[发明专利]一种连续长碳纤维增强热塑性树脂基纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续长碳纤维增强热塑性树脂基纳米复合材料(LongCarbonFiberReinforcedThermoplasticComposites，LCFRT)及其制备方法和应用，属于高性能化、轻量化、环保化、可回收循环使用的长碳纤维热塑性树脂基复合材料。

背景技术

复合材料和金属材料的力学性能具有明显的不同，主要体现在两个方面：1)复合材料的力学性能具有明显的各向异性，且呈现出很强的可设计性，而金属材料则为各向同性，材料组份构成确定后其性能保持不变；2)复合材料和金属材料的冲击破坏模式不同，复合材料的冲击破坏模式呈现复杂多样性特征，属于多尺度渐进式的刚韧渐变破坏，而金属材料的冲击破坏模式为塑性变形为主导的屈服断裂破坏。目前，纤维复合材料己成为最重要、数量最多、应用最广泛的轻质高强复合材料品种，主要分为：热固性树脂基复合材料(thermosettingcomposites)和热塑性树脂基复合材料(thermoplasticcomposites)。其中，热固性树脂基复合材料具有：刚性大、抗疲劳性能优异、能够整体化成型、重量相对较轻，但是同时制造工艺成本高，且控制过程复杂，难以实现大批量、标准化的工业生产。热塑性树脂基复合材料具有：重量轻、刚性大、低温抗冲击韧性好、加工成形过程简单、能够整体化与模块化成型、生产周期短、成本低，可以实现标准化、大批量化生产，同时又具有绿色环保加工、可回收循环使用的显著特点，符合当今时代产业化发展对高性能化、轻量化、加工成本低的新型复合材料的先进技术趋势和政府的各项行业法规要求。

根据碳纤维(CF)在树脂基体(热固性树脂基体和热塑性树脂基体)中的碳纤维(CF)保留尺寸长度大小，可以分为：短切碳纤维(SCF)、长碳纤维(LCF)、连续碳纤维(CCF，包括二维纺织布和三维织物)三种碳纤维(CF)长度尺寸的形态结构。其中，短切碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(粒料,SCFRT)中的短切碳纤维(SCF)长度尺寸为：3-5mm，且在制品中的碳纤维(SCF)保留长度尺寸为：0.1-0.3mm，纤维长径比小，增强效应有限，碳纤维(SCF)重量含量为：10-35wt％；连续长碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(粒料,LCFRT)中的碳纤维(LCF)长度尺寸为：5-25mm，且在制品中的碳纤维(LCF)保留长度尺寸为：5-8mm，纤维长径比大，增强效应明显提高，碳纤维(LCF)重量含量为：40-70wt％。

目前常规使用的连续碳纤维增强热固性环氧树脂复合材料(CFRP)制造的复合材料汽车轮毂普遍存在以下缺点或不足：比重大、易吸潮易变形、低温抗冲击性能差、制造加工成本高、产品合格率低等许多不足或缺陷，不能够满足特殊应用的批量化、低成本化的使用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种重量轻、强度高、抗冲击韧性好、散热性能好、耐磨损、耐腐蚀、耐疲劳、成形加工性能优良、制造生产工艺简单、制件成本低，同时又具有可设计性与可重复循环使用、绿色环保的连续长碳纤维增强热塑性树脂基纳米复合材料(LCFRT)及其制备方法和应用。

本发明提供一种连续长碳纤维增强热塑性树脂基纳米复合材料，所述复合材料中包含：长碳纤维、热塑性树脂、填充料和助剂；

其中，长碳纤维重量含量为：40-70wt％；热塑性树脂重量含量为：25-40wt％；填充料重量含量为：3-15wt％；助剂重量含量为：2-5wt％。

根据本发明所述的连续长碳纤维增强热塑性树脂基纳米复合材料，所述复合材料的粒料的长度尺寸为：5-25mm，其中优选的粒料长度尺寸为：10-15mm，直径尺寸为：4-7mm。

根据本发明所述的连续长碳纤维增强热塑性树脂基纳米复合材料，在所述纳米复合材料的加工成形部件制品中的长碳纤维(LCF)保留长度尺寸为：0.5-15mm，其中优选的长碳纤维(LCF)保留长度尺寸为：5-8mm，且满足正态分布要求≥80％。