[发明专利]一种聚丙烯-碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种聚丙烯-碳纤维复合材料，特别是涉及一种用于 自行车配件的聚丙烯-碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术：

碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维，是由有机母体纤 维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等)采用高温分解法在1000-3000℃高 温的惰性气体下碳化制成的。它是一种力学性能优异的新材料，比 重不到钢的1/4，能像铜那样导电，比不锈钢还耐腐蚀，而其复合材 料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为 23000-43000Mpa，也高于钢。碳纤维按其原料可分为三类：聚丙烯 腈基(PAN)碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三类，其中 聚丙烯腈基碳纤维用途最广，需求也最大。

碳纤维/聚合物复合材料，也就是通常说的碳纤维增强树脂基复 合材料(CFRP)，是目前最先进的复合材料之一，它以轻质、高强、 耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高 温抗烧蚀材料，是其他纤维增强复合材料所无法比拟的。这些材料 在上世纪60、70年代开始应用，现在技术已经非常成熟了。CFRP中 的树脂基体包括环氧树脂、聚丙烯、双马来酰亚胺树脂、聚酯树 脂、氰酸树脂等，CFRP的性能受树脂基体性能的影响比较大。

例如，公开号为CN10439873A、公开日为2014.09.10、申请人 为东丽株式会社的中国专利公开了“一种碳纤维增强聚丙烯片材及 其成型品”，其包含质量平均纤维长度为1.5mm～20mm的碳纤维和 含有聚丙烯及酸改性聚丙烯的基体树脂，碳纤维呈单纤维状分散， 并且碳纤维和基体树脂的界面剪切强度为5.50～10.5MPa。该片材能 成型复杂的形状，力学特性为各项同性，可得到力学特性和耐冲击 性能优异的成型品，从力学特性的观点考虑，优选用于电气、电子 设备用的机箱、土木、建材用的面板、汽车用的结构部件、航空器 用的部件，尤其是从力学特性及耐冲击性的观点考虑，优选用于汽 车、自行车用结构部件。不过，该发明存在阻燃性能较差的缺陷， 在用于自行车配件方面时这一点不如金属材料。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种聚丙烯-碳纤维复合材料， 其具有很好的阻燃性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种聚丙烯-碳纤维复合材料，其组份以及重量份数为：聚丙烯 树脂50～60份，润滑剂0.5～1份，相容剂3～5份，增韧剂4～6 份，防老剂1～2份，抗静电剂2～4份，耐腐蚀剂1～3份，增塑剂 3～5份，碳纤维15～20份，纳米氧化钙16～20份，PEI9～12份。

优选地，本发明所述聚丙烯树脂为均聚型聚丙烯树脂。

优选地，本发明所述润滑剂为聚乙烯蜡。

优选地，本发明所述相容剂为PP-g-MAH。

优选地，本发明所述增韧剂为POE或EPR。

优选地，本发明所述防老剂为硫代二丙酸双十八酯。

优选地，本发明所述抗静电剂为离子液体类抗静电剂。

优选地，本发明所述耐腐蚀剂为聚四氟乙烯。

优选地，本发明所述增塑剂为邻苯二甲酸酯。

本发明要解决的另一技术问题是提供上述聚丙烯-碳纤维复合材 料的制备方法。

为解决上述技术问题，技术方案是：

一种聚丙烯-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方量称取各组分，将碳纤维与纳米氧化钙粉体加入搅 拌机搅拌5小时，取出后加入无水乙醇中制得质量分数为4％的混合 溶液，将十八醇加入混合溶液中，球磨16小时后超声分散1小时， 静置10小时后8000r/min下离心30分钟，取出下层浆液，置于真空 干燥箱中110℃下干燥8小时，得到改性混合物；

(2)将聚丙烯树脂、润滑剂、增韧剂、防老剂、抗静电剂、耐 腐蚀剂、增塑剂以及步骤(1)得到的改性混合物加入高混机，混合 6分钟后将相容剂、PEI加入高混机继续混合6分钟，得到混合料；

(3)将步骤(2)得到的混合料放入平板硫化机的模具中，将炉 温升至140℃后保温1小时，压力为12MPa，然后以50℃/小时的速 度升温至220-240℃，保温1小时，随炉降温至90℃后泄压，将模具 取出，自然冷却至室温，得到聚丙烯-碳纤维复合材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：