[发明专利]一种高耐磨碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维增强复合材料领域，特别涉及一种高耐磨碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚酰胺是分子主链上含有重复酰胺基团-[NHCO]-的热塑性树脂总称。这类聚合物具有高韧性、高流动性、耐冲击等诸多优良性能，被广泛应用于机械设备、汽车制造、仪器仪表等领域。除此之外，由于聚酰胺材料的高结晶性和润滑性，这类材料还广泛应用于一些耐磨、耐腐蚀的工业机械器件领域。

针对当前一些要求以塑代钢的工业器械器件领域对塑胶材料的强度、模量、耐磨性、导电性以及高流动性的要求，本发明开发了一种高强度、高模量的高耐磨碳纤维增强聚酰胺复合材料，该复合材料适合于通过注塑成型制成一些结构复杂高性能的工业器件。与现有的金属材料相比，该复合材料具有成型方便，易回收等特点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高耐磨碳纤维增强聚酰胺复合材料。

本发明另一目的在于提供一种上述高耐磨碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述高耐磨碳纤维增强聚酰胺复合材料在电子器件和电子工具上的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高耐磨碳纤维增强聚酰胺复合材料，包含以下质量分数的组分：

作为优选方案，上述高耐磨碳纤维增强聚酰胺复合材料，包含以下质量分数的组分：

上述的聚酰胺可为聚酰胺66(PA66)和聚酰胺6(PA6)中的至少一种。

优选的，上述的聚酰胺为不同粘度的PA66和PA6的混合物。

优选的，上述的PA66为粘度为3.0～3.8Pa·s的高粘度PA66，如PA66(EPR32，神马尼龙化工有限公司)。

优选的，上述的PA6为黏度为2.0～2.8Pa·s的中粘度PA6，如PA6(M2800，岳阳石化)。

更优选的，上述的聚酰胺中PA66和PA6的质量比为80:20～99:1，最优的质量比为90:10～95:5。

上述的碳纤维可为聚丙烯腈基材的碳纤维、黏胶丝碳纤维和沥青丝碳纤维中的至少一种。

优选的，上述的碳纤维为聚丙烯腈基材的碳纤维。

更优选的，上述的碳纤维为单丝直径4～8μm，束丝线密度200～800tex的聚丙烯腈基材的碳纤维。该碳纤维强度高，不仅能够为聚酰胺基材提供高强度、高模量、低比重的特点，还能在一定程度上减少复合材料的磨损量。

上述碳纤维的最优选添加量为20～30％。

上述的聚偏氟乙烯可为分子量大于等于100万的高分子量PVDF，如包括：美国苏威的5301、9009等，其中更优选为5301。高分子量的PVDF具有低表面张力，其在提高聚合物韧性的同时还可降低复合材料的摩擦系数。

上述的爽滑剂为具有有机硅氧烷结构的有机硅聚合物及其共聚物，其可以为聚甲基硅氧烷、聚乙基硅氧烷、聚苯基硅氧烷和有机硅氧烷共聚物中的至少一种，优选为聚苯基硅氧烷。有机硅氧烷结构的爽滑剂在材料成型之后能缓慢朝制品表面迁移，降低材料的摩擦系数。

上述的纳米填料为具有纳米尺寸的金属氧化物，其可以为纳米二硫化钼、纳米二氧化钼、纳米氧化锌、纳米二氧化钛和纳米氧化铝中的至少一种，优选为纳米二硫化钼或纳米氧化锌。

更优选的，上述的纳米填料的粒径为100nm～10μm，其微观形貌可以是球形、棒状、片状等。纳米填料具有高的表面硬度，添加到复合材料中不仅可以降低材料的磨损量，还可以在复合材料成型过程中充当异相成核的成核剂，提高聚酰胺的结晶速度，增加微晶比重，使复合材料的抗冲击性能提高。

上述的分散剂可为季戊四醇酯类分散剂、硅酮类分散剂和树枝状化合物中的至少一种。

优选的，上述的分散剂为季戊四醇油酸酯、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)、乙撑双硬酯酰胺(EBS)和有机硅类分散剂(如E525，Evonik)中的至少一种。

更优选的，上述的分散剂为季戊四醇硬脂酸酯(PETS)。

上述的其它助剂可为本领域常见的适用于聚酰胺体系的加工助剂中的至少一种，如加工稳定剂和抗氧剂中的至少一种。

优选的，上述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂，如3,9-二(2,4-二枯基苯氧基)-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺[5.5]十一烷(S9228)，三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)。