[发明专利]环保阻燃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

本发明属于改性高分子材料领域，特别涉及一种环保阻燃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。这类聚合物具有耐磨、耐油、自润滑、耐冲击等诸多优良性能，而被广泛应用于机械设备、汽车制造、仪器仪表等领域。脂肪族聚酰胺分子结构中的高极性酰胺基团和长的柔性脂肪族链段使这类材料具有极限氧指数低，遇火容易燃烧等缺点。尤其是一些玻纤或者碳纤维增强的聚酰胺材料在做薄壁制品时，由于玻璃纤维或者碳纤维的灯芯效应，这类材料很难实现材料阻燃和韧性的平衡。因此，如何提高聚酰胺材料的使用温度和环保阻燃性能，是聚酰胺材料改性领域一个重要的研究课题。

碳纤维是一种含碳量在95％以上的新型纤维材料，它是以有机纤维，如腈纶丝(PAN)、沥青及粘胶纤维等做原料，在惰性气体中经过高温煅烧石墨后得到的微晶石墨纤维材料。由于碳纤维在物理性能上具有比重小、强度大、模量高、线膨胀系数小、导电性强、导热率高等特点，这类材料已经广泛应用于热塑性和热固性树脂的增强和功能化改性中。利用碳纤维进行改性的热塑性塑料其物理力学性能和耐热性都有极大的提高，如聚酰胺66材料加入20％的碳纤维之后材料的拉伸强度提高近3倍，弯曲模量提高近4倍，热变形温度提高至250℃。通过对碳纤维表面处理方式和复合加工工艺的优化，提高碳纤维改性聚酰胺材料的使用性能，将是未来增强聚酰胺发展的一个重要研究方向。

针对当前电子电气领域对材料的轻薄化和高性能化要求越来越高的特点，本发明开发了一种环保阻燃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备轻量化要求较高的薄壁制品，应用于要求环保阻燃、抗静电，且对材料力学性能要求较高的电子器件和电动工具。

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环保阻燃碳纤维增强聚酰胺复合材料。本发明的复合材料具有高强度、高阻燃等级、低密度、低翘曲率等特点。

本发明另一目的在于提供一种上述环保阻燃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环保阻燃碳纤维增强聚酰胺复合材料在电子电器、高铁制造、电动工具等领域的应用。本发明的复合材料制备的薄壁制品具有强度高、阻燃性能好、翘曲率低等特点，特别适合于制备笔记本电脑、手机外壳、电容器等需要用到薄壁材料的领域。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种环保阻燃的碳纤维增强聚酰胺复合材料，包含以下质量分数的组分：

上述的聚酰胺的质量分数优选为40～50％。

上述的聚酰胺可为聚酰胺6(PA6)和聚酰胺66(PA66)中的至少一种，优选为聚酰胺6。

更优选的，上述的聚酰胺为粘度为2.0～2.8Pa·s的低粘度聚酰胺6。

上述的碳纤维的质量分数优选为30～40％。

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，能有效提高聚酰胺的抗冲击性能。

上述的聚偏氟乙烯的质量分数优选为12～20％。

上述的聚偏氟乙烯(PVDF)优选为分子量大于等于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。由于聚偏氟乙烯具有较高的极限氧指数，可以提高复合材料的难燃性；另外高分子量的聚偏氟乙烯能够在复合材料中形成网状结构，可防止材料在燃烧过程中产生滴落现象。此外，高分子量聚偏氟乙烯还能作为增韧剂有效提高材料的抗冲击性能。

上述的复合阻燃剂由无卤阻燃剂和协效阻燃剂复配而成。

上述的无卤阻燃剂为三嗪类的膨胀型阻燃剂。

优选的，上述的无卤阻燃剂可为氰脲酸、氰脲酸衍生物、三聚氰胺聚磷酸盐、胍盐和双氰胺盐中的至少一种。

更优选的，上述的无卤阻燃剂为三聚氰胺聚磷酸盐。

上述的阻燃协效剂为可在碱性条件下受热发生分解反应的无机盐类化合物。