一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，其中所述的尼龙复合材料包括以下按重量份计的原料：尼龙610为40～80份，尼龙6为20～30份，长碳纤维20～60份，润滑剂0.5‑1份，抗氧剂0.1～1.5份。本发明专利技术的优点是：1，尼龙基材选用长碳链尼龙，具有低吸水性以及高韧性；2，长碳纤的高刚性弥补了尼龙610与尼龙6刚性不足的特性。3，润滑剂的加入可以极大地降低尼龙熔体的粘度，从而提高尼龙对碳纤的浸渍效果。4，不需要加入增韧剂，从而避免了增韧剂的加入导致力学性能降低的影响。

High strength and toughness long carbon fiber reinforced nylon composite material and preparation method thereof

The invention discloses a long carbon fiber with high strength and high toughness reinforced nylon composite material and a preparation method thereof, wherein the nylon composite material comprises the following raw materials by weight: 40 to 80 portions of nylon 610, nylon 6 is 20 ~ 30, 20 ~ 60 continuous long carbon fiber, lubricants 0.5 1, antioxidant 0.1 ~ 1.5. The invention has the advantages that: 1, the basic material of nylon long carbon chain nylon, has low water absorption and high toughness; 2, long carbon fiber for high rigidity properties of nylon 610 and nylon 6 insufficient rigidity. 3, the addition of lubricants can reduce the melt viscosity of nylon greatly, so as to improve the effect of the carbon fiber impregnated nylon. 4, the toughening agent is not needed, thus avoiding the influence of the addition of the toughening agent on the mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，尤其是涉及高强度高韧性长碳纤维增强尼龙材料及其制备方法。
技术介绍
长碳纤维增尼龙是一种区别于短碳纤维增强尼龙的复合材料，由于碳纤长度的区别，在纤维含量相同的情况下，长碳纤维增强尼龙与短碳纤维增强尼龙相比，长碳纤维增强尼龙具有更高的强度、模量、韧性及更好的尺寸稳定性。影响长碳纤维增强尼龙材料物理性能的主要因素有两种：1，尼龙与碳纤维的界面结合状态对其性能有很大影响；2，聚合物熔体的流动性影响尼龙树脂与碳纤维的浸渍状态，从而影响最终长碳纤维增强尼龙材料的物理性能。在长碳纤维增强尼龙材料制备过程中，尼龙的粘度越低，其流动性越好，树脂对碳纤维的浸渍就越充分。因此长碳纤维增强尼龙的制备一般采用低粘度尼龙作为原料树脂，或者在加工时提高熔体温度达到提高流动性的效果。然而在材料的生产过程中低粘度的尼龙价格昂贵，提高熔体温度有可能引起树脂降解。再如专利名称为“一种长纤维增强长碳链尼龙及其制备方法”，公开号为CN103214843A的专利中，为提高尼龙树脂的流动性，加入硬脂酸、硬脂酸丁酯等低分子量小分子化合物或者加入高分子量硅酮粉。但是小分子化合物有可能造成在使用过程中可能存在析出起霜现象，并且存在损伤材料抗冲击性能的风险。而高分子量硅酮粉的使用会引起材料微观分相，从而导致材料力学性能下降，因此有必要对润滑剂体系进行必要的改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服长碳纤维增强尼龙生产过程中尼龙流动性低，熔体粘度大导致尼龙树脂难以充分浸渍碳纤维的问题，提供一种提高尼龙流动性和冲击强度的改性方法，本专利技术能制备出流动性、相容性、刚性和韧性都优异的改性尼龙材料。本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述技术缺点，提出一种长碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，可以加强尼龙流动性及其与碳纤的浸渍效果，增加材料的冲击强度，消除材料表面析出起霜现象。。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现：一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料，包括以下按重量份数计的原料：其中，所述长碳纤维为尼龙专用无碱碳纤维，其表面经硅烷偶联剂处理，所述长碳纤直径为5-20μm。所述润滑剂为树枝状支化尼龙，其分子结构不同于普通线状尼龙。所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯或硫醚类抗氧剂中的一种或几种，包括抗氧剂1010，抗氧剂168，抗氧剂3114，抗氧剂619或抗氧剂DSTP中的一种或几种。本专利技术中，润滑剂为树枝状支化尼龙，无需再使用硬脂酸、硬脂酸丁酯等流动改性剂，而以往硬脂酸、硬脂酸丁酯等润滑剂会损害材料的冲击性能，并可能存在析出起霜等问题，而树枝状尼龙恰好解决了以上问题。由此可见，本专利技术巧妙地使用树枝状尼龙，从而在不添加小分子化合物的情况下达到提高混合体系的流动性的目的。需要重点指出的是，在现有技术中，本领域技术人员一般采用小分子化合物，或添加高分子硅酮粉来提高流动性，最终难以同时达到加工条件的改善和力学性能的提高。而本专利技术可以说克服了本领域的技术偏见，突破性的解决了以上技术问题。上述高强度高韧性长碳纤维增强尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将尼龙610、尼龙6、抗氧剂、润滑剂加入到高速混合机中充分混匀；(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内熔融混炼；(3)将混合熔体挤出到特殊的浸渍模腔中，继而将长碳纤通过浸渍模头，冷却、切粒，得到长碳纤维增强尼龙材料。挤出温度分别是：100℃，180℃，210℃，230℃，250℃，270℃，280℃，300℃。主机转速为350rpm。本专利技术的优点是：1，尼龙610与尼龙6的粘度可以在很宽的范围内选择，无需限制选用低粘度尼龙；2，不需要加入小分子类流动改性剂，有效防止材料析出起霜问题。3，不需要加入硅酮粉类流动改性剂，有效防止材料微观分相引起材料力学性能下降的问题。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但是不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这都属于本专利技术的保护范围。实施例1～2本实施例涉及一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙材料及其制备方法，该方法如下：步骤一，按重量配比称取原料，各组分及其数据见表1所示；步骤二，按重量配比称取的原料放入高混机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出造粒，具体步骤如下：第一步：将尼龙、抗氧化剂、润滑剂按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为300～330℃，螺杆挤出机的温度为280～300℃。其中尼龙6由瑞美福公司提供，牌号为MF800；尼龙610由杜邦公司提供，牌号为NC010；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010，168；润滑剂由晨源分子新材料公司提供，牌号为CYD-701C。第二步，将长碳纤维以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为2～5m，充分浸渍后，冷却，切粒，得到高强度高韧性长碳纤维增强尼龙材料。对比例1～2本实施例涉及一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙材料及其制备方法，该方法如下：步骤一，按重量配比称取原料，各组分及其数据见表1所示；步骤二，按重量配比称取原料放入高混机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出造粒，具体步骤如下：具体步骤如下：第一步：将尼龙、抗氧化剂按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化；第二步，将碳纤维以侧喂料方式喂入双螺杆挤出机中，挤出，冷却，切粒，得到短碳纤维增强尼龙材料。表1原料名称实施例1实施例2对比例1对比例2尼龙61040204020尼龙628282828长碳纤维30503050抗氧剂1.51.51.51.5润滑剂0.50.50.50.5将实施例1～2制得的样品，进行性能测试，拉伸性能测试：按ISO527-2标准进行，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试：按ISO178标准进行，弯曲速度为2mm/min；缺口冲击强度测试：按ISO180标准进行，具体结果见表2所示：表2项目实施例1实施例2对比例1对比例2拉伸强度/MPa161193151184弯曲强度/MPa182253173238弯曲模量/MPa815813098810113593缺口冲击强度/KJ·m-222211511断裂伸长率/％3.13.12.92.4由上表2可以看出本专利技术样品具有较高的机械性能和抗冲击强度。本专利技术还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案均在本专利技术要求保护的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：包括以下按重量份数计的原料：

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：包括以下按重量份数计的原料：2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述长碳纤维为尼龙专用无碱碳纤维，其表面经硅烷偶联剂处理，所述长碳纤直径为5-20μm。3.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述润滑剂为树枝状支化尼龙，其分子结构不同于普通线状尼龙。4.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯或硫醚类抗氧剂中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性长碳纤维增...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杨，陈永东，张祥福，周文，
申请(专利权)人：上海普利特复合材料股份有限公司，上海普利特化工新材料有限公司，浙江普利特新材料有限公司，重庆普利特新材料有限公司，上海普利特材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31