碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碳纖復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種碳纖維/增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維是含碳量在90%以上的高強(qiáng)度高模量纖維,是用分解溫度低于熔融溫度的 纖維聚合物,通過(guò)千度以上固相熱解而制成。碳纖維的種類包括:聚丙烯腈基碳纖維(PAN 基碳纖)、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維等。60年代以來(lái),碳纖維迅速發(fā)展為新型增強(qiáng)材 料,具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、耐疲勞、性能優(yōu)良、模量大和熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn),在復(fù)合材料領(lǐng) 域里有廣泛的應(yīng)用。但是,纖維中的碳分子平面是沿纖維軸取向,表面呈化學(xué)惰性,其與熱 塑性樹(shù)脂基體之間親和力較差,難以形成化學(xué)鍵連接,并且界面存在不相容組分,界面粘結(jié) 強(qiáng)度低,復(fù)合時(shí)容易在界面上形成孔隙和缺陷,導(dǎo)致增強(qiáng)體與基體樹(shù)脂難以形成有效粘結(jié), 從而影響碳纖復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮。
[0003] 聚苯硫醚(PPS)全稱為聚對(duì)亞苯硫醚,是在分子主鏈上具有硫醚基的一類高聚 物。聚苯硫醚是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性特種工程塑料,是熱塑性塑料中熱穩(wěn)定程度較 高的樹(shù)脂之一。PPS樹(shù)脂在高溫條件下剛性降低很小,具有出色的耐疲勞性能和抗蠕變性 能;能與許多金屬和非金屬材料很好地粘結(jié),還能與許多高分子材料共混。但是,PPS是絕 緣性材料,這限制了其在對(duì)材料導(dǎo)電性能要求較高的領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中有用碳纖維對(duì)聚苯硫醚進(jìn)行改性,以提高其導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。但是,這 種改性后的聚苯硫醚復(fù)合材料的韌性和耐熱性有待進(jìn)一步改善。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此,本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料及其制備方法,本發(fā)明 提供的碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料具有優(yōu)良的韌性和耐熱性。
[0006] 本發(fā)明提供一種碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料,由混合物料經(jīng)混煉制得;
[0007] 所述混合物料包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分:
[0008] 50 %~70 %的聚苯硫醚;
[0009] 20 %~35 %的碳纖維;
[0010] 5%~10%的可溶性聚四氟乙烯;
[0011] 2%~5%的聚硅氧烷;
[0012] 1 %~2%的抗氧劑。
[0013] 優(yōu)選地,所述混合物料包括54 %~60%的聚苯硫醚。
[0014] 優(yōu)選地,所述聚苯硫醚的重均分子量為40000~50000。
[0015] 優(yōu)選地,所述碳纖維為用硅烷偶聯(lián)劑和硝酸鈰銨處理后的改性碳纖維。
[0016] 優(yōu)選地,所述混合物料包括6%~8%的可溶性聚四氟乙烯。
[0017] 優(yōu)選地,所述抗氧劑選自抗氧劑1010和抗氧劑168中的至少一種。
[0018] 優(yōu)選地,所述混合物料還包括相容劑。
[0019] 優(yōu)選地,所述混合物料包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分:
[0020] 58 %的聚苯硫醚;
[0021] 30 %的碳纖維;
[0022] 8%的可溶性聚四氟乙烯;
[0023] 3 %的聚硅氧烷;
[0024] 1 %的抗氧劑。
[0025] 本發(fā)明還提供一種上文所述的碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料的制備方法,包括:
[0026] 將聚苯硫醚、碳纖維、可溶性聚四氟乙烯、聚硅氧烷和抗氧劑混合后,進(jìn)行熔融混 煉,得到碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料。
[0027] 優(yōu)選地,所述熔融混煉的溫度為250°C~300°C。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明主要以聚苯硫醚、碳纖維、可溶性聚四氟乙烯、聚硅氧烷 和抗氧劑為混合物料,經(jīng)混煉得到碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料。在本發(fā)明中,各組分互相 配合、綜合作用,能提高聚苯硫醚復(fù)合材料的韌性和耐熱性。結(jié)果表明,本發(fā)明提供的聚苯 硫醚復(fù)合材料的耐熱溫度高,且韌性較以往更好。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例熔融混煉的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例 僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0031] 本發(fā)明提供了一種碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料,由混合物料經(jīng)混煉制得;所述 混合物料包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分:
[0032] 5〇%~7〇%的聚苯硫醚;
[0033] 20 %~35 %的碳纖維;
[0034] 5%~10%的可溶性聚四氟乙烯;
[0035] 2 %~5 %的聚硅氧烷;
[0036] 1 %~2%的抗氧劑。
[0037] 本發(fā)明提供的碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料不僅具有導(dǎo)電和導(dǎo)熱性,而且具有優(yōu) 良的韌性和耐熱性。
[0038] 本發(fā)明提供的碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料由混合物料經(jīng)混煉制得;以質(zhì)量分?jǐn)?shù) 計(jì),所述混合物料包括50%~70%的聚苯硫醚,優(yōu)選包括54%~60%的聚苯硫醚;其作為 基體樹(shù)脂材料使用。在本發(fā)明中,所述聚苯硫醚的重均分子量?jī)?yōu)選為40000~50000,更優(yōu) 選為45000~48000。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述聚苯硫醚的重均分子量為48000,熔 體流動(dòng)速率192g/10min;灰分為0. 27wt%,水分為0. 22wt%;燃燒等級(jí)為V-0。本發(fā)明對(duì)所 述聚苯硫醚的來(lái)源沒(méi)有特殊限制,一般采用市售產(chǎn)品,如選用四川德陽(yáng)公司的注塑級(jí)聚苯 硫醚樹(shù)脂(PPS-hb)。
[0039] 以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì),所述混合物料包括20 %~35 %的碳纖維,優(yōu)選包括25 %~30 %的 碳纖維。在本發(fā)明中,所述碳纖維優(yōu)選為用硅烷偶聯(lián)劑和硝酸鈰銨處理后的改性碳纖維。本 發(fā)明對(duì)所述碳纖維的來(lái)源沒(méi)有特殊限制,一般為行業(yè)內(nèi)常規(guī)的長(zhǎng)碳纖維,可采用日本東麗 公司生產(chǎn)的碳纖維市售產(chǎn)品。
[0040] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,采用硅烷偶聯(lián)劑和硝酸鈰銨為處理劑對(duì)碳纖維進(jìn)行改 性,得到改性碳纖維;改性方法包括:將碳纖維放入處理液中處理,所述處理液包括水、硅 烷偶聯(lián)劑如KH560、鈦酸鉀偶聯(lián)劑、硝酸鈰銨和乙醇。在所述改性方法中,碳纖維和處理液 的用量比為(300~600)g:12L;所述處理液中處理劑的濃度為0. 2mL/L~2. 5mL/L,優(yōu)選 為0. 5mL/L~2mL/L。本發(fā)明實(shí)施例可在室溫如25°C條件下,按比例將碳纖維(每300g~ 600g卷成一卷)放入裝有配好處理液的處理池中放置5分鐘~10分鐘處理。處理后,本發(fā) 明實(shí)施例拿出放干,再將處理后的碳纖維在l〇〇°C~120°C的條件下烘干,20小時(shí)~26小時(shí) 后,得到改性碳纖維。
[0041] 本發(fā)明的碳纖維在使用之前優(yōu)選還進(jìn)行了表面處理,因此使得處理后的碳纖維表 面具有極性官能團(tuán),能夠與作為基體的聚苯硫醚作用,二者通過(guò)化學(xué)鍵鍵合更加緊密、結(jié)合 力強(qiáng)(未處理的碳纖維與聚苯硫醚之間只能靠物理作用結(jié)合,結(jié)合力弱),從而使得制備得 到的復(fù)合材料的牢固性增加、強(qiáng)度更強(qiáng)。
[0042] 以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì),所述混合物料包括5%~10%的可溶性聚四氟乙烯,優(yōu)選包括 6%~8%的可溶性聚四氟乙烯。在本發(fā)明中,所述可溶性聚四氟乙烯可以賦予聚苯硫醚材 料更好的耐熱性、韌性、耐磨性和阻燃性。所述可溶性聚四氟乙烯可采用相應(yīng)的市售產(chǎn)品; 在本發(fā)明的實(shí)施例中,可溶性聚四氟乙烯的使用溫度(_250°C~250°C)較廣。
[0043] 以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì),所述混合物料包括2%~5%的聚硅氧烷。所述聚硅氧烷具有不 同聚合度鏈狀結(jié)構(gòu),其中的一些產(chǎn)品如聚硅氧烷HT5504在高低溫下的強(qiáng)度等性能都很優(yōu) 良,可作為增強(qiáng)材料加入到基體材料中,并且不會(huì)使基體材料的其他性能有損失;硅酮粉在 本發(fā)明中可以起到潤(rùn)滑、相容等作用。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,所述混合物料優(yōu)選包括 1 %~3%的聚硅氧烷和1 %~2%的硅酮粉。在本發(fā)明的實(shí)施例中,聚硅氧烷的分子量可為 300萬(wàn)。市場(chǎng)上用的硅酮粉一般是用較高分子量的有機(jī)硅酮(即較高分子量聚硅氧烷)添 加二氧化硅生產(chǎn)而成;本發(fā)明對(duì)所述硅酮粉的來(lái)源沒(méi)有特殊限制。
[0044] 以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì),所述混合物料包括1 %~2 %的抗氧劑,包括1 %~1. 5 %的抗氧 劑。在本發(fā)明中,所述抗氧劑優(yōu)選自抗氧劑1〇1〇(四[β-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基) 丙酸酯])和抗氧劑168(三(2, 4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯)中的至少一種,更優(yōu)選為抗 氧劑1010。
[0045] 為了進(jìn)一步改善聚苯硫醚復(fù)合材料的性能,所述混合物料優(yōu)選還包括相容劑等助 劑。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,所述相容劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0.4%~2%。所述相容劑包 括但不限于三元乙丙橡膠(EPDM)、接枝三元乙丙橡膠、聚丙烯(ΡΡ)或接枝聚丙烯,具體可 采用馬來(lái)酸酐接枝EPDM或馬來(lái)酸酐接枝ΡΡ。
[0046] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,所述混合物料包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分:
[0047] 58 %的聚苯硫醚;
[0048] 30 %的碳纖維;
[0049] 8%的可溶性聚四氟乙烯;
[0050] 3 %的聚硅氧烷;
[0051] 1 %的抗氧劑。
[0052] 本發(fā)明提供的是一種質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐磨性好、抗腐蝕,比較環(huán)保且能大大降低 生產(chǎn)成本的碳