一种超低温高冲击碳纤维增强尼龙材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超低温高冲击碳纤维增强尼龙材料及其制备方法，包括下述重量份的：尼龙12 40～60、碳纤维25~35、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐POE‑G‑MAH 15～25、抗氧剂0.3、润滑剂0.5、防玻纤外露剂TAF 0.5。本发明专利技术制得的尼龙材料在低温下有较高冲击性能。

An ultra-low temperature and high impact carbon fiber reinforced nylon material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种超低温高冲击碳纤维增强尼龙材料及其制备方法
本专利技术属于材料
，具体来说涉及一种超低温高冲击碳纤维增强尼龙材料，同时还涉及该超低温高冲击碳纤维增强尼龙材料的制备方法。
技术介绍
碳纤维具有轻质、高强度、高模量、耐高温等特性，作为增强体在汽车、航天航空等现金复合材料领域应用广泛；尼龙材料具有力学强度高、自润滑性好、加工性能好耐磨损性能优良的特点；以碳纤作为增强材料，尼龙作为树脂基材制成复合材料综合体现了碳纤维和尼龙各自的优点，其强度远高于未增强的尼龙材料，蠕变小尺寸精度高热稳定性好、阻尼性优良、化学稳定性好等特点。既可以加工制作成各种管道，齿轮等零件，也可以用于结构支撑、箱体的结构件，开始替代某些金属制造产品。碳纤维增强尼龙在某些应用方面可以媲美金属材料，但是其本身较脆，特别是在低温环境下使用时，可能会在受力时会产生断裂，而其制成的军用产品或者结构件等产品可能会遭遇跌落、碰撞等物理冲击以及在交变应力下工作，从而导致材料发生脆性断裂，因此该材料在低温环境下的抗冲击性能直接决定了该材料在低温条件下能否使用。关于碳纤增强尼龙在低温条件下，冲击强度变得极低的原因：主要是因为碳纤维材料表面是非极性的，表面极性基团几乎没有，而尼龙材料基体里面含有大量的酰胺键，极性较强，因而碳纤和尼龙树脂基体之间相容性较差，界面粘接效果弱，极大的限制了碳纤尼龙复合材料的应用范围；碳纤材质与尼龙基材在温度变化时两者的收缩率不一致导致其界面分离；因为碳纤维作为一种稳定的基材，环境温度对其影响极小，而尼龙基材的冷缩较大，两者的冷缩差异影响了两者的界面结合作用甚至发生界面分离，从而导致其冲击强度降低；另外由于温度降低，且温度远低于尼龙基材的玻璃化转变温度，使得尼龙高分子链段运动受限，无法产生大的塑性屈服，无法消耗和分散冲击能量，所以冲击强度下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺点而提供的一种低温下有较高冲击性能的超低温高冲击碳纤维增强复合尼龙材料。本专利技术的另一目的在于提供该超低温高冲击碳纤维增强复合尼龙材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的一种超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，包括下述重量份的：尼龙1240～60、碳纤维25～35、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE-G-MAH)15～25、抗氧剂0.3、润滑剂0.5、防玻纤外露剂TAF0.5。上述的超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：尼龙12为沃德夫的低融指、高冲击具有长的柔性碳链的120-HIPH。上述的超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：所述碳纤维规格为单丝直径7μm的长碳纤维；碳纤维的表面需要经环氧树脂进行包覆处理，环氧树脂的包覆量为1.5～3wt％。上述的超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：所述碳纤维的水分含量为0-0.1％。上述的一种超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：所述POE-g-MAH接枝率为1.3％。上述的一种超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯比例为1:1的混合物。上述的一种超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：润滑剂为有机硅润滑剂、乙烯丙烯酸共聚物、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺(EBS)或季戊四醇硬脂酸酯，上述的一种超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：润滑剂优选为乙撑双硬脂酰胺(EBS)。本专利技术的一种超低温碳纤维增强尼龙材料以碳纤维增强尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将所述尼龙12在120℃烘干3小时，烘干水分0～0.1％；(2)将烘干后的尼龙料与POE-g-MAH、抗氧剂、润滑剂和TAF放入低速混料器中混合均匀，得到预混料；将碳纤材料烘干至水分为0～0.1％。(3)将所述预混料和碳纤维分别从双螺杆挤出机的主喂料口和挤出机玻纤口卷入以进行剪切熔融共混得到尼龙碳纤维共混物，之后将所得熔融共混产物进行挤出牵引切粒即得碳纤维增强尼龙材料。所述双螺杆挤出机为包括十区的双螺杆挤出机时，所述主喂料口和玻纤进料口可以位于一区、四区。此外，所述双螺杆挤出机的长径比可以为(37～49):1，喂料螺杆转速40-60r/min，主螺杆转速400-600r/min；一至三区温度为：220～250℃、四至六区温度为：230～270℃、七至九区温度为：240～280℃。本专利技术与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本专利技术往碳纤维增强尼龙材料中添加POE-G-MAH，POE-G-MAH中的极性基团能连接树脂基材与碳纤材料，使得在低温时尼龙基材与碳纤不同等冷缩时还连在一起，提高材料两相间的相容性，从而获得均一体系以保证了抗低温冲击性能；另一方面，尼龙材料中的酰胺键能相互形成氢键，大大的限制了整个尼龙分子链段的运动，POE-G-MAH中的马来酸酐为极性基团，它能介入尼龙材料的酰胺键与酰胺键之间，阻止酰胺键之间形成氢键，使得整个分子体系有更多的运动空间，从而吸收更多的冲击能量而使其冲击性能提高；且POE-G-MAH本身含有一种柔性链段的材料，能降低材料本身的玻璃化转变温度使其能在更低的温度下使用，其加入能破坏尼龙的结晶行为，在复合材料受到冲击时，会吸收大量的冲击能量。本专利技术采用尼龙12材料，尼龙12材料本身具有更长的碳链，使其整个分子链具有更高的柔性；具有较低的玻璃化转变温度(Tg)，同时这些长链段稀释了酰胺键的密度，一定程度上稀释了氢键的数量，所以在低温下具有更优异的性能。本专利技术仅使用POE-g-MAH作为增韧剂，无需对碳纤或者尼龙再次进行化学处理。经检测本专利技术在-50℃下具有高冲击强度，强度可以达到16KJ/m2。具体实施方式实施例1一种超低温高冲击碳纤维增强尼龙材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将尼龙12在120℃的鼓风干燥箱中干燥至水分含量至0.1％；(2)将烘干后的尼龙1260份、POE-G-MAH15份、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯比例为1:1的混合物0.3份、TAF0.5份和乙撑双硬脂酰胺(EBS)0.5份在低速混料器中以60rpm的速率(下同)混合均匀，得到预混料。碳纤维(单丝直径5～10μm且表面经2wt％的环氧树脂进行包覆处理后的长碳纤维)25份在100℃的鼓风干燥箱中干燥至水分为0.05％，备用；(3)将所述预混料从双螺杆挤出机(总共包括十区)的一区主喂料口加入，同时将碳纤维从双螺杆挤出机的四区玻纤口卷入，双螺杆挤出机的长径比为43:1，转速为400rpm，一区温度220℃、二区温度230℃、三区温度235℃、四区温度240℃、五区温度245℃、六区温度250℃、七区温度255℃、八区温度260℃、九区温度265℃、十区温度270℃。经挤出造粒后即得碳纤维增强尼龙材料。实施例2一种超低温高冲击碳纤维增强尼龙材料及其制备方法，包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，包括下述重量份的：/n尼龙12 40～60、碳纤维25~35、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐15～25、抗氧剂0.3、润滑剂0.5、防玻纤外露剂TAF 0.5。/n

【技术特征摘要】
1.一种超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，包括下述重量份的：
尼龙1240～60、碳纤维25~35、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐15～25、抗氧剂0.3、润滑剂0.5、防玻纤外露剂TAF0.5。


2.如权利要求1所述的超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：尼龙12为沃德夫的低融指、高冲击具有长的柔性碳链的120-HIPH。


3.如权利要求1或2所述的超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：所述碳纤维规格为单丝直径7μm的长碳纤维；碳纤维的表面需要经环氧树脂进行包覆处理，环氧树脂的包覆量为1.5～3wt％。


4.如权利要求1所述的超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：所述碳纤维的水分含量为0-0.1%。


5.如权利要求1或4所述的超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：所述POE-g-MAH接枝率为1.3%。


6.如权利要求1所述的超低温高冲击碳纤增强尼龙复合材料，其中：抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯比例为1:1的混合物。


7.如权利要求1所述的超低温...

【专利技术属性】
技术研发人员：文淳智，刘渝，粟多文，蔡孝生，王天喜，宋世豪，熊晏安，聂青海，段龙江，
申请(专利权)人：贵州凯科特材料有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52