碳纤维增强聚乙烯材料及其制备方法

碳纤维增强聚乙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种碳纤维增强聚乙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯是一种质轻无毒，具有优良的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能的热塑性材料，其价格低廉，成型加工容易，广泛应用于电器、化工、食品、机械等行业。碳纤维具有高强度、低密度、高耐温、耐水、耐腐蚀等特点，是一种优异的高强度增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强聚乙烯具有非常高的比强度，但是由于碳纤维表面平滑、活性官能团少、表面能低，呈现表面化学惰性，与树脂基体浸润性差，使得复合材料界面粘合力较弱，严重地影响了复合材料整体优异性能的发挥，并且聚乙烯的化学惰性也使碳纤维与基体树脂的粘合性差，从而影响应力的传递。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异力学性能的碳纤维增强聚乙烯材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：碳纤维增强聚乙烯材料，其组分按质量百分数配比为：聚乙烯50%～80%、表面改性碳纤维20%～40%、纳米滑石粉3%～8%、润滑剂0.5%～1%、偶联剂0.1%～1%、抗氧剂0.1%～1%、料0.1%～1%。

所述的表面改性碳纤维为聚丙烯腈处理过的碳纤维，其具体为将碳纤维浸润在聚丙烯腈溶液，再将经浸润处理的碳纤维于50℃～300℃烘箱内预氧化0.1～100小时、并烘干，获得表面改性的碳纤维；其中，所述的聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈低聚物与溶剂配制而成的溶液，所述溶剂为水、乙醇、丙酮中的一种。

所述的润滑剂为聚乙烯蜡。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。

所述的抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010或1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物。

上述的碳纤维增强聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备表面改性碳纤维：首先配制聚丙烯腈溶液，然后将碳纤维浸润在聚丙烯腈溶液，再将经浸润处理的碳纤维于50℃～300℃烘箱内预氧化0.1～100小时、并烘干，获得表面改性的碳纤维，待用；

（2）按重量配比称取滑石粉和偶联剂，加入高速混合器中混合均匀，温度为80℃～100℃，混合时间为10～15分钟，得到表面活化处理好的滑石粉，然后加入按重量配比称取的聚乙烯、润滑剂、抗氧剂和料，在100℃～120℃温度下继续混合5～15分钟；

（3）将上述混合均匀的物料和表面改性碳纤维分别加入双螺杆挤出机的主料口和侧料口，经熔融混炼5～30分钟，然后挤出、冷却、造粒、干燥，即得本发明的碳纤维增强聚乙烯材料。

本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明制得的碳纤维增强聚乙烯材料，具有强度高、韧性好、耐热性能高和耐环境应力性能强等优点，可广泛应用于电器、化工、医疗、机械等行业。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

一种碳纤维增强聚乙烯材料，其组分按质量百分数配比为：聚乙烯60%、表面改性碳纤维32%、纳米滑石粉5%、聚乙烯蜡1%、硅烷偶联剂0.4%、受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物0.6%、料1%。所述的表面改性碳纤维为聚丙烯腈处理过的碳纤维，其具体为将碳纤维浸润在聚丙烯腈溶液，再将经浸润处理的碳纤维于50℃～300℃烘箱内预氧化0.1～100小时、并烘干，获得表面改性的碳纤维；其中，所述的聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈低聚物与溶剂配制而成的溶液，所述溶剂为乙醇。

制备方法：（1）制备表面改性碳纤维：首先配制聚丙烯腈溶液，然后将碳纤维浸润在聚丙烯腈溶液，再将经浸润处理的碳纤维于50℃～300℃烘箱内预氧化0.1～100小时、并烘干，获得表面改性的碳纤维，待用；（2）按重量配比称取滑石粉和硅烷偶联剂，加入高速混合器中混合均匀，温度为80℃～100℃，混合时间为10～15分钟，得到表面活化处理好的滑石粉，然后加入按重量配比称取的聚乙烯、聚乙烯蜡、受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物和料，在100℃～120℃温度下继续混合5～15分钟；（3）将上述混合均匀的物料和表面改性碳纤维分别加入双螺杆挤出机的主料口和侧料口，经熔融混炼5～30分钟，然后挤出、冷却、造粒、干燥，即得本发明的碳纤维增强聚乙烯材料。

实施例2：

一种碳纤维增强聚乙烯材料，其组分按质量百分数配比为：聚乙烯69%、表面改性碳纤维20%、纳米滑石粉8%、聚乙烯蜡1%、钛酸酯偶联剂0.6%、受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物0.8%、料0.6%。所述的表面改性碳纤维为聚丙烯腈处理过的碳纤维，其具体为将碳纤维浸润在聚丙烯腈溶液，再将经浸润处理的碳纤维于50℃～300℃烘箱内预氧化0.1～100小时、并烘干，获得表面改性的碳纤维；其中，所述的聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈低聚物与溶剂配制而成的溶液，所述溶剂为丙酮。

制备方法：（1）制备表面改性碳纤维：首先配制聚丙烯腈溶液，然后将碳纤维浸润在聚丙烯腈溶液，再将经浸润处理的碳纤维于50℃～300℃烘箱内预氧化0.1～100小时、并烘干，获得表面改性的碳纤维，待用；（2）按重量配比称取滑石粉和钛酸酯偶联剂，加入高速混合器中混合均匀，温度为80℃～100℃，混合时间为10～15分钟，得到表面活化处理好的滑石粉，然后加入按重量配比称取的聚乙烯、聚乙烯蜡、受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物和料，在100℃～120℃温度下继续混合5～15分钟；（3）将上述混合均匀的物料和表面改性碳纤维分别加入双螺杆挤出机的主料口和侧料口，经熔融混炼5～30分钟，然后挤出、冷却、造粒、干燥，即得本发明的碳纤维增强聚乙烯材料。