[发明专利]芳纶纤维改性碳纤维增强聚乳酸热塑性复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种芳纶纤维改性碳纤维增强聚乳酸热塑性复合材料及制备方法。该复合材料包括如下重量份的组分：碳纤维5‑30，芳纶纤维1‑15，聚乳酸树脂基体70‑90，相容剂，其他助剂1‑3在双螺杆挤出机中挤出造粒；本发明提供了一种芳纶纤维改性碳纤维增强聚乳酸热塑性复合材料及制备方法。与现有技术相比，部分芳纶纤维采取侧位进料的方式，添加少量的芳纶纤维能够显著提高碳纤维/聚乳酸复合材料的冲击韧性，实现了聚乳酸的增强和增韧。降低生产成本同时也有利于推动绿色环保的聚乳酸材料的进一步应用。

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种芳纶纤维改性碳纤维增强聚乳酸热塑性复合材料及制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是以再生的生物质资源(淀粉等)作为原料合成的生物质基高分子，能够在自然界在微生物作用下被降解为水(H₂O)和二氧化碳(CO₂),是一种环境友好型材料。此外，聚乳酸也具有良好的成型加工性能和一定的机械性能，适用于挤出、注塑、吹塑等各种加工方法来制备可用于工业及民用的各种塑料制品。碳纤维增强聚乳酸复合材料具有轻质、高强的优异的力学性能；同时，这些产品在报废后，聚乳酸基体能够完全生物降解，可以回收复合材料中高附加值的碳纤维，环保又节约资源。

碳纤维改性聚乳酸复合材料能够增强聚乳酸的强度与模量，例如：中国专利CN101967271A采用熔融挤出造粒，制备短碳纤维增强的聚乳酸复合材料,拉伸强度达100MPa左右。然而，碳纤维/聚乳酸复合材料的冲击韧性会显著降低，提高碳纤维/聚乳酸的冲击韧性具有很大的实际意义。专利CN102532832A和CN105385124A采用改性碳纤维增强与聚乳酸基体的界面相容性，进而提升其冲击韧性。然而，改性碳纤维均采用浓硝酸或混酸预处理的湿法工艺，大量浓酸的使用，污染环境也延长了加工时间。芳纶纤维是一种有机柔性纤维，在有机纤维中它的尺寸稳定性最佳，具备无机纤维的物理性能和有机纤维的加工性能(较高的强度和良好的韧性)。芳纶纤维改性热塑性树脂能够有效的提升其冲击性能；例如中国专利CN104151580A将芳纶纤维(20-30份)、碳纤维(30-40份)、尼龙PA66(50-60份)等通过双螺杆挤出机熔融共混挤出制备一种增强增韧的尼龙PA66复合材料；专利CN102746648A将磨碎玻璃纤维(60-90份)，短切芳纶纤维(3mm)(20-40份)尼龙66树脂(160-190份)以及其他助剂等制备复合材料；专利CN106916447A公开一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法：基于LFT-G工艺将热塑性树脂，长玻璃纤维以及短切芳纶纤维(1-6mm)及其他助剂来制备复合材料。以上专利都肯定了芳纶纤维在增韧热塑性树脂基复合材料中的作用，然而，以上提到的复合材料中的芳纶纤维的添加量相对较高。本发明一种低芳纶纤维添加量，以及芳纶纤维采取侧位进料的方式，来制备芳纶纤维/碳纤维/聚乳酸复合材料。不仅降低生产成本，又能显著提升碳纤维/聚乳酸复合材料的冲击韧性，具有很大的意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单，可工业化生产的低添加量的芳纶纤维改性碳纤维增强聚乳酸热塑性复合材料及制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种芳纶纤维改性碳纤维增强聚乳酸热塑性复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下重量份组分：

碳纤维5-30，

芳纶纤维1-10，

聚乳酸树脂基体70-90，

助剂1-10。

所述的碳纤维为短切碳纤维，初始长度为5-10mm之间，所述的短切碳纤维为高性能沥青基碳纤维或聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。当碳纤维长度过长时(大于10mm)与PLA树脂浸润性变差，造成复合材料的流动性差，不利于成型加工以及容易造成制品的缺陷。当碳纤维长度过短时，会降低最终复合材料的综合力学性能。