[发明专利]一种纳米粒子增强的阻燃耐老化PC复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及聚碳酸酯技术领域，具体涉及一种纳米粒子增强的阻燃耐老化PC复合材料及其制备方法，复合材料包括如下重量份的原料：PC、复合增强体、无卤阻燃剂、光稳定剂、抗氧化剂和润滑剂；所述复合增强体由玻璃纤维、份纳米纤维素和纳米粒子进行分散混合制得。本发明采用玻璃纤维、纳米纤维素和纳米粒子构建的复合增强体对复合材料的刚性和韧性均有显著的改善作用。此外，为了赋予复合材料实用价值，本发明还在复合材料汇总加入无卤阻燃剂、光稳定剂和抗氧化剂，以提高复合材料的阻燃性能和耐老化性能。

技术领域

本发明涉及聚碳酸酯技术领域，具体涉及一种纳米粒子增强的阻燃耐老化PC复合材料及其制备方法。

背景技术

PC是一种综合性能优越的工程塑料，具有优异的冲击性能、尺寸稳定，在电气行业、电器照明、建材行业、汽车制造工业、医疗器械、航空航天等领域具有广泛的应用。但同时PC也存在严重的缺点，如加工性能差、容易应力开裂、材料力学性能差、耐磨性欠佳、耐化学药品性差等，因此需要对PC进行改性以弥补其性能上的不足，实现高性能、低成本的目的，进一步拓宽了PC的应用领域。PC的改性主要途径有：PC与其它聚合物共混；用无机材料改性等。作为PC的增强材料有：玻璃纤维(GF)、碳纤维、滑石、云母等。采用无机填料对PC进行改性，复合材料的拉伸强度、弯曲强度一般会有明显的提高，但一般情况下其冲击性能则急剧下降，该问题成为制约填料增强PC材料进一步发展的瓶颈。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种纳米粒子增强的阻燃耐老化PC复合材料及其制备方法，复合增强体以玻璃纤维和纳米纤维素相互缠绕作为骨架，可以有效吸收冲击的能量，纳米粒子填充于玻璃纤维和纳米纤维素的骨架内，改善了纳米粒子的分散效果，并且增强了复合材料。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种纳米粒子增强的阻燃耐老化PC复合材料，包括如下重量份的原料：

所述复合增强体由15-20份玻璃纤维、8-14份纳米纤维素和20-30份纳米粒子进行分散混合制得。

本发明的复合增强体以玻璃纤维和纳米纤维素相互缠绕作为骨架，形成具有大量空隙的三维空间结构，该三维骨架可以有效传递冲击载荷，从而提高PC复合材料的抗冲击强度，纳米粒子填充于玻璃纤维和纳米纤维素的骨架内，改善了纳米粒子的分散效果，并且增强了复合材料，提高了复合材料的拉伸强度和弯曲强度，同时通过刚性粒子的增韧作用，也对复合材料的抗冲击强度具有一定的提升作用。此外，为了赋予复合材料实用价值，本发明还在复合材料汇总加入无卤阻燃剂、光稳定剂和抗氧化剂，以提高复合材料的阻燃性能和耐老化性能。

其中，所述复合增强体的制备方法包括如下步骤：

在1000重量份的水中加入15-20份玻璃纤维和8-14份纳米纤维素，然后进行超声分散2-4h，加入20-30份的纳米粒子，继续超声分散2-4h，离心洗涤、冷冻干燥后，即得到所述的复合增强体。

本发明采用先后两次超声分散，第一次超声分散是为了玻璃纤维和纳米纤维素相互缠绕形成三维空间骨架，第二次超声分散是为了纳米粒子进入三维空间骨架的空隙中，构成复合增强体。

其中，玻璃纤维和纳米纤维素的直径和长度直接影响二者的缠绕状态，也即是影响三维空间骨架的结构，对复合增强体的增强增韧效果起到决定性的作用，因而优选地，所述玻璃纤维的直径为9-12μm，长度为1-2mm，所述纳米纤维素的直径为20-30nm，长度为6-10μm。

其中，所述纳米粒子为碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米碳酸钙和石墨烯中的至少一种，所述纳米粒子的粒径为10-18nm。优选地，纳米粒子为二氧化硅，纳米粒子的粒径为14nm，纳米二氧化硅成本较低，易于获得，并且对复合材料的增强作用也较为显著。