[发明专利]一种高性能碳纤维增强聚合物合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子改性技术领域，涉及一种高性能碳纤维增强聚合物合金及其制备方法。

背景技术

由于强度在一定的程度上限制了聚合物的应用，所以近年来通过纤维来增强聚合物合金的应用越来越广泛。尤其是碳纤维增强复合材料，由于碳纤维的模量是玻璃纤维的3～5倍，具有导电的特性等使得碳纤维增强材料具有高强高刚性能以及优异的电性能，但是碳纤维增强聚合物合金的韧性下降极其严重，限制了碳纤维增强聚合物合金的应用，因此，碳纤维增强聚合物韧性的改善成为颇需解决的问题。此外，碳纤维由于具有一定的导电性，使得其聚合物合金具有一定的电磁屏蔽和导电性能相关的性能，但是由于碳纤在聚合物基体中分布不均导致其导电性较差。

目前，增韧碳纤维增强聚合物合金的主要方法为添加增韧剂，增韧剂主要为丙烯酸酯类和弹性体等，其中丙烯酸酯类主要为MBS。但是这些增韧剂的增韧效果并不理想，因此有必要开发出一种韧性保持较好的碳纤维增强聚合物合金的制备方法，同时具有较好的导电性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高性能碳纤维增强聚合物合金及其制备方法，所述制备方法主要是将基体树脂、特殊种类增韧剂和经过等离子体处理连续碳纤维通过螺杆挤出来制备一种高强度高韧性高导电性能的碳纤维增强聚合物合金。该高性能碳纤维增强聚合物的制备方法主要通过对碳纤维进行等离子体处理，通过等离子体处理可增加纤维表面的粗糙度和提高碳纤维表面的极性基团(如羟基等)，可明显提高碳纤维和增韧剂、聚合物的润湿性，通过添加偶联剂进一步提高纤维和聚合物的粘结强度，从而大大提高碳纤维增强材料的韧性以及导电性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种高性能碳纤维增强聚合物合金，所述合金包括以下组分和重量份：

所述等离子体处理碳纤维为直径为5～15μm的未上浆的连续碳纤经过等离子体处理所得。

优选地，所述未上浆的连续碳纤经等离子体处理后失重率为0.1～1.0％。

优选地，所述未上浆的连续碳纤经等离子体处理后在空气中停留1～5min后直接导入双螺杆挤出机制备所述高性能碳纤增强聚合物合金；

所述等离子处理具体指在反应性气体气氛为氧气、氮气或者氨气等反应性气体，通过调整等离子体反应器的放电功率和等离子体反应器中的气压来调节碳纤维被刻蚀后损失的重量分数，使刻蚀的重量分数保持在0.1～1.0％，然后让处理好的长丝在空气中停留1～5min后直接导入双螺杆挤出机；为避免碳纤过度刻蚀损坏材料的性能，碳纤的失重率为0.1～1.0％；通过失重率来调控等离子体反应器中的脉冲、两级电压和处理时间等参数。

优选地，所述基体树脂包括双酚A型聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、ABS树脂中的一种或两种及两种以上混合物。

优选地，所述增韧剂为非交联的增韧剂，包括非交联非反应性增韧剂或非交联反应性增韧剂；所述非交联非反应性增韧剂包括EMA、EBA、EPDM或热塑性苯乙烯弹性体；所述非交联反应性增韧剂包括EMA-g-MAH、EMA-g-GMA、EBA-g-MAH、EBA-g-GMA或热塑性苯乙烯弹性体接枝活性官能团。

优选地，所述偶联剂主要是硅烷类偶联剂，硅烷偶联剂的通式为RSiX3，式中R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基团；硅烷偶联剂实质上是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团；这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力，X代表能够水解的烷氧基(如甲氧基、乙氧基等)。

优选地，所述抗氧剂为抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂PEP-8T、S9228中的一种或多种。

优选地，所述润滑剂为液体石蜡、固体石蜡、硅烷聚合物、脂肪酸盐、硬脂酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌、甲撑双硬脂酸酰胺或N，N-乙撑双硬脂酸酰胺或季戊四醇硬脂酸中的一种或多种。

第二方面，本发明提供一种所述高性能碳纤维增强聚合物合金的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一、按照以下组分及重量份备料：基体树脂40～95份、等离子体处理碳纤维5～50份、增韧剂1～10份，偶联剂0.1～5份、抗氧剂0.1～1份，润滑剂0.1～1份；