[发明专利]一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。所述复合材料包括以下组分：按重量份计算，聚丙烯50‑90份、改性碳纤维母粒10‑50份、聚丙烯接枝改性石墨烯0.2‑0.8份、抗氧剂0.3‑0.7份、润滑剂0.2‑0.6份、水滑石0.1‑0.4份。本发明采用聚丙烯对石墨烯和碳纤维进行接枝改性，有效地改善聚丙烯与石墨烯和碳纤维的相容性；将上述聚丙烯接枝改性碳纤维进一步与聚丙烯纤维通过混合纺丝得到纤维混合丝束，加热直至聚丙烯纤维熔融得到聚丙烯树脂粘结的碳纤维，进行切粒获得改性碳纤维母粒，有效地避免了碳纤维起毛、架桥导致喂料困难的问题。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及聚丙烯复合材料技术领域，更具体涉及碳纤维增强聚丙烯复合材料。

背景技术

聚丙烯塑料是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，原料来源丰富，耐化学药品性好，易于成型加工，价格便宜，可以多次循环使用。最重要的是可以通过共混、增强、填充等方式对其进行改性，从而实现聚丙烯材料通用塑料工程化、高性能化，满足其在家用电器、汽车内外饰件、健身、办公用品和卫生洁具等应用领域的需求。

玻纤增强聚丙烯材料具有机械性能强度高、耐热性好、尺寸稳定等优点，玻璃纤维增强聚丙烯的强度和模量能够媲美工程塑料，在实际应用中能够实现以塑代钢和取代工程塑料，满足汽车、家电等领域高强结构制件的使用要求。但由于玻纤密度大，材料制件重量大，不利于汽车低能耗、低排放，同时限制其在新能源汽车上使用。因此，高强度、高模量、低密度增强聚丙烯复合材料的开发日益成为具有市场竞争力的产品。

碳纤维以其优异高强度、高模量、低密度等优势，可以作为理想的增强填料，用于开发轻量化增强聚丙烯复合材料。但是由于碳纤维密度小、韧性高导致纤维通常比较蓬松，常会出现“起毛”、“架桥和“抱杆”现象，造成挤出机螺杆喂料困难。另一方面，碳纤维表面为惰性碳环结构，其与仅有烷基链组成的聚丙烯相容性极差，很难发挥碳纤维增强效果。喂料困难和难相容的问题极大限制了碳纤维增强聚丙烯复合材料应用推广。

中国专利CN102181155A、CN107254065A和CN105063999A公开了通过强氧化方式改性碳纤维，将其表面羧基化和酰氯化，通过氨基与酰氯键反应进而实现碳纤维表面氨基化。但上述方法涉及大量浓硫酸、高锰酸钾等强氧化剂，其反应过程反应不可控，而且不可避免的损伤纤维力学性能，另外，此过程对反应设备抗腐蚀性要求极高。

针对纤维增强复合材料工艺也有相应专利进行报道。中国专利CN104669636A公开了一种混杂纤维增强聚丙烯高强度复合材料的制备方法，其将玻璃纤维与凯夫拉纤维混杂经树脂熔融浸渍得到包覆的连续混杂纤维，将其排列后用聚丙烯树脂薄片间隔叠层并热压得到混杂纤维增强聚丙烯复合材料。中国专利CN109023719A公开了一种聚丙烯纤维连续玻璃纤维混纺热复合增强材料及其制备方法，将表面改性聚丙烯纤维与玻璃纤维混纺之后热压成型。上述材料的力学性能优异，但玻璃纤维含量较高，材料密度偏大，另一方面材料成型方式单一，其热压成型的制件仅限于结构简单部件，限制其应用范围。

发明内容

本发明提供一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。所述复合材料具有改善的聚丙烯与石墨烯或碳纤维的相容性，有效地避免了碳纤维起毛、架桥导致喂料困难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，包括以下组分：按重量份计算，聚丙烯50-90份、改性碳纤维母粒10-50份、聚丙烯接枝改性石墨烯0.2-0.8份、抗氧剂0.3-0.7份、润滑剂0.2-0.6份、水滑石0.1-0.4份；优选的，聚丙烯60-80份、改性碳纤维母粒20-40份、聚丙烯接枝改性石墨烯0.3-0.6份、抗氧剂0.4-0.6份、润滑剂0.3-0.5份、水滑石0.2-0.3份。

本发明所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯中的一种或多种，其熔融指数为3-100g/10min(230℃，2.16kg)。