[发明专利]一种碳纤维增强聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纤维增强聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)常温下将碳纤维浸渍在碳纤维上浆剂中进行浸渍1～3min；所述碳纤维上浆剂由功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯在引发剂的作用下进行聚合反应制备得到；所述功能硬单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯腈；B)将聚乙烯、碳纤维、抗氧剂、润滑剂加入密炼机中，135～160℃，捏炼3～5min后出料，得到混炼胶；C)将上述混炼胶依次热压成型、冷压定性，得到碳纤维增强聚乙烯复合材料。上述碳纤维上浆剂具有优良的成膜性、粘附性，可缩短浸渍时间，在碳纤维与聚乙烯基体间起良好的桥接作用，提高复合材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯(PE)是一种耐低温、原料丰富、应用广泛的热塑性树脂。然而普通的聚乙烯材料的力学强度低，在一定程度上限制了它的应用广泛性。碳纤维是一种高比模量、高比强度、密度低、耐高温、热膨胀系数小的优异材料，被广泛应用于航天航空、汽车等高端领域。

通过结合聚乙烯与碳纤维的优点，可制备出高强度、轻量化的复合材料。然而，碳纤维呈现表面化学惰性，表面能低且几乎无化学基团。此外，聚乙烯属于非极性聚合物，这导致在碳纤维/聚乙烯复合材料制备时两者之间界面粘结强度差，严重影响碳纤维的增强效果。碳纤维进行上浆处理及添加相容剂能很好改善其界面性能，如中国专利CN201210560525.1、CN201110162825.X都具体提及到用硅烷偶联剂对碳纤维进行长时间处理，并在复合过程中加入一定量的相容剂以提高复合材料的力学性能。但是，上述方法中的小分子硅烷偶联剂的粘附性能差且对界面性能的提高极其有限。

基于以上，开发一种高粘附性能高分子碳纤维上浆剂对碳纤维进行处理提高碳纤维与聚乙烯相容性，减少相容剂的使用量同时满足材料力学性能已成为发展的重要方向。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种碳纤维增强聚乙烯复合材料及其制备方法，制备的碳纤维增强聚乙烯复合材料具有优异的力学性能。

本发明提供了一种碳纤维增强聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)常温下将碳纤维浸渍在碳纤维上浆剂中进行浸渍1～3min；

B)将聚乙烯、碳纤维、抗氧剂、润滑剂加入密炼机中，135～160℃，捏炼3～5min后出料，得到混炼胶；

C)将上述混炼胶依次热压成型、冷压定性，得到碳纤维增强聚乙烯复合材料。

上述碳纤维上浆剂由功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯在引发剂的作用下进行聚合反应制备得到；

所述功能硬单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯腈。

所述功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯的质量比优选为(10～70)：(1～5)：(15～40)。

所述丙烯酰胺优选为N-羟乙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。

所述长碳侧链丙烯酸酯优选为甲基丙烯酸己酯，甲基丙烯酸庚酯，甲基丙烯酸辛酯，甲基丙烯酸壬酯，甲基丙烯酸癸酯，甲基丙烯酸正十二烷基酯，甲基丙烯酸正十八烷基酯，丙烯酸异冰片酯或甲基丙烯酸异冰片酯。

所述引发剂优选为过硫酸胺，过硫酸钾或过氧化氢对孟烷。

所述乳液型碳纤维上浆剂中的乳化剂优选为吐温T-20、吐温T-40、吐温T-60、吐温T-80、吐温T-85、司盘S-20、司盘S-40、司盘S-60、司盘S-80中的一种或两种以上的混合物。

上述碳纤维上浆剂优选采用以下制备方法制备：