碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、己内酰胺的脱水；S2、己内酰胺活化单体的制备：向A、B活化釜中分别加入脱水后的己内酰胺，并向所述A活化釜中加入催化剂，向所述B活化釜中加入助催化剂，得到A料和B料；S3、PA6/碳纤维复合片材的制备：将A料和B料按体积比1:1混合均匀后，与碳纤维织物分别连续输送至反应模头中进行固化，经牵引、冷却、卷绕得到PA6/碳纤维复合片材，再经连续叠层铺设模压得到PA6/碳纤维复合板材；具有高强度、高模量、比重轻、可二次加工成型的优点，可用于制造汽车、轨道交通车身部件、笔记本电脑、台式电脑、手机外壳、手提箱、公文包和提包。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及热塑性复合材料领域，特别是涉及碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着全球工业化的进程，特别是交替运输产业的发展，人类居住环保环境的破坏也不断加剧，对石油有限资源的消耗不断增加，开发清洁能源和节能环保技术已经成为全球交通运输装备产业发展的重要方向。全球日系、德系、美系三大汽车巨头引领汽车节能减排、安全、环保、舒适化技术的发展。在上世纪末，大量的应用高分子复合材料制造汽车结构部件，实现汽车轻量化，大幅降低了油耗。尤其是日系汽车油耗最低，5l/km以下；近年来，汽车轻量化特别是新能源汽车的发展快速，2016年德国宝马公司首次制造出全碳纤维复合材料车身汽车。法国、德国、意大利、日本、印度等纷纷制定燃油车禁销时间表，至2030年基本取消燃油车的销售。2017年，我国汽车销售量达2887万辆。连续8年居全球汽车产销第一。汽车进入家庭消费，成为百姓生活的必备工具。同时，也带来了石油的大量消耗与尾气排放对环境污染的社会问题。节能减排成为我国汽车产业发展必须解决的重大课题。因此，汽车轻量化与电动车等新能源汽车的发展将成为我国汽车产业发展的必由之路。尤其是，电动汽车的发展也将是赶超世界汽车制造的主要途径。无论是现有燃油车还是电动车都需要解决轻量化的问题。除汽车底盘金属材料结构轻量化外，复合材料的应用是汽车轻量化的必由之路。高分子复合材料具有较高的强度，比重是金属的1/4，可大幅度减轻汽车重量，对于燃油车，可大幅减少油耗；对于电动车，可大幅提高续航里程。目前，业内广泛开发推广碳纤维增强热固性复合材料，但由于碳纤维增强热固性复合材料难以实现连续化、规模化生产，生产效率低，很难满足汽车连续化、规模化要求，同时，热固性复合材料不可二次成型，不可回收利用，将造成对环境的污染。碳纤维增强热塑性复合材料具有高强度高模量，可连续化规模化生产，可二次加工，可回收利用，是汽车、轨道交通装备轻量化最具应用前景的复合材料。专利CN104890259A、CN103978693A、CN103289381A、CN201610688079均采用玻纤与活化己内酰胺混合液加入浇注模具中反应成型，属于间歇式工艺路线。这种工艺存在工艺控制不准、批次产品性能不均、成品率低、生产效率低等缺点。专利CN103847053A采用活化己内酰胺混合液预聚物涂覆长玻纤纱上，然后将涂覆处理后的连续长纤维依次经过压制、烘干、冷却、切片得到连续单向长纤维增强MC尼龙片材的片材单片，片材铺设模压得到连续玻纤增强尼龙6复合板材。这种工艺存在两大缺陷：一是单向玻纤纱难以保证均匀分散；二是己内酰胺活化预聚体在涂覆玻纤纱过程中会快速吸水，使得己内酰胺活性物发生水解而终止反应，导致无法形成大分子链。因此，制备的材料力学性能较差。专利CN1292394A采用短碳纤维与己内酰胺活化物混合，注入模头中反应成型得到碳纤维增强尼龙复合板材。此法属于间歇式增强反应成型，与连续纤维连续化反应成型比较，存在产品不均匀，生产效率低的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中碳纤维增强复合材料不均匀、难以实现连续化生产的技术问题，本专利技术提出一种碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料及其制备方法和应用。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、己内酰胺的脱水；S2、己内酰胺活化单体的制备：向A、B活化釜中分别加入脱水后的己内酰胺，并向所述A活化釜中加入催化剂，向所述B活化釜中加入助催化剂，得到A料和B料；S3、PA6/碳纤维复合片材的制备：将所述A料和所述B料按体积比1:1混合均匀后得到混合液，并与碳纤维织物分别连续输送至反应模头中进行固化反应，经牵引、冷却、卷绕得到PA6/碳纤维复合片材。优选地，所述催化剂为NaOH、KOH、Na2CO3或者NaHCO3，加入量为0.5～2.0％。优选地，所述NaOH的加入量为0.9～1.5％。优选地，所述助催化剂为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)或者三苯甲烷三异氰酸酯(TTI)，加入量为1.0～5.0％。优选地，所述助催化剂的加入量为1.5～3.0％。优选地，所述步骤S2中A、B活化釜中的反应温度分别为110～160℃，负压为-0.05～-0.1MPa，反应时间为20～40min。优选地，所述反应温度为120～140℃，所述负压为-0.06～-0.08MPa，所述反应时间为25～35min。优选地，所述步骤S3中混合液的输送量为0.5～5.0kg/min，固化反应温度为140～200℃，固化反应时间为2～10min；所述碳纤维织物的输送量为0.5～12kg/min，牵引速率为1～4m/min，物料在反应模头中的停留时间为2～10min。优选地，所述混合液的输送量为2～4kg/min，固化反应温度为150～190℃，固化反应时间为3～6min；所述碳纤维织物的输送量为2～8kg/min，牵引速率为2～3m/min，物料在反应模头中的停留时间为4～8min。优选地，所述碳纤维织物为平纹或者斜纹织物，宽幅为400～1600mm，克重为200～2000g/m2；优选地，所述碳纤维织物为平纹或者斜纹织物，宽幅为500～800mm，克重为500～1500g/m2；优选地，所述碳纤维织物中纤维的等级为T300～T1000，规格为6～241K。优选地，所述碳纤维织物中纤维的等级为T700～T800，规格为12～24K。优选地，所述制备方法还包括将所述PA6/碳纤维复合片材连续模压成型，得到复合板材，所述连续模压成型工艺包括放卷、牵引、预热、模压、冷却、切边、切割和包装，其中，牵引速度为1～3m/min，预热温度为140～180℃，模压温度为200～250℃，模压压力为1～5MPa，模压时间为1～10min，冷却温度为60～100℃，冷却时间为2～10min。优选地，所述牵引速度为1.5～2.0m/min，所述预热温度为160～180℃，所述模压温度为210～240℃，所述模压压力2.0～4.0MPa，所述模压时间为2～8min，所述冷却温度为60～80℃，所述冷却时间为4～6min。本专利技术还提出一种采用上述制备方法制备的碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料。本专利技术还提出一种上述碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料在汽车、轨道交通车身部件、手提电脑、台式电脑、手提箱、公文包或提包方面的应用。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：本专利技术的碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、己内酰胺的脱水；S2、己内酰胺活化单体的制备：向A、B活化釜中分别加入脱水后的己内酰胺，并向所述A活化釜中加入催化剂，向所述B活化釜中加入助催化剂，得到A料和B料；S3、PA6/碳纤维复合片材的制备：将所述A料和所述B料按体积比1:1混合均匀后得到混合液，并与碳纤维织物分别连续输送至反应模头中进行反应固化，经牵引、冷却、卷绕得到PA6/碳纤维复合片材；将所述A料和所述B料按照体积比1:1混合后得到的混合液在固化反应进行之前，与所述碳纤维织物分别连续输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、己内酰胺的脱水；S2、己内酰胺活化单体的制备：向A、B活化釜中分别加入脱水后的己内酰胺，并向所述A活化釜中加入催化剂，向所述B活化釜中加入助催化剂，得到A料和B料；S3、PA6/碳纤维复合片材的制备：将所述A料和所述B料按体积比1:1混合均匀后得到混合液，并与碳纤维织物分别连续输送至反应模头中进行反应固化，经牵引、冷却、卷绕得到PA6/碳纤维复合片材。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强连续反应成型尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、己内酰胺的脱水；S2、己内酰胺活化单体的制备：向A、B活化釜中分别加入脱水后的己内酰胺，并向所述A活化釜中加入催化剂，向所述B活化釜中加入助催化剂，得到A料和B料；S3、PA6/碳纤维复合片材的制备：将所述A料和所述B料按体积比1:1混合均匀后得到混合液，并与碳纤维织物分别连续输送至反应模头中进行反应固化，经牵引、冷却、卷绕得到PA6/碳纤维复合片材。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为NaOH、KOH、Na2CO3或者NaHCO3，加入量为0.5～2.0％。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述助催化剂为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)或者三苯甲烷三异氰酸酯(TTI)，加入量为1.0～5.0％。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中A、B活化釜中的反应温度分别为110～160℃，负压为-0.05～-0.1MPa，反应时间为20～40min。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中混合液的输送量为0.5～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈如意，刘爱学，邓凯桓，
申请(专利权)人：长沙五犇新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43