[发明专利]碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性塑料技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料及其制造方法。

背景技术

碳纤维增强塑料由于具有密度小、耐腐蚀、强度高等优点，在航空航天、电子电器、文体用品等诸多领域得到了越来越多的应用。纳米蒙脱土改性高分子材料已有20多年的研究历史，目前纳米蒙脱土改性尼龙6是最早实现工业化和商品化的材料，与普通尼龙6相比，其刚性、模量、耐热性、可加工性均有显著提高。

将纳米蒙脱土应用到纤维增强热塑性塑料的领域，可以使材料具有更加优异的性能。现有技术中，直接采用双螺杆挤出机通过熔融捏合法将纳米蒙脱土与树脂共混。然而，对于纳米级颗粒和树脂颗粒而言，首先，两者(纳米蒙脱土与树脂)在粒径和密度上差距很大，下料容易不均匀；其次，在熔融共混时纳米蒙脱土不能很均匀的分散到树脂基体中，不均匀的分散可能导致材料性能的下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有上述缺陷，提供一种具有很好的强度、刚性、抗变形性能，并具有优异的表面性能和良好的加工性能的碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料及其制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料，包括以下质量百分比的原料：

所述蒙脱土改性尼龙6为纳米蒙脱土经原位聚合法制备的蒙脱土尼龙6复合物。

优选地，所述碳纤维为连续碳纤维，其直径为5～15μm，丝束为3～48K。

优选地，所述相容剂为马来酸酐和丙烯酸酯双官能化的乙烯类弹性体。

优选地，所述抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098按1:1～3的重量比复配而成。

优选地，所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯及硅酮母粒中的一种或多种。

本发明还提供一种碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料的制造方法，包括以下步骤：

S1、按质量百分比称取以下原料：蒙脱土改性尼龙6、相容剂、抗氧剂以及润滑剂；

S2、将步骤S1中各原料预混合，投入到螺杆挤出机的喂料系统中，熔融共混形成熔体；

S3、将碳纤维从所述螺杆挤出机的排气口送进其中，经所述螺杆挤出机中螺杆和熔体的剪切作用剪碎，与各原料熔融共混后挤出、冷却、切粒；其中，通过控制所述螺杆挤出机的喂料速度和螺杆转速来控制所述碳纤维和熔体的质量百分比。

优选地，所述螺杆挤出机的工作温度为220～250℃。

本发明还提供另一种碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料的制造方法，包括以下步骤：

S1、按质量百分比称取以下原料：蒙脱土改性尼龙6、相容剂、抗氧剂以及润滑剂；

S2、将步骤S1中各原料预混合，投入到螺杆挤出机的喂料系统中，熔融共混形成熔体；

S3、将碳纤维放置在所述螺杆挤出机的挤出机头处，将所述熔体从所述挤出机头挤出并包覆在所述碳纤维上，通过控制牵引机牵引所述碳纤维的牵引速度来控制所述碳纤维和熔体的质量百分比。

优选地，所述螺杆挤出机的工作温度为220～250℃。

优选地，所述步骤S3中，所述挤出机头处设置有包覆模具，所述碳纤维和所述牵引机分别位于所述包覆模具两侧，所述碳纤维受所述牵引机牵引穿过所述包覆模具，所述熔体从挤出机头处挤出到所述包覆模具中并包覆在所述碳纤维上。

实施本发明具有以下有益效果：采用原位聚合法制备的蒙脱土改性尼龙6作为基体，制备碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料，可以避免现有技术中因蒙脱土分散不均匀导致材料有缺陷等问题，具有很好的强度、刚性、抗变形性能，并具有优异的表面性能和良好的加工性能。

具体实施方式

本发明的碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料，包括以下质量百分比的原料：

其中，蒙脱土改性尼龙6为纳米蒙脱土经原位聚合法制备的蒙脱土尼龙6复合物。原位聚合法即在聚合状态下直接将填充物(纳米蒙脱土)加到液态单体(尼龙)中，可使纳米蒙脱土片层以纳米尺寸分散在尼龙基体中，形成插层型与剥离型共存的纳米复合物。由于尼龙6是一种综合性能优良的工程塑料，经原位聚合法制备的蒙脱土改性的尼龙6拥有更好的拉伸和弯曲强度，且基本不会牺牲其冲击性能，此外其刚性、模量、耐热性、可加工性均有显著提高。该蒙脱土改性尼龙6作为基材，通过添加相容剂、抗氧剂、润滑剂等加工助剂，可以得到碳纤维增强蒙脱土改性尼龙6复合材料。