一種高性能碳纖維增強聚合物合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高分子改性技術領域，涉及一種高性能碳纖維增強聚合物合金及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 由于強度在一定的程度上限制了聚合物的應用，所以近年來通過纖維來增強聚合 物合金的應用越來越廣泛。尤其是碳纖維增強復合材料，由于碳纖維的模量是玻璃纖維的 3~5倍，具有導電的特性等使得碳纖維增強材料具有高強高剛性能以及優異的電性能，但 是碳纖維增強聚合物合金的韌性下降極其嚴重，限制了碳纖維增強聚合物合金的應用，因 此，碳纖維增強聚合物韌性的改善成為頗需解決的問題。此外，碳纖維由于具有一定的導電 性，使得其聚合物合金具有一定的電磁屏蔽和導電性能相關的性能，但是由于碳纖在聚合 物基體中分布不均導致其導電性較差。
[0003] 目前，增韌碳纖維增強聚合物合金的主要方法為添加增韌劑，增韌劑主要為丙烯 酸酯類和彈性體等，其中丙烯酸酯類主要為MBS。但是這些增韌劑的增韌效果并不理想，因 此有必要開發出一種韌性保持較好的碳纖維增強聚合物合金的制備方法，同時具有較好的 導電性能。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種高性能碳纖維增強聚合物合金 及其制備方法，所述制備方法主要是將基體樹脂、特殊種類增韌劑和經過等離子體處理連 續碳纖維通過螺桿擠出來制備一種高強度高韌性高導電性能的碳纖維增強聚合物合金。該 高性能碳纖維增強聚合物的制備方法主要通過對碳纖維進行等離子體處理，通過等離子體 處理可增加纖維表面的粗糙度和提高碳纖維表面的極性基團（如羥基等），可明顯提高碳 纖維和增韌劑、聚合物的潤濕性，通過添加偶聯劑進一步提高纖維和聚合物的粘結強度，從 而大大提高碳纖維增強材料的韌性以及導電性。
[0005] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0006] 第一方面，本發明提供一種高性能碳纖維增強聚合物合金，所述合金包括以下組 分和重量份：
[0007] 基體樹脂 40~95份， 等離子體處理碳纖維 5~50份， 增韌劑 1~10份 偶聯劑 0. 1~5份， 抗氧劑 0. 1~1份， 潤滑劑 0. 1~1份；
[0008] 所述等離子體處理碳纖維為直徑為5~15 y m的未上漿的連續碳纖經過等離子體 處理所得。
[0009] 優選地，所述未上漿的連續碳纖經等離子體處理后失重率為0. 1~1. 0%。
[0010] 優選地，所述未上漿的連續碳纖經等離子體處理后在空氣中停留1~5min后直接 導入雙螺桿擠出機制備所述高性能碳纖增強聚合物合金；
[0011] 所述等離子處理具體指在反應性氣體氣氛為氧氣、氮氣或者氨氣等反應性氣體， 通過調整等離子體反應器的放電功率和等離子體反應器中的氣壓來調節碳纖維被刻蝕后 損失的重量分數，使刻蝕的重量分數保持在0. 1~1. 〇%，然后讓處理好的長絲在空氣中停 留1~5min后直接導入雙螺桿擠出機；為避免碳纖過度刻蝕損壞材料的性能，碳纖的失重 率為0. 1~1. 0% ;通過失重率來調控等離子體反應器中的脈沖、兩級電壓和處理時間等參 數。
[0012] 優選地，所述基體樹脂包括雙酚A型聚碳酸酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二 甲酸乙二醇酯、聚酰胺、ABS樹脂中的一種或兩種及兩種以上混合物。
[0013] 優選地，所述增韌劑為非交聯的增韌劑，包括非交聯非反應性增韌劑或非交聯反 應性增韌劑；所述非交聯非反應性增韌劑包括EMA、EBA、EPDM或熱塑性苯乙烯彈性體；所述 非交聯反應性增韌劑包括EMA-g-MAH、EMA-g-GMA、EBA-g-MAH、EBA-g-GMA或熱塑性苯乙烯 彈性體接枝活性官能團。
[0014]優選地，所述偶聯劑主要是硅烷類偶聯劑，硅烷偶聯劑的通式為RSiX3,式中R代 表氨基、巰基、乙烯基、環氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基團；硅烷偶聯劑實質上是一類具 有有機官能團的硅烷，在其分子中同時具有能和無機質材料（如玻璃、硅砂、金屬等）化學 結合的反應基團及與有機質材料（合成樹脂等）化學結合的反應基團；這些基團和不同的 基體樹脂均具有較強的反應能力，X代表能夠水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）。
[0015] 優選地，所述抗氧劑為抗氧劑245、抗氧劑168、抗氧劑1010、抗氧劑PEP-8T、S9228 中的一種或多種。
[0016] 優選地，所述潤滑劑為液體石蠟、固體石蠟、硅烷聚合物、脂肪酸鹽、硬脂酸酰胺、 硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、甲撐雙硬脂酸酰胺或N，N-乙撐雙硬脂酸酰胺或季戊四醇硬脂酸中的 一種或多種。
[0017] 第二方面，本發明提供一種所述高性能碳纖維增強聚合物合金的制備方法，具體 包括以下步驟：
[0018] 步驟一、按照以下組分及重量份備料：基體樹脂40~95份、等離子體處理碳纖維 5~50份、增韌劑1~10份，偶聯劑0. 1~5份、抗氧劑0. 1~1份，潤滑劑0. 1~1份；
[0019] 步驟二、將所述基體樹脂、偶聯劑、增韌劑以及抗氧劑和潤滑劑依次加入混合攪拌 機中，充分混合后，導出，再置于雙螺桿擠出機中；等離子體處理碳纖維待基體樹脂完全塑 化后由后段側喂加入，控制雙螺桿擠出機的溫度為240~380°C，轉速為300~1000r/min， 擠出造粒，即得所述高性能碳纖維增強聚合物合金。
[0020] 優選地，所述雙螺桿擠出機的螺桿為同向雙螺桿，所述向雙螺桿的長徑比>30 ;所 述雙螺桿擠出機所用螺桿后端剪切盡量較弱，主要為分配作用元件組合。
[0021] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0022] 1、使用的碳纖為未上漿的連續碳纖維，可以節省上漿和短切的工藝成本；
[0023] 2、通過對碳纖進行等離子體處理，可以提高碳纖維表面的粗糙度和活性基團，從 而增加玻璃纖維增韌劑對碳纖的潤濕性以及在聚合物中的分散性，從而提高材料的導電等 電性能；
[0024] 3、通過偶聯劑的使用進一步提高增韌劑對纖維的潤濕性以及纖維和聚合物的粘 結性能，在提高碳纖增強聚合物的強度時同時極大地提高碳纖增強聚合物合金材料的韌 性。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明