一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料，其特征在于，其重量百分比組成包括：熱塑性聚酰亞胺10~60%，碳纖維5~50%，相容劑5~20%，偶聯劑0.2~1.5%，抗氧劑0~1%，光穩劑0~1%，加工助劑0~10%；該聚酰亞胺復合材料的制備方法包括以下步驟：首先準備好各種原料；然后將熱塑性聚酰亞胺、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、光穩劑和加工助劑先后加入到高速混合機中分散混合；混合完成后，將混合后的物料放入擠出機中，在擠出時通過擠出機的玻纖口單獨引入碳纖維將物料進行混合擠出并造粒，即得到聚酰亞胺復合材料的粒料。本發明提供的聚酰亞胺復合材料具有較高的剛性、強度和韌性，可廣泛應用于航空、汽車、電子電器、工業機械等領域。
【專利說明】一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熱塑性高分子材料【技術領域】，具體涉及一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]聚酰亞胺(PI)是一類以酰亞胺環為特征結構的聚合物，具有突出的耐高溫性能、優良的機械性能、電學性能、耐摩擦磨損性能及穩定性。聚酰亞胺制品一般應用于航空、航天、電器、機械、化工、微電子等領域。但由于其環化結構易造成制品性脆、加工成型困難，限制了聚酰亞胺在諸多領域的更廣泛使用。熱塑性聚酰亞胺(TPI)是在傳統的熱固性聚酰亞胺(PI)的基礎上發展起來的具有良好的熱塑加工性能的特種工程塑料之一，它不僅可采用熱固性PI的所有加工方式成型，還可采用適合于熱塑性塑料的擠出和注塑的方法成型，因此特別適于一次成型結構復雜的制品，無需二次加工，解決了傳統熱固性PI成型加工困難、產品形式單一等問題。TPI往往是在合成PI的單體分子結構中引入柔性鏈或線性鏈段結構，從而改善PI的熱塑加工性能。但是，柔性鏈段的引入必然導致材料強度及高溫性能的下降，在一定程度上限制了其在航空、航天等高端領域的應用。因此，有必要采用其他方式對聚酰亞胺進行改性，在改善熱塑加工性能的同時，保證其強度、剛性和韌性等性能滿足要求。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種具有較高剛性、強度和韌性的碳纖增強聚酰亞胺復合材料及其步驟簡單的制備方法。
[0004]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料，其重量百分比組成包括:熱塑性聚酰亞胺10~60%，碳纖維5~50%，相容劑5~20%，偶聯劑0.2~1.5%，抗氧劑O~1%，光穩劑O~1%，加工助劑O~10% ；
[0005]所述的相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、三元異丙橡膠接枝馬來酸酐和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一種或幾種；
[0006]所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑中的一種或幾種；
[0007]所述的抗氧劑為酚類抗氧劑、胺類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑、硫代酯類抗氧劑和金屬鈍化劑中的一種或幾種；
[0008]所述的光穩劑為二甲酮類光穩劑和受阻胺類光穩劑中的一種或兩種；
[0009]所述的加工助劑為硅酮粉、乙烯基雙硬脂酰胺、二甲基硅油、PE1-Sulfone共聚物中的一種或幾種。
[0010]優選地，所述的硅烷偶聯劑為3_氨丙基二乙氧基硅烷、Y - (2，3_環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種；所述的鈦酸酯偶聯劑為異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、單烷氧基不飽和脂肪酸鈦酸酯和雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯中的一種或幾種；所述的鋁酸酯偶聯劑為鋁酸三異丙酯。[0011]優選地，所述的酚類抗氧劑為N，N’ -雙-(3-(3，5- 二叔丁基_4_羥基苯基)丙?；?己二胺、四[β_ (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯和β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一種或幾種；所述的胺類抗氧劑為6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉)和N，N’ - 二苯基對苯二胺中的一種或兩種；所述的亞磷酸酯類抗氧劑為三(2，4- 二叔丁基苯基)亞磷酸酯；所述的硫代酯類抗氧劑為硫代二丙酸雙十八醇酯和硫代二丙酸雙十二醇酯中的一種或兩種；所述的金屬鈍化劑為N，N’ - 二亞水楊基丙二胺。
[0012]優選地，所述的二甲酮類光穩劑為2-[4-[2_羥基-3-十三烷氧基丙基]氧基]-2-羥基苯基]-4，6-雙(2，4- 二甲基苯基)-1,3, 5-三嗪和2-[4-[2-羥基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羥基苯基]_4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪的混合物；所述的受阻胺類光穩劑為聚丁二酸(4-羥基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯。
[0013]優選地，所述的PE1-Sulfone共聚物為沙伯基礎創新塑料(中國)有限公司提供的商品型號為Extern XH1005或Ultem VH1003的產品。
[0014]一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料的制備方法，包括以下步驟:首先按熱塑性聚酰亞胺10~60%，碳纖維5~50%，相容劑5~20%，偶聯劑0.2~1.5%，抗氧劑O~1%，光穩劑O~1%，加工助劑O~10%的重量百分比組成準備好各種原料；然后將除碳纖維外的其他原料依次加入到轉速為600~900rpm的高速混合機中分散混合,混合時間為5~IOmin,混合溫度為50~70°C ;混合完成后，將混合后的物料放入擠出機中，將擠出機的各區溫度從喂料段到機頭溫度依次控制在220 V、260 V、290 V、295 °C、295 °C、300 V、300 V、305 V、305°C >300°C，擠出螺桿長徑比為38~42，擠出螺桿轉速為300~400rpm，喂料速度為15~30rpm，在擠出時通過擠出機的玻纖口單獨引入碳纖維將物料進行混合擠出并造粒，即得到聚酰亞胺復合材料的粒料。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在于:本發明通過對基體樹脂、填料、加工助劑等的適當選擇，得到既具有較高剛`性和強度，又具有較高韌性的熱塑性聚酰亞胺復合材料。起增強作用的碳纖維為無機填料，碳纖維(CF)的比強度高，耐磨損、耐疲勞、熱膨脹系數小，并具有自潤滑的特點，在本發明復合材料中添加碳纖維后，大大提高了本發明聚酰亞胺復合材料的力學性能、耐高溫性能和摩擦性能等性能。本發明聚酰亞胺復合材料可廣泛應用于航空、汽車、電子電器、工業機械等領域，具體用途包括:發動機供燃系統零件、噴氣發動機元件、壓縮機和發電機零件、扣件、花鍵接頭和電子聯絡器；汽車發動機部件、軸承、活塞套、定時齒輪；電子工業上的印刷線路板、絕緣材料、耐熱性電纜、接線柱、插座；機械工業上的耐高溫自潤滑軸承、壓縮葉片和活塞機、密封圈、設備隔熱罩、止推墊圈、軸襯等。
【具體實施方式】
[0016]以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0017]各實施例聚酰亞胺復合材料的重量百分比組成見表1。按表1的重量百分比組成準備好各實施例的原料。以英文縮寫或簡稱表示的原料為:熱塑性聚酰亞胺---TPIj^纖維---CF，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物一-EMAG，三元異丙橡膠接枝馬來酸酐EPDM-g-MAH，3-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550, y- (2，3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷---KH-560、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570，雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯TMC-311，N，N’ -雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己二胺一1098，四[β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯1010，β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯1076，三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯一168，硫代二丙酸雙十八醇酯一DSTP，硫代二丙酸雙十二醇酯DLTDP, N，N’ -二亞水楊基丙二胺Τ1201，聚丁二酸(4-羥基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯UV-622，2-[4-[2-羥基-3-十三烷氧基丙基]氧基]_2_羥基苯基]-4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪和2-[4-[2-羥基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羥基苯基]-4，6-雙(2，4- 二甲基苯基)-1，3，5-三嗪混合物UV-400,乙烯基雙硬脂酰胺---EBS。
[0018]表1實施例1~實施例5聚酰亞胺復合材料的重量百分配比(％)
[0019]
【權利要求】
1.一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料，其特征在于，其重量百分比組成包括:熱塑性聚酰亞胺10~60%，碳纖維5~50%，相容劑5~20%，偶聯劑0.2~1.5%，抗氧劑0~1%，光穩劑0~1%，加工助劑0~10% ； 所述的相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、三元異丙橡膠接枝馬來酸酐和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一種或幾種； 所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑中的一種或幾種； 所述的抗氧劑為酚類抗氧劑、胺類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑、硫代酯類抗氧劑和金屬鈍化劑中的一種或幾種； 所述的光穩劑為二甲酮類光穩劑和受阻胺類光穩劑中的一種或兩種； 所述的加工助劑為硅酮粉、乙烯基雙硬脂酰胺、二甲基硅油、PE1-Sulfone共聚物中的一種或幾種。
2.根據權利要求1所述的一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料，其特征在于:所述的硅烷偶聯劑為3-氨丙基二乙氧基硅烷、Y - (2，3-環氧丙氧)丙基二甲氧基硅烷和(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種；所述的鈦酸酯偶聯劑為異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、單烷氧基不飽和脂肪酸鈦酸酯和雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯中的一種或幾種；所述的鋁酸酯偶聯劑為鋁酸三異丙酯。
3.根據權利要求1所述的一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料，其特征在于:所述的酚類抗氧劑為N，N’-雙-(3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己二胺、四[β _(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯和β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一種或幾種；所述的胺類抗氧劑為6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉)和N，N’-二苯基對苯二胺中的一種或兩種；所述的亞磷酸酯類抗氧劑為三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯；所述的硫代酯類抗氧劑為硫代二丙酸雙十八醇酯和硫代二丙酸雙十二醇酯中的一種或兩種；所述的 金屬鈍化劑為N，N’ - 二亞水楊基丙二胺。
4.根據權利要求1所述的一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料，其特征在于:所述的二甲酮類光穩劑為2-[4-[2_羥基-3-十三烷氧基丙基]氧基]-2_羥基苯基]-4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪和2-[4-[2-羥基-3-十二烷氧基丙基]氧基]_2_羥基苯基]_4，6-雙(2，4- 二甲基苯基)-1, 3，5-三嗪的混合物；所述的受阻胺類光穩劑為聚丁二酸(4-羥基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯。
5.根據權利要求1所述的一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料，其特征在于:所述的PE1-Sulfone共聚物為沙伯基礎創新塑料(中國)有限公司提供的商品型號為ExternXH1005 或 Ultem VH1003 的產品。
6.一種碳纖增強聚酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:首先按熱塑性聚酰亞胺10~60%，碳纖維5~50%，相容劑5~20%，偶聯劑0.2~1.5%，抗氧劑0~1%，光穩劑(Tl%，加工助劑0-10%的重量百分比組成準備好各種原料；然后將除碳纖維外的其他原料依次加入到轉速為60(T900rpm的高速混合機中分散混合,混合時間為5~10min,混合溫度為50 70 C ;混合完成后，將混合后的物料放入擠出機中，將擠出機的各區溫度從喂料段到機頭溫度依次控制在 220 V、260 V、290 V、295 V、295 V、300 V、300 V、305 V、305 V、300°C，擠出螺桿長徑比為38~42，擠出螺桿轉速為30(T400rpm，喂料速度為15~30rpm，在擠出時通過擠出機的玻纖口單獨引入碳纖維將物料進行混合擠出并造粒，即得到聚酰亞胺復合材料的粒 料。
【文檔編號】B29B9/06GK103483816SQ201310362352
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】黃孟波, 黃立波, 劉永利 申請人:寧波泛龍塑料新材料有限公司