[发明专利]一种碳纤维废丝增强尼龙6复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种采用碳纤维废丝来增强尼龙6树脂的复合材料及其制备方法，可以解决碳纤维复合材料的回收问题，同时大幅降低碳纤维增强尼龙6复合材料的制造成本。经过碳纤维废丝增强后的尼龙6具有较高的强度、模量和较好的抗静电性。

背景技术

尼龙6具有力学强度高、韧性好、耐磨性好等一系列优点，在汽车船舶、建筑、电子电工、国防等领域已获得广泛应用。但也存在着某些缺陷如吸湿性大、耐强酸、强碱性能差、制品尺寸稳定性差等问题。因此，在很多应用领域里，都需要采用玻璃纤维、碳纤维、无机纤维及芳纶纤维对尼龙6进行增强，来以改善其性能。如美国专利US 6106422制备了碳纤维与尼龙的复合材料，并添加石墨、滑石等无机填料制备出性能良好的碳纤维增强聚酰胺复合物；US7022265B2也介绍了采用尼龙6与碳纤维进行熔融共混，得备了具有导电性能的尼龙6/碳纤维复合材料。然而碳纤维表面光滑且呈化学堕性，直接将其与尼龙6树脂复合，界面粘接效果差，影响了碳纤维的增强效果，阻碍了复合材料力学性能的提高。因此采用碳纤维增强尼龙6树脂之前，必须对其进行表面处理，提高其与树脂间的粘结性，才能获得良好的增强效果，如中国专利CN101412854A和CN101139462A介绍了通过硅烷偶联剂进行表面处理，来改善碳纤维与树脂间粘结性的方法，而CN 101245504A则介绍了采取电解表面处理的方法来改善其界面粘结性，这两种方法均取得满意的改性效果。

尼龙6经过碳纤维增强后，韧性会有所降低，因此常需通过添加弹性体增韧剂进行增韧，美国专利US5681899报导了使用Exxpro特种弹性体来增韧尼龙6/碳纤维复合材料的方法。尽管将弹性体与尼龙6共混已成为尼龙6增韧的有效手段国，但为了获得良好的增韧效果，在共混体系中要求弹性体分散相与尼龙6基体具有良好的界面相容性，并在基体中达到一定的分散程度。但由于尼龙6本身分子链中含有极性较强的酰胺基，在其与非极性的聚烯烃类弹性体或弱极性的弹性体进行共混时，两相间相容性差，无法获得理想的增韧效果。解决这一问题的有效手段之一是将弹性体与马来酸酐(MAH)等含极性官能团的化合物进行熔融接枝。中国专利CN101497739和CN101205360A公开了在尼龙6基体中采用添加苯乙烯类弹性体与马来酸酐接枝共聚物的改性方法，该方法取得了很好的增韧效果。

由于碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、高导电率的等特点，因此，国内外很多研究都涉及采用碳纤维增强尼龙6制备复合材料的方法及工艺。目前，市场上也有许多商业化的碳纤维增强尼龙6复合材料产品。但是碳纤维价格非常昂贵，我国在碳纤维领域处于较落后水平，很多领域需要进口，如果将碳纤维用于塑料增强就很不划算了。因此，通过本发明所开发的采用碳纤维废丝增强尼龙6的复合材料，将可实现对现有废弃树脂基碳纤维复合材料所产生碳纤维废丝进行合理的再利用，并推出具有高性能、低成本的全新工程塑料基复合材料。这复合材料可替代许多现有的尼龙6复合材料，可满足对强度、模量、抗蠕变性能及抗静电性或导电性能等有特殊要求的应用领域，其市场前景非常广阔。据统计，目前国内外每年有大量的树脂基碳纤维复合材料制件或制品因使用期限届满而被废弃，由于这些制件或制品都是用是热固性树脂基材料制造的，很难进行回收再利用。而通过对这些制件或制品进行煅烧除去热固性树脂，就能获得里面的碳纤维废丝。如果能将这些碳纤维废丝全部回收再利用，并用于生产增强工程塑料增强改性材料，不但能节约宝贵的碳纤维使用量，还可获得性能优异的新材料，并创造出十分可观经济效益。

发明内容

本发明的目的在于针对目前市场上碳纤维价格昂贵的问题，通过利用从回收的废弃树脂基碳纤维复合材料中获得的碳纤维废丝来增强尼龙6，所制备的复合材料在强度、模量、抗蠕变性、耐热性、导电性等重要性能上接近传统的尼龙6/碳纤维复合材料。本发明不仅为从热固性树脂基复合材料废弃物中取得的碳纤维废丝的回收再利用提供了一种新方法，同时也提供了一种高性能和低成本的碳纤维增强尼龙6复合材料，以满足市场对同类材料的需要。