、1679、1943之中的一种。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的相容剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将己内酰胺和己二酸混匀，惰性气体保护下，加入水，加热反应，得到混合物；
S2、分离混合物中的产物得到聚酰胺低聚物；
S3、向环氧树脂中加入正丁醇，搅拌溶解，再加入所述聚酰胺低聚物和催化剂，加热反应，得到相容剂。
6.如权利要求5所述的相容剂的制备方法，其特征在于，步骤S2包括：将所述混合物用水洗涤，干燥，研磨，得到聚酰胺低聚物；和/或，
在步骤S3中，所述催化剂包括N,N-二甲基甲酰胺。
7.一种碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料包括相容剂、聚酰胺和碳纤维，所述相容剂为如权利要求1至4任一项所述的相容剂。
8.如权利要求7所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于，所述相容剂的质量为所述聚酰胺的质量的5％～25％；和/或，
所述碳纤维的质量为所述聚酰胺的质量的15～25％。
9.一种如权利要求7或8所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在加热条件下，将相容剂与所述聚酰胺混合，搅拌均匀，加入碳纤维，共混造粒，烘干后注塑成型，得到碳纤维增强聚酰胺复合材料。
10.如权利要求9所述的碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为180～220℃；和/或，
所述注塑成型的温度为220～250℃。
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