[发明专利]一种碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法，得到力学性能优良、耐候性好、热稳定性强、抗静电的复合材料。

背景技术

聚碳酸酯是一种用途极为广泛的工程塑料，具有优良的综合性能，比如优异的耐冲击性、尺寸稳定性、绝缘性、耐候性、透明性和无毒性等。聚碳酸酯主要应用于电子电器领域，其次是汽车、片材及薄膜等领域。但聚碳酸酯也存在一些性能缺陷，如耐磨性差、易于应力开裂、对缺口比较敏感、长期暴露在紫外线下会颜色不稳定等。为克服上述缺陷，人们通常通过制备聚碳酸酯与玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等刚性纤维组成的树脂基复合材料来获得高强度、高模量的结构材料，并通过在加工过程中添加各种助剂来改善其耐候性和长期使用性能。

与其他纤维相比，碳纤维具有强度及弹性模量高、质量轻等特点，因此被广泛应用于宇航领域、运动等各种领域的复合材料的增强。如中国专利CN 1745127A采用碳纤维来制备增强型聚碳酸酯复合材料，并添加其他助剂以改善增强效果；专利CN 101747648A采用玻璃纤维复配碳纤维来增强聚碳酸酯，不仅获得了拉伸强度高、拉伸模量高、比重小的复合材料；而且使复合材料具备了导电性能，极大地提高了材料的抗静电能力。

未经表面处理的碳纤维表面惰性较大，与树脂的界面结合较差，增强效果有限，如果分散结合不好，甚至会引起材料内部的缺陷。因此，在碳纤维使用前需要进行表面处理，提高表面活性，增强碳纤维和树脂之间的界面结合作用。常用的碳纤维表面处理方法为使用浓硝酸和硅烷偶联剂对碳纤维表面进行处理，使碳纤维表面活性官能团数量增加，同时使用上浆剂保持碳纤维的表面活性，增强碳纤维与树脂基体的粘结牢度。碳纤维的表面处理是近年来研究开发的一个热点，例如使用气液双效法既能弥补碳纤维的缺陷，又能提高其增强效果。如美国专利US 5106680发明了采用多官能团胺基化合物作为碳纤维的偶联剂，来增强其与复合材料中树脂的界面粘结性。US 5106680则发明了采用环氧树脂经湿法处理，在石墨型碳纤维表面涂覆一层极薄的树脂层，来提高其与聚碳酸酯基体之间的粘结力，从而获得力学性能优异的碳纤维增强聚碳酸酯复合材料。而CN 101412854A和CN 101139462A公布了通过硅烷偶联剂进行表面处理，来改善碳纤维与树脂间粘结性的方法。又如专利CN 101824742A将碳纤维引入电解槽，以丁二酸钠、丁二酸、草酸铵配置的复合电解质溶液，对碳纤维进行电化学处理，从而得到一种操作方便、设备简单、对环境基本无污染的低成本中碳纤维维的表面处理方法。表面处理后碳纤维复合材料的层间剪切强度和本体抗张强度均有较大幅度的提高。

由于碳纤维生产加工工艺复杂，且生产加工技术为国外垄断，因而我国市场上的碳纤维多为进口且价格高昂，采用碳纤维增强的复合材料的加工成本往往较高。出于对该问题的考虑，本发明通过利用回收废弃的树脂基碳纤维复合材料，经过煅烧去掉表面树脂后所得的碳纤维废丝，对其进行表面处理，然后用于增强聚碳酸酯树脂，由此得到了一种力学性能优良、耐热性及耐候性好、尺寸稳定性高、抗蠕变、抗静电的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料。由于碳纤维废丝主要来自于废弃的树脂基碳纤维复合材料制件或制品，其来源极为广泛，原料成本非常低廉，且本发明加工工艺简单方便，因而通过本发明所获得的复合材料总体成本较低。本发明的复合材料可以替代目前大多数传统的聚碳酸酯复合材料，可被广泛用于对材料综合性能要求较高的汽车零部件、运动器材、电子电气设备等领域，具有广阔的市场发展前景。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前市场上碳纤维价格昂贵的问题，通过利用从回收的废弃树脂基碳纤维复合材料中获得的碳纤维废丝作为聚碳酸酯的增强材料，从而提供一种高强高模、耐热性及耐候性好、尺寸稳定性高、抗蠕变、抗静电的碳纤维废丝增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。由于本发明所使用的碳纤维废丝来源广泛、价格低廉，在经过一定的表面处理后，能够在保证复合材料获得良好的增强效果前提下，大大降低了复合材料的制造成本。