[发明专利]一种高抗冲、自润滑、耐磨性优良的碳纤维增强PMMA复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高抗冲、自润滑、耐磨性优良的碳纤维增强PMMA复合材料及其制备方法，具体由以下重量份的原料组成：PMMA树脂45‑85份、表层活化的碳纤维5‑20份、多嵌段共聚物相容剂3‑10份、茂金属聚乙烯增韧剂2‑8份、外润滑剂0.5‑2份、抗氧剂1‑3份，所述表层活化的碳纤维是指通过超临界CO₂表面处理后聚合物表面层吸附覆盖的高基体相容性的纳米碳纤维增强体。本发明通过高溶解性、高流动性的超临界CO₂对纳米碳纤维进行了有效的活化处理，将耐分散的PTFE粉末与纤维表层的环氧涂层进行了有效复合、固化，从而赋予了纤维增强体良好的基体相容性，从而有效避免传统无机材料增刚、增强的填充方法所导致的表面粗糙、自润滑性差、抗冲击性能不佳等问题。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高抗冲、自润滑、耐磨性优良的碳纤维增强PMMA复合材料及其制备方法。

背景技术

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是当前高分子材料中透光率(≥90％)最高的种类之一，也被称为亚克力或有机玻璃，其主要原因在于分子链上数量众多、体积较大的侧向乙酸的存在，导致PMMA的分子链难以规则堆砌，结晶度极低，加上分子链上缺乏芳基等刚性基团，因此，与结构类似的非晶形聚合物如聚碳酸酯PC相比，其表面刚性、耐刮擦损伤性有这明显的劣势，这也称为PMMA材料面向更多领域推广应用的性能障碍之一。

对于一些柔性的聚合物基体材料，如PE、PP、PMMA等，最常见的做法就是加入高刚性的无机粉体或者纤维增强体来改善其表面硬度、耐磨特性等，而这也是当前的PMMA表面改性相关研究中最为常见的方法，如CN106905649A中所用的纳米二氧化硅无机填料，CN110079041A中则采用了气凝胶化的纳米纤维素，这些无机填料固然可以大幅度提高PMMA材料的表面硬度，但由于无机填料与有机聚合物基体之间缺乏相容性，对PMMA自身的抗冲击性能带来了明显的损失；与之相对的是CN107057253A采用了合金化的改性方式，引入了高耐磨性的聚甲醛POM树脂作为PMMA合金材料的分散相，但POM自身的加工性能以及在PMMA中的界面相容性并不好，影响了POM的分散分布状况，其改性效果往往难以稳定重新。更重要的是，当前的改性方案中大多侧重于通过增强表面刚性、硬度来改善PMMA的耐磨耗性，而不是通过降低其表面摩擦系数、改善其润滑性来实现改性目的，因此，这种方法对于耐磨性的改善往往是非常有限的。

发明内容

本发明的目的在于基于现有无机填料增刚的技术方案，通过对纳米级碳纤维的定向活性处理，实现纤维表面的聚合物涂层均匀覆盖，从而大大改善了其在 PMMA基体以及其他树脂类改性助剂中的相容性，既有利于保持PMMA自身的高抗冲特性，也较好低发挥了碳纤维材料的增刚效果，以及纤维表面涂层中PTFE 分子对PMMA复合材料表面润滑特性的改善，从而获得了刚性、抗冲性以及耐磨自润滑性的理想结合。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高抗冲、自润滑、耐磨性优良的碳纤维增强PMMA复合材料，包括以下重量份的原料：

所述表层活化的碳纤维是指通过超临界CO₂表面处理后聚合物表面层吸附覆盖的高基体相容性的纳米碳纤维增强体。

上述碳纤维增强PMMA复合材料中：

所述的PMMA树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，其在230℃、3.8kg的测试条件下的熔融指数MFR为5-30g/10min。

所述的多嵌段共聚物相容剂为乙烯类弹性体嵌段共聚物如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物EVA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA、乙烯丙烯酸共聚物EAA等的一种或几种。

所述的茂金属聚乙烯增韧剂为1-辛烯含量≥20％、分子量分布Mw/Mn≤2的高规整度聚乙烯，其在190℃、2.16kg的条件下熔指为0.5-5g/10mmin。