[发明专利]一种马来酸酐接枝改性碳纤维/聚酰胺/聚丙烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种马来酸酐接枝改性碳纤维/聚酰胺/聚丙烯复合材料的制备方法，该材料用于制作汽车保险杠。

背景技术

随着科技进步，复合材料的应用、纤维增强热塑性塑料等新材料的不断开发，汽车外观及零部件塑化是不可逆转的发展趋势，它在提高汽车效能、美观及轻量化的市场需求中扮演愈来愈重要的角色，因此塑料在汽车领域的应用不断扩大。由于汽车零部件的质量直接影响整车的性能，所以提高材料性能与零部件的质量，已是开发应用的当务之急。随着汽车用塑料由内饰件向结构件、功能件的发展和汽车负荷的增大，单一塑料已无法满足高应力件、高温件和外板等部件的使用要求，开发力学强度高、综合性能好、耐热性与耐久性优良、寿命长及可靠性好的功能型工程塑料已成燃眉之急。

汽车保险杠是TPE(热塑性弹性体)的重要应用领域，其中又以TPO(热塑性聚烯烃)为主。保险杠大多采用改性PP生产，由于改性PP的性能较佳，其应用的发展正在加快。塑料保险杠目前已占世界汽车塑料用料的90％以上，以改性PP为原料生产的保险杠具有易加工、成本低、质量轻和可回收等优势，PP塑料材料通过填充改性后，与原来汽车内装饰部件使用的PVC、ABS等塑料材料相比，具有优异的耐热性和刚性，便于成型加工，特别有利于回收再利用。

聚丙烯(PP)属于非极性结晶性高聚物，由于具有良好的综合性能、价格低廉、用途广泛而成为发展迅速的热塑性通用树脂。但是，当用作工业部件时其拉伸强度和冲击强度通常不能满足要求，且易蠕变、尺寸稳定性差也限制了其应用。PP合金化是改善PP性能的有效途径。聚酰胺6(PA6)具有强度高、弹性好、耐磨损、耐化学腐蚀等特点，在高温、高低压和高速等极端环境下具有优异的摩擦磨损性能。将PP与PA6共混，可有效改善和提高PP的性能。PP与PA6体系是不相容共混体系，采用接枝物改善PP与PA6的相容性已成为研究的热点。但是，聚酰胺活性比表面积小、表面能低，在与聚丙烯共混时，往往因其与聚丙烯树脂界面的粘合性差而影响其使用性能，因而提高两相的共混兼容性就显得极为重要。目前，主要应用phathalic anhydride-terminated PSU(PSU-PhAH)、melt radical grafting with glycidylmethacrylate(GMA)、maleated ethylene-propylene-diene copolymer(EPDM-graft-MAH)等来改善聚酰胺与聚丙烯的界面结合力，以提高聚酰胺与聚丙烯的的综合性能，这些方法在一定程度上改善了聚酰胺与聚丙烯的界面结合性能，但达不到理想的兼容效果。因此，有必要采用有效的改性方法对其进行改性处理，以最大限度地提高聚酰胺与聚丙烯的兼容性。

碳纤维增强树脂基复合材料由于具有密度小、比强度高、比模量高、热膨胀系数小等一系列优异特性，在航天器结构上已得到广泛的应用。其中碳纤维是增强体，为主要的承力结构，树脂基体起连接纤维和传递载荷的作用，可以传递和承受剪切应力，承受垂直于纤维的拉伸和压缩载荷，并保护纤维不受损伤和腐蚀。研究表明，碳纤维在未经表面处理前，其活性比表面积小，边缘活性碳原子数目也少，表面能低，接触角大，表面呈现出憎液性，致使其与树脂基体粘结不良。未经表面处理的碳纤维与基体材料的粘结程度难以达到应有的水平，不能充分发挥复合材料潜在的力学性能。

发明内容

本发明公开一种马来酸酐接枝改性碳纤维/聚酰胺/聚丙烯复合材料的制备方法，该材料用于制作汽车保险杠，其目的在于克服聚丙烯与聚酰胺之间兼容性差的问题，本发明采用马来酸酐接枝的方法对聚丙烯进行表面接枝改性处理，可以改善聚酰胺/聚丙烯(PA6/PP)复合材料的界面结合兼容性能，制备出具有更加优异力学性能的复合材料，可以适用于汽车保险杠材料。

一种马来酸酐接枝改性碳纤维/聚酰胺/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于按照如下步骤进行：

A)采用马来酸酐溶液浸泡聚丙烯，将聚酰胺6和马来酸酐接枝聚丙烯分别在90℃和50℃下真空干燥10h，然后与碳纤维混合，并于245℃下熔融共混，挤出造粒；

B)将A)中所得共混物粒料在85℃下干燥12h后注射成型，注射温度为200—250℃，注射压力为50—90MPa，注射时间为2—10s，注射速率50—80g/s，制备标准试样用于力学性能测试。

所述的碳纤维的重量百分比为混合粉料的10～20％。

所述马来酸酐溶液的组分重量百分比为：马来酸酐：10—20％、乙醇：70—85％、乙二胺四乙酸：5—10％。

所述的聚丙烯为热塑性聚丙烯。