[发明专利]一种碳纤维增强型聚双环戊二烯复合材料

说明书

本发明涉及一种碳纤维增强型聚双环戊二烯复合材料，该复合材料是以双环戊二烯单体和碳纤维为原料，在催化剂的作用下，通过反应注射成型工艺制备得到，其中，所述双环戊二烯单体与催化剂的质量比为600～3000：1，所述碳纤维添加量为双环戊二烯单体质量的1.0～80％。本发明增强型聚双环戊二烯材料所混入的碳纤维能够分散至双环戊二烯聚合反应体系中，发生开环易位聚合反应得到协同增强的有机聚合物，碳纤维与聚双环戊二烯的界面结合程度好，无气泡等缺陷，能够达到增强、抗冲击的目的，从而提高聚双环戊二烯材料的性能，拓宽该材料的应用领域。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种碳纤维增强型聚双环戊二烯复合材料。

背景技术

聚双环戊二烯(PDCPD)是一种新型工程塑料，可由石油裂解C5馏分和煤炭焦化副产品轻苯馏分中的双环戊二烯(DCPD)通过开环移位聚合反应制得。聚双环戊二烯(PDCPD)是一款具有优异的综合性能绿色环保工程塑料，尤其是力学性能显著，具有高模量、高抗冲性以及高抗蠕变性。经过反应注射成型工艺(Reaction Injection Moulding，简称RIM)制得的聚双环戊二烯(PDCPD)是一种新型工程热固性塑料，聚合后双键得以保留，韧性和刚性平衡性优异，正成为取代现行工程塑料的新型高抗冲材料。中国专利CN1199741A公开了一种聚双环戊二烯的制备方法，采用将原料按比例配制成A、B两组分，A组分含有双金属复合催化剂和添加剂，B组分含有活化剂复合烷基铝锌卤化物、聚合时间调节剂及添加剂，A、B组分中至少有一组分含有原料双环戊二烯；配制好的两组分用反应注塑成型过程制得聚双环戊二烯。

碳纤维(CF)是一种高性能非金属材料，由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳。碳纤维能否提高复合材料性能，取决于碳纤维和周围基体树脂之间界面结合力，界面是纤维和基体树脂发生化学作用区域，起关键性作用。碳纤维以其能够对复合材料进行增强、提高耐热性、高模量、化学稳定性好等优点，广泛应用于工程和生活领域，如：汽车、高铁。现行制备碳纤维材料原料很多，如：聚丙烯腈、粘胶纤维、木质素等，但是，形成工业化规模的只有聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维三种。中国专利CN105566844A公开了一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，经碳纤维改性后，该复合材料经过耐磨性增强，耐高温性得到提高，且易于加工，抗冲击性好，广泛应用于机械零件制备领域。

中国专利CN102690486A公开了一种纤维增强聚双环戊二烯复合材料，是由以下重量百分比的原料共混聚合而成：95～99.99％双环戊二烯，0.01～5％的纤维，所述纤维为碳纤维原丝或芳纶纤维原丝。该发明的纤维增强聚双环戊二烯复合材料，选择碳纤维原丝和芳纶纤维原丝作为增强材料与双环戊二烯共混聚合成复合材料，只需要加入少量的纤维原丝就可以显著的提高聚双环戊二烯材料的冲击强度和拉伸强度，相比单纯的聚双环戊二烯材料其冲击强度由原来的100J/m提高到180～350J/m，拉伸强度由原来的25MPa提高到30～35MPa。但该专利采用的是钨系催化剂，对水氧比较敏感，需在无水无氧条件进行，反应条件苛刻，操作不方便，此外，采用A、B液共混模式注射成型，工艺复杂。

发明内容

为进一步提高聚双环戊二烯的强度及韧性，本发明提供一种碳纤维增强型聚双环戊二烯复合材料，该碳纤维增强型聚双环戊二烯材料具有优异的机械性能，实现了材料力学性能的稳步提高，进而拓宽该材料的应用领域。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种碳纤维增强型聚双环戊二烯复合材料，该复合材料是以双环戊二烯单体和碳纤维为原料，在催化剂的作用下，通过反应注射成型工艺制备得到，其中，所述双环戊二烯单体与催化剂的质量比为600～3000：1，所述碳纤维添加量为双环戊二烯单体质量的1.0～80％。

优选地，所述双环戊二烯单体为聚合级，双环戊二烯原料的纯度在95.0％以上。

优选地，所述碳纤维选自碳纤维粉、短切碳纤维或碳纤维丝的一种或者多种。