[发明专利]高性能连续碳纤维增强ABS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回收技术领域，具体涉及一种高性能连续碳纤维增强ABS复合材料及其制备方法。

背景技术

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)是一种强度高、韧性好、化学性能稳定且电性能良好的高分子材料，易于成形加工，被广泛的应用于汽车、电子电器、建筑等行业。但ABS的强度、硬度及尺寸稳定性等仍不能满足某些工程制件对性能的要求，为了改善ABS的这些性能缺陷，传统方法是将ABS与玻璃纤维在双螺杆机中进行复合改性；该方法虽然在一定程度上可以提高ABS的强度及尺寸稳定性等，但是复合材料中的玻璃纤维在双螺杆机的剪切作用下，长度一般小于1mm；同时玻璃纤维的含量较低(＜40％)，玻璃纤维含量高时易出现玻纤外露现象；这两方面都限制了采用传统方法对ABS改性时强度提高幅度有限。

连续纤维增强ABS复合材料是以连续纤维，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等无机或有机纤维作为增强材料，以ABS树脂为基体，通过特殊工艺制造的新型复合材料；与短纤维或长纤维增强的ABS复合材料相比，连续纤维增强的ABS复合材料具有重量轻、比强度高、比模量高、耐腐蚀性好、耐热性高等优异性能，特别适合用于汽车、飞机、防护及其他对力学性能要求较高、需要减轻重量的用途，是当今复合材料市场中发展最快的材料之一。

但是连续纤维增强ABS复合材料制备的技术关键在于纤维的分散与浸渍。纤维分散效果的好坏、树脂能否完全浸润到纤维当中、以及纤维与树脂的相容性直接决定着最终产品性能的优劣。为了解决纤维的分散、浸渍及纤维与树脂的相容性问题，中国发明专利CN103205083A和中国发明专利CN103044843A采用的方法是将ABS树脂、加工助剂和相容剂在高速混合机中混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，然后再通过挤出机头配置的挤出模头将挤出的树脂混合物与分散好的纤维进行包覆浸润，得到连续纤维增强的树脂复合材料；该方法将相容剂先混合在树脂中，然后将含有相容剂的树脂来浸润纤维，由于在浸润纤维的工序中，不存在混合作用，若相容剂在树脂中含量低时容易出现纤维与树脂界面处不含相容剂，所以对其相容性改善的均一性差；另外这种方法在纤维与树脂进行浸润前都需要事先对纤维预热，否则纤维与树脂的界面结合性更差。

碳纤维是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维、密度低，这些优异的特性赋予了碳纤维复合材料具有很高的力学性能，是其他玻璃纤维等增强复合材料所无法比拟的，因此被广泛的应用于航空航天、汽车工业、轨道交通、新能源、体育用品等高新技术产业领域。而采用连续碳纤维增强的复合材料性能与其他连续纤维增强复合材料相比，具有更高的力学性能，同时重量轻，具有很广的应用领域。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高性能连续碳纤维增强ABS复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高性能连续碳纤维增强ABS复合材料，其特征在于，包含以下重量份的组分：

纤维表面处理剂，其含量为相对于连续碳纤维的质量百分含量为1-10％。

所述的ABS树脂为连续本体法生产，ABS中橡胶选自丁二烯橡胶、丁苯橡胶或者两者的混合物，其中橡胶重量为10-20％，与橡胶共聚的苯乙烯和丙烯腈组分的质量比为70-85∶15-30。

所述的连续碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。

所述的纤维表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物(AX8900)、马来酸酐接枝ABS(PP-g-MAH)、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物(SMA树脂)中的一种或一种以上。

所述的无卤阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵、磷酸酯中的一种或一种以上。

所述的抗氧剂为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯)(抗氧剂1010)、3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰-己二胺(抗氧剂1098)、磷酸三-(2，4-二叔丁基苯酚酯)(抗氧剂168)中的一种或一种以上。

所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯腊中的一种或一种以上。

一种高性能连续碳纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将干燥好的60-90份ABS树脂、1-10份无卤阻燃剂、0.1-0.7份抗氧剂、0.1-0.6份润滑剂加入到高混机中，常温下高速混合3-5min后停止，然后将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中；