一种纤维增强合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维增强合金材料及其制备方法，本发明专利技术通过采用伽马射线辐照辅助的方式，将聚丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺接枝在聚碳酸酯上，聚丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺含有酰胺基团，提高了聚碳酸酯的阻燃性能，同时聚丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺具有高强度的特性，可以提高聚碳酸酯的力学性能；通过利用浓硝酸对碳纤维进行预处理，增加了碳纤维表面的活性基团数量，同时浓硝酸还具有刻蚀作用，增加了碳纤维的表面粗糙度，利于后续反应的进行；然后利用氨气等离子体进行处理，得到氨基改性碳纤维，通过对碳纤维进行氨基改性，增加了碳纤维与树脂材料的相容性，同时通过引入氮元素，进一步增加了材料的阻燃性能。进一步增加了材料的阻燃性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及树脂合金材料
，具体涉及一种纤维增强合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]PC(聚碳酸酯)树脂是一种综合性能优越的工程材料，也是近年来增长最快的通用工程塑料，具有优异的冲击韧性、耐候性、电器绝缘性等优点，目前广泛的应用于汽车、电子、建筑、设备等领域；但它也存在一些缺点，如易于应力开裂、对缺口较敏感、以及耐磨性不佳等，在实际使用过程中需要在其中添加合金材料组份以提高其使用性能。
[0003]ABS材料具有冲击强度较高、化学稳定性及电性能良好、高耐热、高流动性的优点，其允许使用的温度范围一般为
‑
40～100℃，但是，ABS材料在低于
‑
20℃的韧性显著下降，抗冲击强度降低，应用于低温环境时会导致抗冲击强度下降，进而影响材料的使用寿命。
[0004]中国专利文献CN201911145035.3公开了一种PC
‑
ABS合金材料的制备方法，通过对添加剂SBS进行改性，磺化后的SBS加入了磺酸基，使得SBS的化学极性、空间结构发生变化，进而对合金材料的哑光程度产生影响，同时磺化后的SBS树脂也能够与PC树脂和ABS树脂的官能团之间结合力提高，合金材料的双键在磺化SBS树脂的作用下更加稳定，提高了合金树脂的抗老化性能，但是制备得到的合金材料力学性能不佳，仍有待改进。
[0005]现有技术中所得到的PC树脂存在如下问题： PC材料增添纤维材料后其强度有所提高，但冲击韧性大大降低，尤其是耐低温冲击强度大大降低，限制了其适用范围；同时PC树脂为无定型聚合物，其与无机纤维材料的结合力较差。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种纤维增强合金材料及其制备方法，所制备的合金材料具有高强度、高韧性、高阻燃性、耐低温以及导热性能好的特点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种纤维增强合金材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将聚碳酸酯粉末均匀分散在去离子水中，然后加入丙烯酰胺单体和亚甲基双丙烯酰胺，超声分散均匀，将溶液转移至密封容器内，采用伽马射线进行聚合反应，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到改性聚碳酸酯；（2）将碳纤维浸入浓硝酸中，进行加热反应，待反应完成后，将反应产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；（3）将预处理碳纤维置于低温等离子体仪中，用氨气等离子体进行处理，得到氨基改性碳纤维；（4）将氧化石墨烯浸入硅烷偶联剂溶液中，搅拌2
‑
3h，然后经过滤、洗涤、干燥，得到改性氧化石墨烯；（5）将改性聚碳酸酯、ABS树脂、氨基改性碳纤维、改性氧化石墨烯和硬脂酸钙放入
高速机中混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中，经过熔融共混挤出造粒，得到纤维增强合金材料。
[0008]优选的，步骤（1）中，聚碳酸酯粉末、丙烯酰胺单体和亚甲基双丙烯酰胺的质量比为15
‑
25:6
‑
10:1
‑
2。
[0009]优选的，步骤（1）中，伽马射线的剂量为20
‑
40kGy，剂量率为0.2
‑
0.5kGy/h。
[0010]优选的，步骤（2）中，加热反应的温度为60
‑
80℃，加热反应时间为3
‑
5h。
[0011]优选的，步骤（3）中，低温等离子体仪温度为100
‑
120℃，压力为1.0
×
105‑
2.0
×
105Pa。
[0012]优选的，步骤（3）中，氨气等离子体处理的功率为300
‑
400W，时间为90
‑
120s。
[0013]优选的，步骤（4）中，硅烷偶联剂溶液的质量分数为2
‑
5wt%，硅烷偶联剂为KH550或KH560。
[0014]优选的，步骤（5）中，改性聚碳酸酯、ABS树脂、氨基改性碳纤维、改性氧化石墨烯和硬脂酸钙的质量比为60
‑
80:20
‑
30:8
‑
15:6
‑
10:3
‑
5。
[0015]优选的，步骤（5）中，熔融温度为230
‑
260℃，螺杆转速为200
‑
400r/min。
[0016]本专利技术还提供由上述制备方法所制备得到的纤维增强合金材料。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术通过采用伽马射线辐照辅助的方式，将聚丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺接枝在聚碳酸酯上，聚丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺含有酰胺基团，提高了聚碳酸酯的阻燃性能，同时聚丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺具有高强度的特性，提高了聚碳酸酯的力学性能。
[0018]（2）本专利技术先用浓硝酸对碳纤维进行预处理，通过浓硝酸的氧化作用，增加了碳纤维表面的活性基团数量，同时浓硝酸还具有刻蚀作用，增加了碳纤维的表面粗糙度，利于后续反应的进行；然后利用氨气等离子体进行处理，得到氨基改性碳纤维，通过对碳纤维进行氨基改性，增加了碳纤维与树脂材料的相容性，同时通过引入氮元素，进一步增加了材料的阻燃性能。
[0019]（3）本专利技术中的改性聚碳酸酯、氨基改性碳纤维和改性氧化石墨烯通过化学作用交联在一起，形成复杂的空间网络结构，提高了材料的耐低温性能以及抗冲击强度，同时在合金材料中引入氨基改性碳纤维和改性氧化石墨烯，提高了材料的导热性能。
具体实施方式
[0020]以下通过具体较佳实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术并不仅限于以下的实施例。
[0021]需要说明的是，无特殊说明外，本专利技术中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
[0022]本专利技术中所使用的聚碳酸酯粉末购自上海益增塑化有限公司，牌号：68678，导热系数为0.24 W/(m
•
k)；碳纤维购自东亿扬（济南）新型材料有限公司，长度为3mm；氧化石墨烯购自广州宏武材料科技有限公司，厚度为0.6
‑
1.2nm，直径为0.8
‑
2μm；ABS树脂购自东莞市晴川塑胶有限公司，牌号：746。
[0023]实施例1
一种纤维增强合金材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将15g聚碳酸酯粉末均匀分散在250mL去离子水中，然后加入6g丙烯酰胺单体和1g亚甲基双丙烯酰胺，超声分散均匀，将溶液转移至密封容器内，采用伽马射线进行聚合反应，剂量为20kGy，剂量率为0.2kGy/h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到改性聚碳酸酯；（2）将10g碳纤维浸入100g，68wt%的浓硝酸中，在60℃下加热反应3h，待反应完成后，将反应产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；（3）将10g预处理碳纤维置于低温等离子体仪中，在100℃，压力为1.0
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将聚碳酸酯粉末均匀分散在去离子水中，然后加入丙烯酰胺单体和亚甲基双丙烯酰胺，超声分散均匀，将溶液转移至密封容器内，采用伽马射线进行聚合反应，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到改性聚碳酸酯；（2）将碳纤维浸入浓硝酸中，进行加热反应，待反应完成后，将反应产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；（3）将预处理碳纤维置于低温等离子体仪中，用氨气等离子体进行处理，得到氨基改性碳纤维；（4）将氧化石墨烯浸入硅烷偶联剂溶液中，搅拌2
‑
3h，然后经过滤、洗涤、干燥，得到改性氧化石墨烯；（5）将改性聚碳酸酯、ABS树脂、氨基改性碳纤维、改性氧化石墨烯和硬脂酸钙放入高速机中混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中，经过熔融共混挤出造粒，得到纤维增强合金材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，聚碳酸酯粉末、丙烯酰胺单体和亚甲基双丙烯酰胺的质量比为15
‑
25:6
‑
10:1
‑
2。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，伽马射线的剂量为20
‑
40kGy，剂量率为0.2
‑
0.5kGy/h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，加热反应的温度为60
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：涂光权，涂新特，张辉毅，陈郭静，
申请(专利权)人：浙江一马新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：