專利名稱：一種碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯二甲酸丁二醇酯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物基復(fù)合材料及其成型加工領(lǐng)域，具體涉及ー種碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯(PBT)復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及ー種利用碳纖維廢絲表面處理技術(shù)，改善纖維與基體之間的界面性能的方法。本發(fā)明可以得到一種高強(qiáng)度、高模量、高韌性、高熱形變溫度、高耐磨、抗蠕變、抗靜電的高性能復(fù)合材料。本發(fā)明采用的碳纖維增強(qiáng)材料為回收再利用的碳纖維廢絲，可顯著降低了原材料的使用成本，所制得的復(fù)合材料性能優(yōu)異，加工エ藝簡單，顯示了良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯是ー種乳白色半透明到不透明的結(jié)晶性熱塑性工程塑料，廣泛應(yīng)用于電器、汽車制造、家電等領(lǐng)域。這是因為聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯具有高耐熱性、韌性、耐疲勞性、耐化學(xué)腐蝕等。但是聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯同時存在諸如強(qiáng)度低、耐熱性 差、韌性不佳等一系列性能缺陷。純聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯的熱形變溫度很低，僅50°C左右，無法滿足エ業(yè)要求。為克服上述缺陷，必須對聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯進(jìn)行增強(qiáng)改性。目前，常用的方法是采用玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等高強(qiáng)度、高模量纖維與聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯熔融共混得到高強(qiáng)度、高模量的復(fù)合材料，同時提高聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯的熱形變溫度。如美國專利US4140670采用玻璃纖維來增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷，同時加入其它助劑，取得了良好的增強(qiáng)效果；美國專利US2011031283A1公開了玻纖增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯和聚對苯ニ甲酸こニ醇酯的技木，并報導(dǎo)了基體樹脂粘度對纖維增強(qiáng)的影響；日本專利JP07324156也公開了使用玻纖增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇的方法，同時通過加入橡膠提高復(fù)合材料的缺ロ沖擊強(qiáng)度；美國專利US7993737B2介紹了利用天然纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的方法。碳纖維作為ー種高性能纖維，其比強(qiáng)度高、比模量高、摩擦系數(shù)小。因此碳纖維復(fù)合材料性能廣泛運(yùn)用于體育、醫(yī)療器材、航空、航天等各領(lǐng)域。如高爾夫球桿和網(wǎng)球球拍中碳纖維應(yīng)用已十分廣泛；碳纖維復(fù)合材料傳動軸，尾翼和引擎蓋以在汽車行業(yè)廣泛運(yùn)用；波音787的機(jī)翼和機(jī)身上使用的碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料超過了 50%。在國內(nèi)外已公開和授權(quán)的專利中，都有大量的碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的發(fā)明。如美國專利US6106422報導(dǎo)了制備高性能碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的方法；中國專利CN1745127A也公開了采用用碳纖維增強(qiáng)聚碳酸酯的方法，并制備了力學(xué)性能優(yōu)異、抗靜電性高的復(fù)合材料；中國專利CN102558786A報導(dǎo)了一種聚對苯ニ甲酸丙ニ醇酯/碳纖維復(fù)合材料的制備方法，并發(fā)現(xiàn)較低的碳纖維填充就能很大提高聚對苯ニ甲酸丙ニ醇酯的沖擊強(qiáng)度和導(dǎo)電性。碳纖維增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇復(fù)合材料已有了成熟的應(yīng)用。意大利波利·布蘭德集団生產(chǎn)的耐磨、高剛性、導(dǎo)電的碳纖維增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇復(fù)合材料；日本東麗生產(chǎn)的1401T-30復(fù)合材料是ー款在聚對苯ニ甲酸丁ニ醇中加入質(zhì)量百分比30 wt. %碳纖維的增強(qiáng)型復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕、高模量、高強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。但是由于碳纖維生產(chǎn)エ藝較為復(fù)雜，至今全球規(guī)模企業(yè)不超過12家。主要有美國氰特エ業(yè)公司、赫氏公司以及日本的三菱麗陽、東邦、東麗等公司。國外公司控制了碳纖維的生產(chǎn)，日本、美國等主要生產(chǎn)公司長期以來對高性能特種原絲制備技術(shù)高度保密、不肯轉(zhuǎn)讓，使碳纖維在國內(nèi)的價格一直居高不下，阻礙了我國碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)展。碳纖維大多應(yīng)用于特殊領(lǐng)域，其使用壽命和更換周期有很嚴(yán)格要求，早期生產(chǎn)制造的碳纖維產(chǎn)品開始老化，不能滿足性能要求，出現(xiàn)大量廢棄的碳纖維產(chǎn)品。2010年廢棄的碳纖維產(chǎn)品大約為2萬噸，隨著全球碳纖維生產(chǎn)能力的擴(kuò)大和增強(qiáng)材料的大量使用，碳纖維的回收利用日顯重要。回收的碳纖維可用于生產(chǎn)一般的碳纖維復(fù)合材料。本發(fā)明中利用回收的碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯，可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有廢棄樹脂碳纖維復(fù)合材料所產(chǎn)生的碳纖維廢絲回收再利用，同時可以獲得力學(xué)性能優(yōu)異，價格低廉的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，有很好的市場前景。基體樹脂和增強(qiáng)用纖維的性能對復(fù)合材料的性能有很大影響，而且良好的增強(qiáng)用纖維與基體樹脂的界面結(jié)合能有效地傳遞載荷，影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。本發(fā)明中使用的碳纖維廢絲為回收的樹脂基碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下在350°C的流 化床反應(yīng)器內(nèi)煅燒后所得。未經(jīng)表面處理的碳纖維表面惰性大，與樹脂的界面結(jié)合差，增強(qiáng)效果有限。因此必須對碳纖維進(jìn)行表面改性，從而優(yōu)化碳纖維與樹脂基體間的界面結(jié)合性能，以達(dá)到改善碳纖維廢絲增強(qiáng)復(fù)合材料性能的目的。常用的碳纖維表面改性技術(shù)有①表面氧化處理；②表面涂層技木；③Y -射線輻照；④等離子體表面改性。如中國專利CN10142854A和CN101139462公開了通過硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，來改善碳纖維與樹脂間粘接性的方法；CN10125504A則報導(dǎo)了采用點(diǎn)解表面處理的方法來改善其界面粘接性；CN101824742A公開了將碳纖維引入電解槽，以丁ニ酸鈉、丁ニ酸、草酸銨配置的復(fù)合電解質(zhì)溶液，對碳纖維進(jìn)行電化學(xué)表面處理的方法。本發(fā)明中采用濕法處理手段對碳纖維廢絲進(jìn)行表面處理，本發(fā)明中制得的碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯的復(fù)合材料在強(qiáng)度、模量、耐熱性、導(dǎo)電性等重要性能上與傳統(tǒng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯/碳纖維復(fù)合材料接近。本發(fā)明不僅提供了ー種解決碳纖維廢絲回收再利用的新方法，同時所制備出的碳纖維增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯復(fù)合材料具有高性能、低成本的優(yōu)勢，能夠滿足市場要求，可以廣泛推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，針對目前市場上碳纖維價格昂貴的問題，通過利用從回收的廢棄樹脂基碳纖維復(fù)合材料中獲得的碳纖維廢絲作為聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯的增強(qiáng)材料，從而提供ー種高強(qiáng)高模、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性高、抗蠕變、抗靜電的碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯復(fù)合材料。本發(fā)明中所采用的回收碳纖維廢絲相對于市售常規(guī)碳纖維原材料，其增強(qiáng)效果相近，國產(chǎn)碳纖維T300價格為17(T200RMB / Kg，碳纖維廢絲價格為55 75RMB / Kg，碳纖維廢絲價格低廉。因此所制得碳纖維增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯具有更高的性價比，其經(jīng)濟(jì)效益可觀，具有良好的推廣應(yīng)用前景。本發(fā)明中使用的碳纖維廢絲是廢棄的碳纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料，通過煅燒后獲得，纖維表面原有的樹脂層被燒蝕棹，故碳纖維廢絲表面完全呈惰性。為使碳纖維廢絲與聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯具有良好的界面粘結(jié)性，必須對碳纖維廢絲進(jìn)行表面改性處理。本發(fā)明中對碳纖維廢絲表面處理的方法第一種是用質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液對碳纖維廢絲表面層刻蝕，使纖維表面粗糙度增加，増加碳纖維廢絲的比表面積，能夠在碳纖維廢絲表面形成-COOH、-OH等極性官能團(tuán)從而提高界面性能，然后使用硅烷偶聯(lián)劑對濃硝酸處理后的碳纖維廢絲進(jìn)行表面處理，使碳纖維廢絲與硅烷偶聯(lián)劑之間產(chǎn)生物理和化學(xué)偶聯(lián)。偶聯(lián)劑分子具有雙官能團(tuán)，一部分官能團(tuán)與纖維表面形成化學(xué)鍵，另一部分官能團(tuán)與基體反應(yīng)形成化學(xué)鍵；第二種是用質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液刻蝕后，使用質(zhì)量百分比濃度為3. O wt. %的雙酚A環(huán)氧樹脂溶液進(jìn)行表面處理。碳纖維廢絲在溶液中浸泡后，經(jīng)干燥使溶劑充分揮發(fā)，雙酚A環(huán)氧樹脂將涂覆在碳纖維廢絲表面，然后干燥。這種方法也稱為上漿法涂覆層既可以保護(hù)碳纖維表面，又可以提高纖維對基體的浸潤性。在聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯基體與碳纖維廢絲進(jìn)行熔融共混時，碳纖維廢絲表面的環(huán)氧樹脂會與聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯發(fā)生酯交換反應(yīng)，從而提高纖維廢絲與基體界面粘結(jié)性。本發(fā)明所提供的一種碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯復(fù)合材料的組分及其質(zhì)量百分比含量為聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯65. O 90. O wt. %、經(jīng)表面處理的碳纖維廢絲 5. O 30. O wt. %、增韌劑 3. O 8. O wt. %，抗氧化劑 O. I I. O wt. %。 所述的碳纖維廢絲經(jīng)市場購買獲得，為回收的熱固性樹脂基碳纖維復(fù)合材料制件或制品在氮?dú)獗Ｗo(hù)下經(jīng)過350°C煅燒出去樹脂后所得。所述表面處理的碳纖維廢絲為先經(jīng)過質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液刻蝕，然后經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑、雙酚A型環(huán)氧樹脂一種或幾種進(jìn)行表面處理。所述的雙酚A環(huán)氧甘油醚為E-51型雙酚A型環(huán)氧樹脂，所述硅烷偶聯(lián)劑為3- (2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三こ氧基硅烷、
3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基甲基ニこ氧基硅烷和2- (3，4環(huán)氧環(huán)己烷基)こ基三こ氧基硅烷中的ー種或幾種。所述增韌劑為聚烯烴接枝馬來酸酐或甲基丙烯酸縮水甘油酯的接枝共聚物，例如 如聚こ烯接枝馬來酸酐共聚物(PE-g-MAH)或聚(こ烯-辛烯)接枝甲基丙烯酸縮水甘油
酯(POE-g-GMA)。所述抗氧劑包括抗氧劑1010，即抗氧劑1010，即四[β (3,5- ニ叔丁基_4_羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧劑168，即三[2，4 - ニ叔丁基苯基]亞磷酸酯；抗氧劑1425，即雙(3，5- ニ叔丁基-4-羥基芐基膦酸單こ酷)鈣鹽；抗氧劑1098，即N，N’ -雙-(3- (3,5- ニ叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己ニ胺中ー種或幾種。本發(fā)明所提供的碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯復(fù)合材料的制備方法，使用的加工設(shè)備為雙螺桿擠出造粒機(jī)組，該雙螺桿擠出造粒機(jī)中的螺桿模塊由高硬度合金鋼制造、專門應(yīng)用于纖維加工的模塊，同時主機(jī)應(yīng)配置失重計量秤的側(cè)喂料裝置及機(jī)筒末端真空抽氣裝置，具體加工方法如下第一歩，將碳纖維廢絲先用質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液中浸澤2個小時，使纖維表面氧化，然后經(jīng)過沖洗、干燥之后，再置于硅烷偶聯(lián)劑或雙酚A型環(huán)氧樹脂溶液中，濕法處理5個小時，然后置于90°C烘箱內(nèi)干燥。第二步，將聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯、增韌劑置于100°C的干燥箱內(nèi)充分干燥。第三步，按上述質(zhì)量百分比，分別稱取聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷、抗氧劑、增韌劑，所有粉料粒料都放入混合機(jī)中混合均勻。第四步，將混合好的物料通過加料斗加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出；同時將表面處理后的碳纖維廢絲通過配有失重計量稱的側(cè)喂料裝置，從位于機(jī)筒中段的排氣ロ加入；并開啟位于雙螺桿擠出機(jī)末端的真空排氣泵。エ藝條件為螺桿轉(zhuǎn)速180 200轉(zhuǎn)/分鐘；喂料速度15 20轉(zhuǎn)/分鐘；料筒至機(jī)頭各段溫度控制在245 265°C，ロ模溫度為 245 250°C。第五步，將擠出的熔體拉條浸入水槽中冷卻，經(jīng)過造粒、過篩、干燥，得到碳纖維增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯復(fù)合材料。本發(fā)明中對碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯復(fù)合材料中的碳纖維廢絲含量的控制是通過雙螺桿的轉(zhuǎn)速、主喂料機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速和加料速度三者之間的協(xié)調(diào)和配合，需要經(jīng)過多次試驗來建立上述三者之間的匹配性與所制備復(fù)合材料中碳纖維含量的相互關(guān)系，然后根據(jù)對碳纖維廢絲含量的要求來制定這三個エ藝參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)I.本發(fā)明使用回收的碳纖維廢絲，不僅成本低廉，同時很好解決熱固性復(fù)合材料 制品或制件的回收問題。2.本發(fā)明所得的碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯具有高強(qiáng)度、高模量、熱形變溫度高、導(dǎo)電性良好等特點(diǎn)，能夠滿足工程塑料的要求。3.本發(fā)明提出的碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯制備エ藝簡單，適合大規(guī)模エ業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的市場前景。以下結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)ー步描述。
具體實(shí)施例方式以下是結(jié)合本發(fā)明技術(shù)方案所提供的配方所做的實(shí)施例，用以進(jìn)一歩解釋本發(fā)明。具體所用原料及其牌號和廠家見表I。實(shí)例I先將碳纖維廢絲置于質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液中浸泡2個小時，然后用清水洗浄，再將碳纖維廢絲放入質(zhì)量百分比濃度為3 wt. %的環(huán)氧樹脂溶液中浸泡5個小吋，其溶劑為水和こ醇體積比為I : I的溶液，待環(huán)氧樹脂充分吸附在碳纖維上后，然后放入90°C的真空烘箱內(nèi)充分干燥。按如下質(zhì)量百分比稱取聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷、碳纖維廢絲、增韌劑、抗氧化劑。
聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯89.0 wt.%
環(huán)氧樹脂溶液處理后的碳纖維廢絲5.0 wt.%
PE-g-MAH5.6 wt.%
抗氧劑 10100.2 wt.%
抗氧劑 1680.2 wt.%將聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷、增韌劑、抗氧劑置于混合機(jī)內(nèi)混合均勻后，然后通過加料斗將混好的物料加入雙螺桿擠出機(jī)中。同時將表面處理后的碳纖維廢絲通過配有失重計量稱的側(cè)喂料裝置，從位于機(jī)筒中段的排氣ロ加入，并開啟位于雙螺桿擠出機(jī)末端的真空排氣泵。料筒各段至機(jī)頭的溫度分別為245 V、252 V、255 V、260 V、260 V、257 V、255 V、253°C、255°C，ロ模溫度為245°C。螺桿轉(zhuǎn)速為185轉(zhuǎn)/分鐘。將擠出熔體拉條經(jīng)水冷、烘干、切粒，并在90°C的烘箱內(nèi)充分干燥。將得到的粒料在注塑機(jī)上注塑成型為標(biāo)準(zhǔn)測試樣條。其中各項性能按照國標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。實(shí)例2先將碳纖維廢絲置于質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液中浸泡2個小時，然后用清水洗浄，再將碳纖維廢絲放入質(zhì)量百分比濃度為3 wt. %的環(huán)氧樹脂溶液中浸泡5個小吋，其溶劑為水和こ醇體積比為I : I的溶液，待環(huán)氧樹脂充分吸附在碳纖維上后，然后放入90°C的真空烘箱內(nèi)充分干燥。按如下質(zhì)量百分比稱取聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷、碳纖維廢絲、增韌劑、抗氧化劑。聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷84.0wt.°/o
環(huán)氧樹脂溶液處理后的碳纖維廢絲10.0 wt.%
PE-g-MAH5.6 wt.%
抗氧劑 10100.2 wt.%
抗氧劑 1680.2 wt.%將上述稱量好的聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷、增韌劑和抗氧劑置于混合機(jī)內(nèi)混合均勻后，然后通過加料斗將混好的物料加入雙螺桿擠出機(jī)中。同時將表面處理后的碳纖維廢絲通過配有失重計量稱的側(cè)喂料裝置，從位于機(jī)筒中段的排氣ロ加入，并開啟位于雙螺桿擠出機(jī)末端的真空排氣泵。料筒各段至機(jī)頭的溫度分別為245で、252で、255°C、260°C、260°C、257°C>255°C>253°C>255°C, ロ模溫度為245°C。螺桿轉(zhuǎn)速為185轉(zhuǎn)/分鐘。將擠出熔體拉條經(jīng)水冷、烘干、切粒，并在90°C的烘箱內(nèi)充分干燥。將得到的粒料在注塑機(jī)上注塑成型為標(biāo)準(zhǔn)測試樣條。其中各項性能按照國標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。實(shí)例3先將碳纖維廢絲置于質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液中浸泡2個小時，然后用清水洗浄，再將碳纖維廢絲放入質(zhì)量百分比濃度為3 wt. %的環(huán)氧樹脂溶液中浸泡5個小吋，其溶劑為水和こ醇體積比為I : I的溶液，待環(huán)氧樹脂充分吸附在碳纖維上后，然后放入90°C的真空烘箱內(nèi)充分干燥。按如下質(zhì)量百分比稱取聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷、碳纖維廢絲、增韌劑、抗氧化劑。聚對苯二甲酸丁二醇酯79.0 wt.%
環(huán)氧樹脂溶液處理后的碳纖維廢絲15.0 wt.%
PE-g-MAH5.6 wt.%
抗氧劑 14250.2 wt.%
抗氧劑 10980.2 wt.%聚對苯二甲酸丁二醇酯、增韌劑、抗氧劑置于混合機(jī)內(nèi)混合均勻后，然后通過加料斗將混好的物料加入雙螺桿擠出機(jī)中。同時將表面處理后的碳纖維廢絲通過配有失重計量稱的側(cè)喂料裝置，從位于機(jī)筒中段的排氣口加入，并開啟位于雙螺桿擠出機(jī)末端的真空排氣泵。料筒各段至機(jī)頭的溫度分別為245 V、252 V、255 V、260 V、260 V、257 V、255 V、2530C>255°C, 口模溫度為245°C。螺桿轉(zhuǎn)速為185轉(zhuǎn)/分鐘。將擠出熔體拉條經(jīng)水冷、烘干、切粒，并在90°C的烘箱內(nèi)充分干燥。將得到的粒料在注塑機(jī)上注塑成型為標(biāo)準(zhǔn)測試樣 條。其中各項性能按照國標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。實(shí)例4先將碳纖維廢絲置于質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液中浸泡2個小時，然后用清水洗凈，再將碳纖維廢絲放入質(zhì)量百分比濃度為3 wt. %的環(huán)氧樹脂溶液中浸泡5個小時，其溶劑為水和乙醇體積比為I : I的溶液，待環(huán)氧樹脂充分吸附在碳纖維上后，然后放入90°C的真空烘箱內(nèi)充分干燥。按如下質(zhì)量百分比稱取聚對苯二甲酸丁二醇酯、碳纖維廢絲、增韌劑、抗氧化劑。
聚對苯二甲酸丁二醇酷74.0wt.°/o
環(huán)氧樹脂溶液處理后的碳纖維廢絲20.0 wt.%
PE-g-MAH5.6 wt.%
抗氧劑 14250.2 wt.%
抗氧劑 10980.2 wt.%聚對苯二甲酸丁二醇酯、增韌劑、抗氧劑置于混合機(jī)內(nèi)混合均勻后，然后通過加料斗將混好的物料加入雙螺桿擠出機(jī)中。同時將表面處理后的碳纖維廢絲通過配有失重計量稱的側(cè)喂料裝置，從位于機(jī)筒中段的排氣口加入，并開啟位于雙螺桿擠出機(jī)末端的真空排氣泵。料筒各段至機(jī)頭的溫度分別為245 V、252 V、255 V、260 V、260 V、257 V、255 V、2530C>255°C, 口模溫度為245°C。螺桿轉(zhuǎn)速為185轉(zhuǎn)/分鐘。將擠出熔體拉條經(jīng)水冷、烘干、切粒，并在90°C的烘箱內(nèi)充分干燥。將得到的粒料在注塑機(jī)上注塑成型為標(biāo)準(zhǔn)測試樣條。其中各項性能按照國標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。實(shí)例5先將碳纖維廢絲置于質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液中浸泡2個小時，然后用清水洗凈，放入90°C的真空烘箱內(nèi)充分干燥，再將碳纖維廢絲放入質(zhì)量百分比濃度為5 wt. %的3 - (2，3 -環(huán)氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷，對應(yīng)牌號KH561，的乙醇溶液中浸泡5個小時，然后放入90°C的真空烘箱內(nèi)充分干燥。按如下質(zhì)量百分比稱取聚對苯二甲酸丁二醇酯、碳纖維廢絲、增韌劑、抗氧化劑。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯二甲酸丁二醇酯復(fù)合材料，其組分的質(zhì)量百分比為■ 聚對苯二甲酸丁二醇酯65. O 90. O wt. %、經(jīng)表面處理后的碳纖維廢絲5. 0 30 wt. %、抗氧劑0. I 0. 3 wt. %、增韌劑3. 0 8. 0 wt. %。所述的表面處理，其方法為先用濃硝酸溶液對碳纖維廢絲表面進(jìn)行氧化，然后采用含有環(huán)氧官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑或雙酚A 二縮水甘油醚大分子偶聯(lián)劑對碳纖維廢絲的表面進(jìn)行官能化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中的復(fù)合材料，其特征在于所述含有環(huán)氧官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑為3 - (2, 3 -環(huán)氧丙氧)丙基二乙氧基娃燒、3 _ (2, 3 -環(huán)氧丙氧)丙基甲基_■乙氧基娃燒和2 - (3,4環(huán)氧環(huán)己烷基)乙基三乙氧基硅烷中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中的復(fù)合材料，其特征在于所述雙酚A二縮水甘油醚為E - 51型雙酚A型環(huán)氧樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中的復(fù)合材料，其特征在于所述增韌劑為聚烯烴接枝馬來酸酐或甲基丙烯酸縮水甘油酯的接枝共聚物，其中馬來酸酐的接枝率為0. 4 0. 7 wt. %，甲基丙烯酸縮水甘油酯的接枝率為0. 3 0. 6wt. %。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中得復(fù)合材料，其特征在于所述抗氧劑為抗氧劑1010，即四[3(3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧劑168，即三[2，4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯；抗氧劑1425，即雙(3，5 - 二叔丁基-4 -羥基芐基膦酸單乙酯)鈣鹽；抗氧齊[J 1098，即N，N’ -雙-(3- (3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己二胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯二甲酸丁二醇酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下幾個步驟 第一步，將碳纖維廢絲置于質(zhì)量百分比濃度為37%硝酸溶液中浸泡2 h，用清水沖洗干凈后，放入質(zhì)量百分比濃度為3 wt. %的雙酚A 二縮水甘油醚大分子偶聯(lián)劑溶液，其溶劑為水和乙醇體積比為I : I的溶液中浸泡5 h，或放入質(zhì)量百分比濃度為5 wt. %的含有環(huán)氧官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑溶液，其溶劑為乙醇的溶液中浸泡5 h ;待雙酚A 二縮水甘油醚大分子偶聯(lián)劑或含有環(huán)氧官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑吸附在碳纖維上后，取出并放入90 °C的干燥箱干燥2 h，然后置入密封袋內(nèi)備用； 第二步，將聚對苯二甲酸丁二醇酯、增韌劑置于100 °〇的干燥箱內(nèi)干燥； 第三步，按上述的質(zhì)量百分比，分別稱取聚對苯二甲酸丁二醇酯、增韌劑和抗氧劑，并將其置于混合機(jī)中混合均勻；同時稱取相應(yīng)質(zhì)量百分比的經(jīng)表面處理后的碳纖維廢絲備用； 第四步，將混合好的物料通過加料斗加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出；同時使用配備失重計量秤的側(cè)喂料裝置，將經(jīng)表面處理并干燥后的碳纖維廢絲，通過雙螺桿擠出機(jī)的中段排氣口加入，并同時開啟雙螺桿擠出機(jī)的真空泵；工藝條件為螺桿轉(zhuǎn)速180 200轉(zhuǎn)/分鐘；喂料速度15 20轉(zhuǎn)/分鐘；料筒至機(jī)頭各段溫度控制在245 265°C，口模溫度為245 250°C ； 第五步，將擠出的熔體拉條浸入水槽中冷卻，經(jīng)過造粒、過篩、干燥，得到碳纖維增強(qiáng)聚對苯二甲酸丁二醇酯復(fù)合材料。
全文摘要
一種碳纖維廢絲增強(qiáng)聚對苯二甲酸丁二醇酯復(fù)合材料及其制備方法，屬于聚合物基復(fù)合材料領(lǐng)域。復(fù)合材料組分為增強(qiáng)聚對苯二甲酸丁二醇酯65.0～90.0 wt.%、經(jīng)表面處理后的碳纖維廢絲5.0～30 wt.%、抗氧劑0.1～0.3 wt.%、增韌劑3.0～8.0 wt.%。制備方法為首先對碳纖維廢絲的表面進(jìn)行清洗、活化處理和干燥，然后經(jīng)側(cè)喂料口將其加入雙螺桿擠出機(jī)，與聚對苯二甲酸丁二醇酯、增韌劑、抗氧劑一同通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出；擠出后的熔體經(jīng)拉條、水冷、過篩、造粒和干燥料。復(fù)合材料擁有高強(qiáng)度、高模量、高韌性和高熱形變溫度，并具有耐熱性好、抗靜電性能好、耐磨擦、耐蠕變的特點(diǎn)；產(chǎn)品性價比高，方法簡單，可廣泛運(yùn)用于電子電氣零部件、汽車配件、家用電器等領(lǐng)域。
文檔編號C08K9/02GK102827463SQ20121035240
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者汪曉東, 陳勇, 武德珍 申請人:北京化工大學(xué)