[发明专利]一种尼龙碳纤维复合粉末材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种尼龙碳纤维复合粉末材料的制备方法，包括如下步骤：对碳纤维进行电化学氧化处理，再经清洗、干燥和收丝工艺，得到表面处理的碳纤维；将表面处理的碳纤维再次干燥后，使其连续通过以氨气为气体介质的热反应炉，氨气通入方向与碳纤维在反应炉内运送方向相反，得到改性的碳纤维；将改性的碳纤维和尼龙树脂经过双螺旋挤出后造粒，制得尼龙碳纤维粒料，再将尼龙碳纤维粒料经深冷粉碎工艺，制得尼龙碳纤维粉末，尼龙树脂为30‑70份，改性碳纤维为50‑30份；将如下质量份数的组分：尼龙碳纤维粉末90‑95份、抗氧化剂0.1‑1.5份和流动助剂0.1‑1.5份加入到搅拌器中，混合均匀后筛分，制得尼龙碳纤维复合粉末材料，碳纤维增强尼龙粉末，提高尼龙材料力学性能，耐磨性。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种尼龙碳纤维复合粉末材料及其制备方法。

背景技术

选择性激光烧结是通过选择性地熔合多个粉末层来制造三维物体的一种方法，该方法允许不使用工具加工而只需根据待生产物体的三维图像通过激光烧结粉末的多个重叠层，来获得三维实体。该方法主要使用热塑性聚合物来完成，专利US6136948和WO9606881对这种使用粉末状聚合物制造三维物体的方法进行了详细的描述。该技术在航空航天、医疗、鞋类、工业设计和建筑等领域得到应用。

尼龙材料作为一种半结晶材料，尼龙具有良好的力学性能、密度低、质量轻，化学稳定性好和耐磨减摩，使用选择性激光烧结技术很广泛。但是随着尼龙零部件应用领域的不断扩展，对机械零部件对工程材料的机械和摩擦磨损性能的要求越来越高，越来越多的机械零部件要求工程塑料复合材料具备高强度、刚性、尺寸稳定性的同时，还必须具备优良的摩擦磨损性能。

为了提高材料性能，克服尼龙材料的缺点，人们采用了对尼龙进行化学和物理改性。物理改性主要是加入各种填料以增强各种性能，填料包括纤维、无机颗粒、有机颗粒等。碳纤维复合材料具有密度小，刚性大的特点。碳纤维复合材料具有碳纤维增强工程塑料的作用，复合材料应用于机械零部件中，要求复合材料具有优异的综合性能，尤其是需要具有优异的力学性能、耐磨性能、产品尺寸稳定。但未改性的碳纤维与尼龙成型后，其粘结力较差，导致尼龙与纤维间在界面相区进行应力传递差，其无法达到纤维增强的作用。

发明内容

本发明提供一种尼龙碳纤维复合粉末材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)对碳纤维进行电化学氧化处理，再经清洗、干燥和收丝工艺，得到表面处理的碳纤维；

(2)将所述表面处理的碳纤维再次干燥后，使其连续通过以氨气为气体介质的热反应炉，所述氨气的通入方向与碳纤维在反应炉内运送方向相反，得到改性的碳纤维；

(3)将所述改性的碳纤维和尼龙树脂经过双螺旋挤出后造粒，制得尼龙碳纤维粒料，再将尼龙碳纤维粒料经深冷粉碎工艺，制得尼龙碳纤维粉末，其中所述尼龙树脂为30-70份，改性碳纤维为30-50份；

(4)将如下质量份数的组分：尼龙碳纤维粉末90-95份、抗氧化剂0.1-1.5份和流动助剂0.1-1.5份加入到搅拌器中，混合均匀后筛分，制得尼龙碳纤维复合粉末材料。

进一步优选地，所述电化学氧化处理工艺具体为：石墨板接正极，碳纤维接负极，电解电压为22V，电解时间为2min。

进一步优选地，所述电化学氧化处理工艺中，所采用的电解液为水与溶质采用6-8:2-4的比例配比而成。

进一步优选地，所述溶质为硫酸、硝酸、盐酸、碳酸铵和醋酸中的一种或多种。

进一步优选地，所述热反应炉的反应温度为600℃，所述表面处理的碳纤维在反应炉内的反应停留时间为20s，所述氨气的流量为50L/h。

进一步优选地，所述碳纤维的平均直径为5-15μm，平均长度为150-200μm。