一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术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39～97份聚丙烯、1～40份碳纤维、1～8份改性剂和1～10份相容剂，所述改性剂包含四氟硼酸盐离子液体。本发明专利技术使用含有四氟硼酸盐离子液体的改性剂对碳纤维进行表面改性，极大地提高了碳纤维改性效果。将改性后的碳纤维添加至聚丙烯后，可增大碳纤维对聚丙烯的增强效果，使得复合材料具有较高的拉伸强度、较大的弯曲模量及较强的缺口冲击强度，具有较高的综合力学性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。该碳纤维增强聚丙烯复合材料的原料按照质量份包含39～97份聚丙烯、1～40份碳纤维、1～8份改性剂和1～10份相容剂，所述改性剂包含四氟硼酸盐离子液体。本专利技术使用含有四氟硼酸盐离子液体的改性剂对碳纤维进行表面改性，极大地提高了碳纤维改性效果。将改性后的碳纤维添加至聚丙烯后，可增大碳纤维对聚丙烯的增强效果，使得复合材料具有较高的拉伸强度、较大的弯曲模量及较强的缺口冲击强度，具有较高的综合力学性能。【专利说明】
本专利技术涉及碳纤维的
，尤其涉及一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制 备方法。
技术介绍
碳纤维（carbon fiber，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。现有技术中，往往受改性剂等因素限制，制备的碳纤维增强聚丙烯的力学 性能较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。 -种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其原料按照质量份包含39?97份聚丙烯、1? 40份碳纤维、1?8份改性剂和1?10份相容剂，所述改性剂包含四氟硼酸盐离子液体。 本专利技术中的改性剂具体为四氟硼酸盐离子液体或者与聚丙烯腈的混合物。四氟硼 酸盐为含有乙烯基咪唑基、丙烯基咪唑基、丙烯腈基咪唑基、苯乙烯基咪唑基、环氧基咪唑 基的四氟硼酸盐中的一种或至少两种。值得说明的是，这里的所述各取代基的四氟硼酸盐 离子液体均采用市场上可以购买的，本专利技术不针对其作任何改进。 其中，原料还包含以原料总质量计0. 05?3份加工助剂。加工助剂为抗氧剂、润 滑剂以及光稳定剂。 本专利技术的原料不局限于上述组分，其他的本领域常用的组分也适合于添加至本方 案中，在此不再赘述。 其中，碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维或浙青基碳纤维。 优选地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯； 优选地，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐、乙烯-辛烯接枝马 来酸酐和乙烯-醋酸乙烯接枝马来酸酐中的一种或至少两种； 优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1098中的一种或至少两 种； 优选地，润滑剂硬脂酸锌和/或硬脂酸铝。 本专利技术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)将1?8质量份改性剂对1?40质量份碳纤维进行表面改性，得到改性碳纤 维； (2)将所述改性碳纤维在光照射或加热之条件下进行初步预聚合，得到碳纤维预 聚体； (3)将包含39?97质量份聚丙烯、1?40质量份碳纤维、1?10质量份相容剂和 所述碳纤维预聚体的原料混合后置入造粒机中进行造粒成型。 可以理解的是，上述步骤中所述的"质量份"均指以碳纤维增强聚丙烯复合材料之 制备原料的总质量计。 其中，步骤（1)中所述表面改性的方式为将碳纤维置入改性剂的稀释液中浸渍， 或者将改性剂的稀释液喷涂于碳纤维表面； 优选地，所述改性剂的稀释液的稀释剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、丁酮、甲苯中的一 种或至少两种。当然其他可以用来稀释四氟硼酸盐离子液体的有机溶剂都可以适用于本发 明。 优选地，所述改性剂的稀释液的质量浓度为10?80%，进一步优选为20?50%。 可以为本领域技术人员所理解的是，这里"改性剂的稀释液的质量浓度"指的是改性剂占稀 释液总质量的百分数。 其中，步骤（1)中和步骤（2)之间还包括将改性后的碳纤维干燥； 优选地，所述干燥方式为在50?120°C烘干。 其中，步骤（2)中所述光照射为采用紫外光照射或者加热预聚合方式； 优选地，所述紫外光照射的光强度不超过2KW ; 优选地，所述紫外光照射的时间为2?15min ; 优选地，加热的设备为微波炉或者烘箱； 优选地，所述微波炉的功率为150?500W ; 优选地，所述微波炉加热的时间为不超过20min ; 优选地，所述烘箱的加热温度为80?120°C ; 优选地，所述烘箱的加热时间为0· 5?2h。 其中，步骤（3)中所述混合采用高速搅拌机混合3?5min ; 优选地，所述造粒机使用双螺杆机造粒机，所述双螺杆机造粒机的一区温度为 200?210°C，所述双螺杆机造粒机的二区温度为205?210°C，所述双螺杆机造粒机的三区 温度为210?215°C，所述双螺杆机造粒机的四区温度为215?220°C，所述双螺杆机造粒 机的五区温度为220?225°C，所述双螺杆机造粒机的六区温度为220?230°C，所述双螺 杆机造粒机的机头温度为230?235°C。 造粒的操作为聚丙烯领域的常规操作，本领域技术人员可以不通过本专利技术的加载 也能获得相关的技术信息，在此不再赘述。 本专利技术使用含有四氟硼酸盐离子液体的改性剂对碳纤维进行表面改性，极大地提 高了碳纤维改性效果。将改性后的碳纤维添加至聚丙烯后，可增大碳纤维对聚丙烯的增强 效果，使得复合材料具有较高的拉伸强度、较大的弯曲模量及较强的缺口冲击强度，具有较 高的综合力学性能。 【具体实施方式】 下面结合实施例来进一步说明本专利技术的技术方案。 实施例1 碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备原料按照质量份，其组成如下： 碳纤维 10份； 共聚型聚丙烯（中等熔指） 81.6份； 丙烯基咪唑四氟硼酸盐 3份； 硬脂酸锌 0.2份； 抗氧剂1010 0.2份； 聚丙烯接枝马来酸酐 5份。 将碳纤维置入10%的丙烯基咪唑四氟硼酸盐离子液体的乙醇稀释液中浸渍，待完 全浸润后过滤出碳纤维。将经上述方式处理的碳纤维在于50°c下将其烘干，并在烘箱内进 行初步预聚合，烘箱温度控制在80°C，时间为0. 5?2小时，得到碳纤维预聚体。 将聚丙烯、改性剂、相容剂以及加工助剂在高速机中高速混合3?5分钟后，将碳 纤维从入纤口进入，然后经过双螺杆机进行造粒，其中螺杆机的一区温度为200°C、二区温 度为205°C、三区温度为210°C、四区温度为215°C、五区温度为220°C、六区温度为220°C、机 头温度为230°C，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒，得 到一种碳纤维增强的聚丙烯复合材料。 实施例2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，其原料按照质量份包含39～97份聚丙烯、1～40份碳纤维、1～8份改性剂和1～10份相容剂，所述改性剂包含四氟硼酸盐离子液体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新灵，刘丽，刘媛，单玉玲，
申请(专利权)人：苏州德宝凯迪新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32