[发明专利]一种碳纤维增强MC尼龙热塑性复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维增强MC尼龙热塑性复合材料及其制备方法，复合材料原料组分包括：己内酰胺单体、引发剂、活化剂、碳纤维材料。制备方法包括：将己内酰胺单体加热熔融，除水，随后加入引发剂和活化剂，混合均匀得到待聚单体。利用真空灌注成型工艺将待聚单体注入到预热至一定温度的铺有碳纤维的模具中，然后在140℃‑200℃下进行原位阴离子聚合20‑60min，之后冷却、脱模，得到碳纤维增强MC尼龙热塑性复合材料。本发明制备的复合材料能够明显提高MC尼龙的拉伸强度、弯曲强度等物理力学性能，且制备工艺简单灵活、生产周期短，有利于碳纤维增强MC尼龙热塑性复合材料的规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强MC尼龙热塑性复合材料及其制备方法，属于热塑性复合材料及其制备技术领域。

背景技术

单体铸造(MC)尼龙是20世纪60年代研究出来的一种新型工程塑料，以己内酰胺为主要原料，通过阴离子聚合在常压下直接浇注到预热至一定温度的模具中制得。MC尼龙具有质量轻、自润滑、耐磨、防腐、绝缘、机械强度高于普通尼龙等多种独特性能，广泛应用于各种领域。随着其应用范围的进一步扩展，MC尼龙的性能表现出了不足，以纤维增强制备的MC尼龙基纤维热塑性复合材料可有效提高其拉伸强度、弯曲强度等力学性能。

真空灌注成型工艺(Vacuum Assisted Resin Infusion VARI))是一种新型的加工工艺，它将纤维增强材料直接铺放到模具上，在纤维增强材料上铺放剥离层和高渗透介质，然后用真空薄膜包覆及密封，利用负压将树脂注入并浸透增强材料的一种成型工艺。VARI以其低成本、高质量、工艺方法灵活的优势逐渐成为制备大尺寸、大厚度复杂制件的新型方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有热塑性树脂在碳纤维中分布不均、制备工艺复杂、生产周期长。

为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种碳纤维增强MC尼龙热塑性复合材料，其特征在于：所述复合材料原料组分包括：己内酰胺单体、引发剂、活化剂、碳纤维，其中，引发剂的添加量为单体摩尔的0.5mol％-2.0mol％，活化剂的添加量为单体摩尔的0.5mol％-2.0mol％，碳纤维的体积含量介于20-65％。

优选地，所述引发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、己内酰胺钠、金属钠、金属钾中的任意一种。

优选地，所述活化剂为甲苯二异氰酸酯、己二异氰酸酯、三苯甲烷三异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯中的任意一种。

优选地，复合材料中MC尼龙的相对粘度为2.0-6.0。

优选地，所述碳纤维为连续碳纤维或碳纤维织物。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的碳纤维增强MC尼龙热塑性复合材料的制备方法，包括：

(1)将己内酰胺单体加热熔融，除水，随后加入引发剂和活化剂，混合均匀得到待聚单体；

(2)利用真空灌注成型工艺将待聚单体注入到预热至一定温度的铺有碳纤维的模具中，然后在140℃-200℃下进行原位阴离子聚合20-60min，之后冷却、脱模，得到碳纤维增强MC尼龙热塑性复合材料。

优选地，所述步骤(1)中除水时间为20-50min。

优选地，所述步骤(2)中所述真空灌注成型工艺，包括以下步骤：在铺设有碳纤维材料层的模具上依次铺设脱模布、导流密封组件，所述导流密封组件包括导流网、导流管、真空覆膜；将所述导流管分别与抽真空装置和注胶管路连接，并将所述真空覆膜密封在模具上，并将模具预热至140-200℃进行真空灌注。

本发明以己内酰胺单体为树脂基体，采用原位阴离子聚合的方法，通过真空灌注成型工艺(VARI)使己内酰胺单体在碳纤维材料上原位聚合制备热塑性聚合物，以解决现有热塑性树脂在碳纤维中分布不均、制备工艺复杂、生产周期长等问题，并且能够提高复合材料的力学性能。