碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，其由以下重量份数的组分制备而成：碳纤维10‑17份，纳米碳化硅晶须2‑6份，聚丙烯60‑70份，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物20‑30份，加工助剂0.5‑2份。本发明专利技术还公开了该复合材料的制备方法。本发明专利技术的复合材料可作为生产的塑料滤板，不仅价格较低，而且各项性能指标均高于进口滤板，在常温下物理、化学性能完全符合国家质量标准，其拉伸强度在85MPa以上，弯曲强度在110MPa以上，悬臂梁缺口冲击强度在25KJ/m2以上；同时，该复合材料使用寿命也长于进口滤板，可作为进口产品的替代品，具有广阔的市场发展前景。

Carbon fiber reinforced polypropylene composite material and preparation method thereof

The invention discloses a carbon fiber reinforced polypropylene composite material, which consists of the following parts by weight of the component is prepared by carbon fiber 10 17 copies, 6 copies of the 2 Nano SiC whisker, polypropylene 60 70 copies, a mixture of polypropylene glycol and polyvinyl alcohol 20 30, processing aids 0.5 2. The invention also discloses a preparation method of the composite material. The composite material of the invention can be used as plastic plate production, not only the price is low, and the performance indicators are higher than the import filter plate, physics, chemical properties at room temperature in full compliance with national quality standards, the tensile strength is more than 85MPa, the bending strength is more than 110MPa, Izod impact strength is more than 25KJ/m2; at the same time the composite material, the service life is longer than the imported filter plate can be used as a substitute for imported products, has a broad market prospect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于碳纤复合材料
，具体涉及一种碳纤维增强聚丙烯复合材料，本专利技术还涉及该复合材料的制备方法。
技术介绍
压滤在18世纪初就应用于化工生产，至今仍广泛应用于化工、制药、冶金、染料、食品、酿造、陶瓷以及环保等行业。压滤一般是通过压滤机来实现，使混合液中的固体提取出来，实现固液分离，压滤机是利用一种特殊的过滤介质，使得液体渗析出来的一种机械设备。立式压滤机是目前国际上最先进、科技含量高的液、固分离新工艺，目前只有芬兰、美国等少数国家相继开发使用，广泛应用于镍精矿、铜精矿、氧化锌浸出液、沸石、氧化铝、碱渣、酵素、淀粉等产品的高精端过滤。国内一些高精端液固分离行业目前虽然也在使用立式压滤机，但主机引进后的关键配件-塑料滤板作为压滤机的主要易损件，平均寿命一般为12个月，在后期需要频繁更换，但国内尚未开发应用，市场还处在空白期，更换时必须全部依赖进口，而且报关审批等手续复杂，每批备件需要半年时间，价格高、周期长，既浪费了大量外汇，又浪费了大量宝贵时间，从而影响国内企业的正常生产经营。CN103709510A公开了一种碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分制备而成：碳纤维：20％，聚丙烯73％，相容剂6％，加工助剂1％，以聚丙烯为基体原料，添加一定比例的碳纤维、加工助剂等，制备碳纤维增强聚丙烯复合材料，得到的复合材料不仅价格较低，而且各项性能指标均高于进口滤板，在常温下物理、化学性能完全符合国家质量标准；同时，该复合材料使用寿命也长于进口滤板。但是，该复合材料的力学性能仍相对较差，不能满足实际应用中的需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种使用寿命长、理化性能可靠的碳纤维增强聚丙烯复合材料，本专利技术制备得到的碳纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸强度在85MPa以上，弯曲强度在110MPa以上，悬臂梁缺口冲击强度在25KJ/m2以上，具有广阔的应用前景。同时，本专利技术还提供该复合材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案如下：碳纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量百分比的组分制备：本专利技术中，纳米碳化硅晶须的重量份数为2-6份，例如可为2份、3份、4份、5.5份或6份等。本专利技术中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物的重量份数为20-30份，例如可为20份、22份、25份、27份、28份或30份等。作为本专利技术所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料的优选技术方案，所述复合材料由以下重量份数的组分制备而成：作为本专利技术所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料的进一步的优选技术方案，所述复合材料由以下重量份数的组分制备而成：优选地，所述碳纤维和纳米碳化硅晶须的质量比为(4-7):1，例如可为4:1、4.5:1、5:1、6:1或7:1等，优选为5:1。优选地，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的质量比为(1-3):1，例如可为1:1、2:1、2.5:1或3:1等，优选为1:1。优选地，上述的加工助剂为重量比为3：4：3的抗氧剂、润滑剂和偶联剂的混合物。优选地，加工助剂中的抗氧剂为抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯)或抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)。优选地，加工助剂中的润滑剂为EBS(N’N’-乙撑双硬脂酰胺)或硅酮粉。优选地，加工助剂中的偶联剂为硅烷偶联剂。本专利技术还提供该复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)、碳纤维处理：在室温条件下，将碳纤维束通过低温等离子处理箱，并且装箱备用；(2)、按配比将聚丙烯、聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物以及加工助剂搅拌混合均匀，然后，在温度80-88℃下加入纳米碳化硅晶须，搅拌8-15h，得到混合基料；(3)、把步骤(1)处理后的碳纤维与步骤(2)的混合基料加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机在265℃～275℃温度下熔融剪切、混炼、挤出造粒即得到碳纤复合材料粒料。上述步骤(1)中碳纤维束以2m/s的速度通过低温等离子处理箱进行处理。上述步骤(3)中挤出机的螺杆转速为320转/min，喂料转速为450转/min，碳纤喂料转数为55转/min，切料速度为450转/min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术以聚丙烯为基体原料，配合性的使用碳纤维和纳米碳化硅晶须，这两种不同种类的纤维以合适比例配合使用时，可协同增强得到的复合材料的机械性能，而且本专利技术中合适量的聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物的添加有助于进一步提高相容性以及机械性能，该复合材料可作为生产的塑料滤板，不仅价格较低，而且各项性能指标均高于进口滤板，在常温下物理、化学性能完全符合国家质量标准，其拉伸强度在85MPa以上，弯曲强度在110MPa以上，悬臂梁缺口冲击强度在25KJ/m2以上；同时，该复合材料使用寿命也长于进口滤板，可作为进口产品的替代品，具有广阔的市场发展前景。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。如无具体说明，本专利技术的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练入员所熟悉的意义相同。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。实施例1碳纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份数的组分制备：其中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的质量比为3:1；加工助剂中，抗氧剂1010:EBS:硅烷偶联剂为3:4:3。制备方法如下：(1)、碳纤维的处理：在室温条件下，碳纤维束以2m/s的速度通过低温等离子处理箱，并且装箱备用。(2)、按配比将聚丙烯、聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物以及加工助剂搅拌混合均匀，然后，在温度80℃下加入纳米碳化硅晶须，搅拌15h，得到混合基料；(3)、把步骤(1)处理后的碳纤维与步骤(2)的混合基料加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机在265-275℃温度下熔融剪切、混炼、挤出造粒即得到碳纤复合材料粒料；挤出机的螺杆转速为320转/min，喂料转速为450转/min，碳纤喂料转数为55转/min，切料速度为450转/min。将本实施例制备的碳纤维增强聚丙烯复合材料，进行性能测试，其拉伸强度为85MPa，弯曲强度为112MPa，悬臂梁缺口冲击强度为25KJ/m2。实施例2碳纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份数的组分制备：其中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的质量比为1:1；加工助剂中，抗氧剂168：EBS：硅烷偶联剂为3：4：3。除步骤(2)中温度为88℃，且搅拌时间为8h，其他制备方法和条件同于实施例1。将本实施例制备的碳纤维增强聚丙烯复合材料，进行性能测试，其拉伸强度为87MPa，弯曲强度为111.5MPa，悬臂梁缺口冲击强度为26.4KJ/m2。实施例3碳纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份数的组分制备：其中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的质量比为1:1；加工助剂中，抗氧剂168:硅酮粉:硅烷偶联剂为3:4:3。除步骤(2)中温度为82℃，且搅拌时间为10h，其他制备方法和条件同于实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下重量份数的组分制备而成：

【技术特征摘要】
1.碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下重量份数的组分制备而成：2.如权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述复合材料由以下重量份数的组分制备而成：3.如权利要求1或2所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述复合材料由以下重量份数的组分制备而成：4.如权利要求1-3任一项所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述碳纤维和纳米碳化硅晶须的质量比为(4-7):1，优选为5:1。5.如权利要求1-4任一项所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的混合物中，聚丙烯乙二醇和聚乙烯醇的质量比为(1-3):1，优选为1:1。6.如权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的加工助剂为重量比为3：4：3的抗氧剂、润滑剂和偶联剂的混合物。7.如权利要求6所述的碳纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯或三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。优选地，所述的润滑剂为N...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪建良，
申请(专利权)人：无锡市长安曙光手套厂，
类型：发明
国别省市：江苏;32