可交联聚乙烯和碳纤维的组合物、交联聚乙烯‑碳纤维复合材料制品及其制备方法和制品技术

本发明专利技术涉及交联聚乙烯与碳纤维复合材料领域。公开了一种可交联聚乙烯和碳纤维的组合物、交联聚乙烯‑碳纤维复合材料制品及其制备方法和制品。该组合物包含可交联聚乙烯和碳纤维；所述可交联聚乙烯包含100重量份的聚乙烯，0.5～3重量份的交联剂，0.02～10重量份的交联助剂，0.05～2重量份的交联稳定剂。该组合物制备的交联聚乙烯‑碳纤维复合材料可以具有更为优异的力学性能。

Can cross-linked polyethylene composition, carbon fiber composite material and its preparation method and products of cross-linked polyethylene and carbon fiber

The present invention relates to the field of crosslinked polyethylene and carbon fiber composite material. Disclosed are compositions, crosslinked polyethylene carbon fiber composite material and its preparation method and product of a crosslinkable polyethylene and carbon fiber. The composition comprises crosslinkable polyethylene and carbon fiber, and the crosslinkable polyethylene contains 100 weight polyethylene, 0.5 to 3 weight crosslinking agent, 0.02 to 10 weight parts of cross linking AIDS, 0.05 to 2 weight crosslinking stabilizer. XLPE carbon fiber composite material, the composition can be prepared with more excellent mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
可交联聚乙烯和碳纤维的组合物、交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品及其制备方法和制品
本专利技术涉及交联聚乙烯与碳纤维复合材料领域，具体地，涉及一种可交联聚乙烯和碳纤维的组合物、交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品及其制备方法和制品。
技术介绍
聚乙烯是应用广泛的高聚物材料。碳纤维是具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等优异性能的材料，同时碳纤维也是复合材料中用作增强纤维的很好的材料。因此，制备聚乙烯-碳纤维复合材料具有很好的应用前景。CN102241849A公共了一种碳纤维增强的聚乙烯复合材料，包含以下组分：高密度聚乙烯80～100重量份，低密度聚乙烯10～20重量份，碳纤维15～20重量份，偶联剂5～15重量份，增塑剂0.5～1重量份。其中碳纤维经过等离子接枝改性处理，接枝马来酸酐，改善符合材料的性能。CN102850638A公开了一种聚乙烯基碳纤维制备方法，包括：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、碳纤维、钛酸酯、水玻璃、磷酸铝、环氧甲酯和硅烷；制备过程为：1)将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和碳纤维加入炼塑机；2)在炼塑机内充分混合，并搅拌均匀；3)使用炼塑机混炼，在混炼过程中加入钛酸酯和硅烷，混炼5～10min，混炼温度为200℃；4)第3)步结束后，保温温度为150℃；5)保温结束后，加入钛酸酯、水玻璃和磷酸铝，混炼10～15min，温度为260～280℃；6)将混炼好的材料进行压膜，制得聚乙烯碳纤维复合材料。CN102863680A公开一种聚乙烯基碳纤维复合材料，包括：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、碳纤维、钛酸酯、水玻璃、磷酸铝、环氧甲酯和硅烷；各组分质量组分为：高密度聚乙烯60～70，低密度聚乙烯11～15，碳纤维15～20，钛酸酯3～8，环氧甲酯0.5～1.5，硅烷2～5，水玻璃1～2，磷酸铝1～2。CN103498435A公开了一种超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，其中的护栏板和吸能衬板采用超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料制成，由超高分子量聚乙烯材料为基体，在基体中混杂加入碳纤维；分子量为250万以上的超高分子量聚乙烯体积百分比为50～80％，碳纤维体积百分比为20～50％。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高交联聚乙烯的性能，提供了一种可交联聚乙烯和碳纤维的组合物、交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品及其制备方法和制品。为了实现上述目的，本专利技术提供一种可交联聚乙烯和碳纤维的组合物，其中，该组合物包含可交联聚乙烯基体和碳纤维；所述可交联聚乙烯基体包含100重量份的聚乙烯，0.5～3重量份的交联剂，0.02～10重量份的交联助剂，0.05～2重量份的交联稳定剂。本专利技术还提供一种交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品，其中，该制品的凝胶含量为60～85重量％，该制品经二甲苯溶剂抽提得到的凝胶部分含有12～75重量％的碳纤维。本专利技术还提供了一种制备本专利技术的交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品的方法，包括：(1)将聚乙烯、交联剂、交联助剂和交联稳定剂进行均匀混合，然后在140～150℃下进行熔融共混，得到可交联聚乙烯基体；(2a)将短碳纤维或碳纤维粉与所述可交联聚乙烯基体按照重量比为(90～40)：(10～60)进行密炼混合，得到预浸料-I；或者(2b)将长碳纤维与所述可交联聚乙烯基体按照重量比为(90～50)：(10～50)进行热压复合，得到预浸料-II；(3)将预浸料-I或预浸料-II在交联条件下进行模压成型，得到复合材料制品。本专利技术还提供了一种制品，该制品包含的组件中至少一个为本专利技术的交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品，或者本专利技术的方法制得的交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品。通过上述技术方案，本专利技术可以实现提供交联聚乙烯与碳纤维的复合材料。该复合材料可以具有更为优异的力学性能。本专利技术通过提供可交联聚乙烯基体，凝胶含量为0重量％；在160℃下的粘度保持在80000Pa·S以下，可以保证制备交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品具有足够的可加工性能，可以通过热压工艺将可交联聚乙烯基体与碳纤维进行复合成型，制备复合各种成型要求的交联聚乙烯-碳纤维复合材料。本专利技术中，可以通过调整可交联聚乙烯基体中交联剂的用量，控制最终得到的复合材料中交联聚乙烯部分的交联程度，提供具有不同聚乙烯交联度的复合材料。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种可交联聚乙烯和碳纤维的组合物，其中，该组合物包含可交联聚乙烯基体和碳纤维；所述可交联聚乙烯基体包含100重量份的聚乙烯，0.5～3重量份的交联剂，0.02～10重量份的交联助剂，0.05～2重量份的交联稳定剂。优选，所述可交联聚乙烯基体包含100重量份的所述聚乙烯，0.5～2重量份的所述交联剂，0.3～1重量份的所述交联助剂，0.3～1重量份的所述交联稳定剂。根据本专利技术，优选情况下，所述碳纤维为短碳纤维、碳纤维粉或长碳纤维；当所述碳纤维为短碳纤维或碳纤维粉时，所述可交联聚乙烯与所述碳纤维的重量比为(90～40)：(10～60)；当所述碳纤维为长碳纤维时，所述可交联聚乙烯与所述碳纤维的重量比为(90～50)：(10～50)。根据本专利技术，优选情况下，所述短碳纤维的平均长度为0.2～50mm，所述短碳纤维的平均直径为5～35μm；所述碳纤维粉的平均粒度为300～500目。本专利技术中，所述平均粒度可以为采用标准筛筛析法测得的结果。具体地，所述短碳纤维和所述碳纤维粉均可以为已知物质，例如短碳纤维可以商购东丽公司的T300短切碳纤维，或四川创越炭材料有限公司的短碳纤维得到；碳纤维粉可以商购日本石墨纤维公司的XN-100得到。根据本专利技术，优选情况下，所述长碳纤维的平均直径为3～35μm，所述长碳纤维的平均长度大于50mm。所述长碳纤维可以为已知物质，例如长碳纤维可以商购威海拓展的CCF-1级碳纤维、东丽公司的T300040B长碳纤维或广东佛山创天化学纤维有限公司的碳纤维布。根据本专利技术，优选情况下，在步骤(1)中，所述聚乙烯在2.16kg载荷下190℃时的熔融指数为2～30g/10min，所述聚乙烯的密度为0.90～0.97g/cm3。所述聚乙烯可以为共聚物和/或均聚物，也可以为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)。所述熔融指数可以为通过ASTMD-1238测定。所述密度可以通过ASTMD-1505测定，为25℃时的数据。具体地，所述聚乙烯为已知物质，例如可以商购神华化工8007(HDPE，熔融指数为8.2g/10min，密度为0.963g/cm3)、商购神华化工2426H(LDPE，熔融指数2.1g/10min，密度0.924g/cm3)、商购神华化工7042(LLDPE，熔融指数2.0g/10min，密度0.918g/cm3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可交联聚乙烯和碳纤维的组合物，其特征在于，该组合物包含可交联聚乙烯基体和碳纤维；所述可交联聚乙烯基体包含100重量份的聚乙烯，0.5～3重量份的交联剂，0.02～10重量份的交联助剂，0.05～2重量份的交联稳定剂。

【技术特征摘要】
1.一种可交联聚乙烯和碳纤维的组合物，其特征在于，该组合物包含可交联聚乙烯基体和碳纤维；所述可交联聚乙烯基体包含100重量份的聚乙烯，0.5～3重量份的交联剂，0.02～10重量份的交联助剂，0.05～2重量份的交联稳定剂。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述碳纤维为短碳纤维、碳纤维粉或长碳纤维；当所述碳纤维为短碳纤维或碳纤维粉时，所述可交联聚乙烯与所述碳纤维的重量比为(90～40)：(10～60)；当所述碳纤维为长碳纤维时，所述可交联聚乙烯与所述碳纤维的重量比为(90～50)：(10～50)。3.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述短碳纤维的平均长度为0.2～50mm，所述短碳纤维的平均直径为5～35μm；所述碳纤维粉的平均粒度为300～500目；所述长碳纤维的平均直径为5～35μm，所述长碳纤维的平均长度大于50mm。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合物，其中，所述聚乙烯在2.16kg载荷下190℃时的熔融指数为2～30g/10min，所述聚乙烯的密度为0.91～0.97g/cm3；优选地，所述交联剂选自烷基过氧化物、芳基过氧化物、酰基过氧化物和酮基过氧化物中的至少一种，优选选自1,1-双(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)-3-己炔、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)、过氧化二(4-甲基苯甲酰)、二(叔丁基过氧异丙基)苯和过氧化二苯甲酰中的至少一种；优选地，所述交联稳定剂为自由基抑制剂，优选选自亚磷酸三(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基)酯、2,2-二(4-叔辛基苯基)-1-苦基肼和氮氧自由基哌啶醇中的至少一种；优选地，所述交联助剂选自聚1,2-丁二烯、三烯丙基氰酸酯和三烯丙基异氰酸酯中的至少一种。5.一种交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品，其特征在于，该制品的凝胶含量为60～85重量％，该制品经二甲苯溶剂抽提得到的凝胶部分含有12～75重量％的碳纤维。6.根据权利要求5所述的制品，其中，所述制品的拉伸强度为15～260MPa，拉伸模量为3000～13000MPa，弯曲强度20～45MPa，弯曲模量为2500～9000MPa。7.根据权利要求5或6所述的制品，其中，所述制品由权利要求1-4中任意一项所述的组合物通过复合加工得到。8.一种制备权利要求5-7中任意一项所述的交联聚乙烯-碳纤维复合材料制品的方法，包括：(1)将聚乙烯、交联剂、交联助剂和交联稳定剂进行均匀混合，然后在140～150℃下进行熔融共混，得到可交联聚乙烯基体；(2a)将短碳纤维或碳纤维粉与所述可交联聚乙烯基体按照重量比为(90～40)：(10～60)进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘均庆，刘国刚，梁文斌，宫晓颐，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11