[发明专利]一种高填充量碳纤维增强聚烯烃复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚烯烃改性技术领域与回收碳纤维，碳纤维乱丝以及短切碳纤维综合利用领域，具体涉及一种高填充量碳纤维增强聚烯烃复合材料及制品配方和制备方法。

背景技术

碳纤维是上个世纪60年代发明的新一代增强纤维，具有强度高、模量大、质量轻等众多优点，在复合材料领域得到广泛的应用。传统的碳纤维增强树脂复合材料主要以长纤维即连续纤维为增强体并且以热固性塑料为基体材料。但是这种复合材料的生产效率低，生产成本高，难以制备形状复杂的制件。随着碳纤维热固性复合材料越来越广泛的应用，其生产过程中剩余的短切碳纤维和碳纤维乱丝也越来越多。同时，随着碳纤维回收技术的突飞猛进，大部分复合材料内部的碳纤维可以被回收。使用这些回收碳纤维，碳纤维乱丝以及短切碳纤维来重新制作热塑性复合材料，不仅生产成本较低、加工方式灵活，而且能够有效利用废弃资源，具有节能减排的优势。因此，对碳纤维增强聚烯烃复合材料进行研究，不仅具有巨大的经济效益，还具有良好的社会效益。

制备碳纤维增强聚烯烃复合材料时，当碳纤维填充量较低时，复合材料的力学性能尤其是模量的提高并不明显，获得的制件很难满足苛刻环境下的使用要求；只有当碳纤维填充量较高时，才能够获得高强度高模量的复合材料。然而，由于常用的增强碳纤维，例如回收碳纤维，碳纤维乱丝，短切碳纤维等非常蓬松，采用传统的挤出机来进行熔融共混时，碳纤维很难下料，导致无法获得高填充量的碳纤维增强聚烯烃复合材料，特别是鲜有碳纤维填充量高于50％的碳纤维增强聚烯烃复合材料的报道。

综上所述，本领域尚缺乏一种碳纤维填充量较高，特别是高于50％的碳纤维增强聚烯烃复合材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维填充量较高，特别是高于50％的碳纤维增强聚烯烃复合材料。

本发明的第一方面，提供了一种高填充量碳纤维增强聚烯烃复合材料，所述的复合材料含有以下组分：25-65份聚烯烃、30-70份碳纤维、1-15份相容剂，和0.5-5份加工助剂。

在另一优选例中，所述的复合材料含有30-60份聚烯烃。

在另一优选例中，所述的复合材料含有40-65份碳纤维。

在另一优选例中，所述的复合材料含有2-10份相容剂。

在另一优选例中，所述的复合材料含有0.8-2份加工助剂。

在另一优选例中，所述的复合材料中，所述碳纤维的含量高于50％，较佳地高于60％，更佳地高于70％，以复合材料的总质量计。

在另一优选例中，所述的碳纤维是用环氧树脂进行表面上浆处理的碳纤维。

在另一优选例中，所述的复合材料含有2-8份相容剂。

在另一优选例中，所述的复合材料中，碳纤维与聚烯烃之间的界面上无空隙和缺陷，或基本不含有空隙和缺陷。其中，所述的基本不含有指无肉眼可观察到的空隙和缺陷。

在另一优选例中，所述的碳纤维选自下组：未处理的碳纤维、经过氧化处理的碳纤维、用环氧树脂上浆处理的碳纤维，或其组合。

在另一优选例中，所述的氧化处理是将所述的碳纤维在马弗炉中加热处理25-50min；较佳地，所述的加热温度为300-600℃。

在另一优选例中，所述的环氧树脂处理指用环氧树脂对碳纤维表面进行上浆处理。

在另一优选例中，所述的环氧树脂处理过程中，所述环氧树脂与所述碳纤维的重量比为0.001-10：30-70。

在另一优选例中，所述的聚烯烃的熔融指数为5g/10min-200g/10min，较佳地为20g/10min-50g/10min。

在另一优选例中，所述的聚烯烃选自下组：聚丙烯、聚乙烯，或其共混物以及符合上述熔融指数范围的其他聚烯烃和聚烯烃共混物。

在另一优选例中，所述的碳纤维的长度为2-100mm。

在另一优选例中，所述的碳纤维选自下组：回收碳纤维，碳纤维乱丝，短切碳纤维，或其组合。

在另一优选例中，所述的相容剂选自下组：马来酸酐接枝聚烯烃、马来酸酐接枝EPDM(三元乙丙橡胶)、马来酸酐接枝POE(乙烯辛烯共聚物)、乙烯-醋酸乙烯共聚物，或其组合；和/或

所述的环氧树脂选自下组：双酚A型环氧树脂、酚醛线型环氧树脂、双酚S环氧树脂，或其组合；和/或

所述的加工助剂选自下组：抗氧剂、润滑剂，或其组合。

在另一优选例中，所述的马来酸酐接枝聚烯烃选自下组：马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯。