[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

本发明公开了一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。该碳纤维增强聚丙烯复合材料的原料按照质量份包含41～96份聚丙烯、1～40份碳纤维、1～8份上浆剂、1～10份相容剂和0.5～1份引发剂，所述上浆剂含有含不饱和双键和羟基的预聚体和异氰酸酯固化剂。本发明采用该上浆剂可通过化学键的作用增强碳纤维和聚丙烯的界面粘结作用，使其具有较高的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及碳纤维的技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维(carbonfiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。

由于碳纤维具有高强度、低密度、高耐温、耐水、耐腐蚀等优点，可作为一种优良的增强材料。将碳纤维添加至高聚物得到增强的高聚物复合材料，可以明显提高高聚物的综合性能。

聚丙烯(PP)是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，聚丙烯力学性能的绝对值高于聚乙烯，因而在塑料行业中的市场份额逐步提高。现有技术中碳纤维增强聚丙烯材料由于碳纤维与聚丙烯的相容性较差，为提高碳纤维于聚丙烯相中的结合性，通常要对碳纤维进行表面改性。常采用碳纤维表面上浆技术，碳纤维经过上浆处理后其集束性得到明显提高，碳纤维的韧性得到改善而不容易折断。同时上浆过程中引入多种极性化学官能基团，提高碳纤维的浸润性和碳纤维复合材料界面剪切强度。因此在碳纤维使用之前进行上浆处理是必不可少的。国外在上浆剂应用之初就根据不同的使用要求来决定上浆剂种类，用兼容性较好的上浆剂进行碳纤维表面处理。上浆剂分类主要取决于其含量最大的一款树脂，如环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、丙烯酸等。目前商品化碳纤维主要用于增强热固性复合材料，上浆剂以环氧为主，但是环氧上浆剂在温度超过120℃时就会发生自交联，无法承受聚丙烯的加工温度，所以无法与聚丙烯形成良好的界面。目前，应用在聚丙烯上的上浆剂以聚氨酯为主，但是普通聚氨酯无法与聚丙烯形成化学键，制备的碳纤维增强聚丙烯的力学性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，该复合材料具有较好的力学综合性能。

一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其原料按照质量份包含41～96份聚丙烯、1～40份碳纤维、1～8份上浆剂和1～10份相容剂，0.5～1份引发剂，所述上浆剂含有含不饱和双键和羟基的预聚体和异氰酸酯固化剂。

预聚体为蓖麻油、蓖麻油衍生物多元醇、腰果油、双酚A环氧丙烯酸酯、双酚A环氧甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷缩水甘油酯丙烯酸酯、端羟基不饱和聚酯中的一种或几种；

异氰酸酯固化剂为MDI、HDI、IPDI、HMDI之一或其组合及其改性产物。

其中，碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。

优选地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯；

优选地，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯和马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯中的一种或几种；

优选地，所述引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BOP)中的一种或几种；

本发明又一方面提供一种碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，采用该制备方法制得的碳纤维增强聚丙烯复合材料具有较好的力学综合性能。

上述碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)对1～40质量份碳纤维进行电化学表面处理，在碳纤维表面引入一些-COOH和-OH，提高碳纤维的表面活性；

(2)将步骤(1)所得碳纤维浸润1～8份上浆剂；