[发明专利]碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型高性能碳纤复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，是用分解温度低于熔融温度的纤维聚合物，通过千度以上固相热解而制成。其种类包括有聚丙烯腈基碳纤维（PAN基碳纤）、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维。60年代以来碳纤维迅速发展的新型增强材料，具有高强度、质量轻、耐疲劳、性能优良、模量大和热膨胀系数低等优点，在复合材料领域里广泛的应用。但是，纤维中的碳分子平面是沿纤维轴取向，表面呈化学惰性，与热塑性树脂基体之间亲和力较差，难以形成化学键连接并且界面存在不相容组分，界面粘结强度低，复合时容易在界面上形成孔隙和缺陷，增强体与基体树脂难以形成有效粘结，影响复合材料综合性能的发挥。因此，需要通过表面处理来提高增强体和基体树脂界面的粘结度，以达到提高碳纤维增强复合材料性能的目的。

发明内容

本发明提供一种质量轻、导电好、耐磨性好适合用于齿轮、轴承、汽车配件、电子零配件等产品的碳纤维增强聚甲醛碳纤复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳纤维增强聚甲醛复合材料，其特征在于，按重量百分比包括以下组分：

聚甲醛72%～76%、加工助剂1%以及经低温等离子处理的碳纤维23～27%。

优选的，所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂及/或相容剂。

优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010（四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯）或抗氧剂168（三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯）。

优选的，所述润滑剂为亲水性高分子化合物(PEG)。

优选的，所述相容剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺（EBS）或硅铜粉。

还提供了一种碳纤维增强聚甲醛复合材料的制备方法，包括如下步骤：

碳纤维经低温等离子处理；

按配比把碳纤维与聚甲醛和加工助剂混合均匀，然后熔融剪切、混炼、挤出造粒得到碳纤复合材料粒料。

优选的，所述低温等离子处理为介质阻挡放电（DBD）等离子体方式。

优选的，按配比把聚甲醛和加工助剂混合均匀，通过双螺杆挤出造粒机在145℃～190℃温度下挤出造粒，并且在挤出过程中，通过中间的加料孔加入已处理好的碳纤维。

优选的，在挤出过程中，挤出机的螺杆转速为300转/min、喂料转速为305转/min、切料速度为450转/min。

本发明提供的碳纤维增强聚甲醛复合材料，比普通聚甲醛具有更好的抗热强度、弯曲强度、耐疲劳性强度，具有更好的耐磨性和尺寸稳定，并具有优良的导电性能，25%碳纤维增强聚甲醛表面电阻率和体积电阻率均可小于1×10²数量级。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例提供的碳纤维增强聚甲醛复合材料的制备方法处理碳纤维的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

碳纤维增强聚甲醛复合材料实施例

一种碳纤维增强聚甲醛复合材料，按重量百分比包括以下组分：

聚甲醛72%～76%、加工助剂1%以及经低温等离子处理的碳纤维23～27%，其中碳纤维为购自市售的日本东丽公司生产的碳纤维，聚甲醛为日本宝理的M90-44树脂，其拉伸强度为60MPa，弯曲强度为90MPa，弯曲模量为2580MPa，密度：1.41g/cm³，悬臂梁缺口冲击强度为63J/m，热变形温度（1.82MPa）为110℃。

优选的，所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂及/或相容剂。

所述抗氧剂可以是抗氧剂1010（四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯）或抗氧剂168（三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯）。

所述的润滑剂可以是亲水性高分子化合物(PEG)。

所述的相容剂可以是N,N’-乙撑双硬脂酰胺（EBS）或硅铜粉等。

本发明所述的抗氧剂、润滑剂和相容剂三者在总组分中的重量百分比为：抗氧剂0.3%，润滑剂0.3%，相容剂0.4%。

用于制备齿轮、轴承、汽车配件、电子零配件等产品的碳纤维增强聚甲醛复合材料的制备方法：

实施例1