[发明专利]一种稀土改性碳纤维增强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，具体涉及一种稀土改性碳纤维增强复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰胺(PA，尼龙) 改性工程塑料具有以下特性：高熔点、出色的耐热性能以及自熄性；优良的耐油剂性、耐化学品性能；优良的耐磨、抗蠕变及耐老化性能；韧性、耐久性、电性能以及其他物理性能都具有出色的平衡指标。因此，尼龙工程塑料广泛应用于工业领域。

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。用碳纤维增强的高分子树脂是十分重要的军工器械、航空用高性能结构材料。增强树脂大部分为极性树脂，如聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺等。碳纤维表面极性很弱，与极性树脂的粘结力很小，因此一般需对其进行表面处理后才能用于增强复合材料。碳纤维增强改性的聚酰胺复合材料具有非常高的比强度，是一种优点的结构材料，在汽车、航空领域应用较多。

由于碳纤维表面平滑、活性官能团少、表而能低，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；另外一方面，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

本发明提供一种稀土改性碳纤维增强复合材料及其制备方法，可以解决碳纤维复合材料界面结合力差的问题，提高复合材料的力学性能和摩擦学性能，具有更好的力学性能和摩擦学性能。

一种稀土改性碳纤维增强复合材料，其包括按照重量百分比的如下组分：

聚酰胺树脂50～70%；

聚丙烯20～30%；

润滑剂0.1～0.4%；

抗氧剂0.2～0.5%；

偶联剂0.15～0.35%；

增塑剂0.3～0.6%；

碳纤维15～25%；

本发明中将碳纤维用1：1的丙酮乙醇溶液回流15h，除去碳纤维表面的环氧树脂，在室温下浸入稀土改性剂中浸泡2～4小时，过滤后烘干。所采用的稀土改性剂的组分重量百分比为:稀土化合物0.1～2%，乙醇95～99.7%，氯化胺0.1～1%，硝酸0.02～0.5%，尿素0.03～1%。所述稀土化合物为氯化铈、氧化镧和氧化铈混合物。

一种稀土改性碳纤维增强复合材料及其制备方法，其包括如下步骤：

按照重量百分比选取原料，将聚酰胺树脂、聚丙烯、润滑剂、抗氧剂混合均匀，得混合原料；混合过程中加入偶联剂和增塑剂。

将上述混合原料和表面改性的碳纤维分别置于双螺杆挤出机主料口和侧料口中，经熔融挤出，造粒，获得所述稀土改性碳纤维增强复合材料。

本发明可以解决碳纤维复合材料界面结合力差的问题，提高复合材料的力学性能和摩擦学性能，工艺方法简单，成本低，对环境无污染。和普通的同类材料相比，具有更好的力学性能和摩擦学性能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

一种稀土改性碳纤维增强复合材料，其包括按照重量百分比的如下组分：

聚酰胺树脂54%；

聚丙烯25%；

润滑剂0.3%；

抗氧剂0.2%；

偶联剂0.2%

增塑剂0.3%

表面改性的碳纤维20%；

本发明中将碳纤维用1：1的丙酮乙醇溶液回流15h，除去碳纤维表面的环氧树脂，在室温下浸入稀土改性剂中浸泡2～4小时，过滤后烘干。所采用的稀土改性剂的组分重量百分比为:稀土化合物0.1～2%，乙醇95～99.7%，氯化胺0.1～1%，硝酸0.02～0.5%，尿素0.03～1%。所述稀土化合物为氯化铈、氧化镧和氧化铈混合物。

一种稀土改性碳纤维增强复合材料及其制备方法，其包括如下步骤：

按照重量百分比选取原料，将聚酰胺树脂、聚丙烯、润滑剂、抗氧剂混合均匀，得混合原料；混合过程中加入偶联剂和增塑剂。

将上述混合原料和表面改性的碳纤维分别置于双螺杆挤出机主料口和侧料口中，经熔融挤出，造粒，获得所述稀土改性碳纤维增强复合材料。

实施例2

一种稀土改性碳纤维增强复合材料，其包括按照重量百分比的如下组分：

聚酰胺树脂50%；

聚丙烯30%；

润滑剂0.4%；

抗氧剂0.5%；

偶联剂0.3%

增塑剂0.6%

表面改性的碳纤维18.2%；