一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料，包括以下组分戊二胺聚酰胺树脂100重量份；呋喃基聚酯树脂10～30重量份；扩链剂1～5重量份；碳纤维10～50重量份。制备方法包括对碳纤维进行酸醇处理：将碳纤维浸渍在多元酸和多元醇的液体中，加热、脱水处理，将酸醇处理后的碳纤维与戊二胺聚酰胺树脂、呋喃基聚酯树脂、扩链剂共混、固化获得增强材料。本发明专利技术通过改善戊二胺聚酰胺与碳纤维的粘接强度和吸水性，增强材料力学性能强、吸水率低，并具有一定的生物质度。的生物质度。

【技术实现步骤摘要】
一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子复合材料
，具体涉及一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚酰胺具有力学性能优良、自润性、耐摩擦性好，耐热温度高、电气绝缘性高等突出优点，在机械、汽车、电器、纺织器材、化工设备、航空、冶金等领域有着广泛的应用，是一种大宗的工程塑料，对国民经济、社会发展和国防安全都具有重要的意义。随着社会发展，聚酰胺类化合物的需求量不断快速增长。
[0003]相比石油基聚酰胺，生物基聚酰胺由源于可再生资源的生物质制得，与石油基原料相比CO2气体排放显著降低，因此环境友好程度大大提高。生物基聚酰胺按照使用生物质的量可分为完全生物聚酰胺如聚ω
‑
氨基十一酰、聚癸二酰癸二胺、呋喃二甲酰丁二胺、聚呋喃二甲酰己二胺、聚呋喃二甲酰辛二胺、聚呋喃二甲酰癸二胺，和部分生物聚酰胺如聚己二酸戊二胺、聚癸二酰己二胺、聚对苯二甲酰癸二胺等。同时，目前生物基戊二胺的生产工艺较为成熟，通过赖氨酸可以一步脱羧生成戊二胺，调整酶的生产工艺和赖氨酸催化工艺，利用该酶进行戊二胺转化，摩尔转化率可以大于98％。因此，以戊二胺为原料合成的戊二胺聚酰胺具有良好的发展前景。戊二胺聚酰胺与其它聚酰胺类似，吸水率较高，另外在某些领域的应用时候机械强度叶不足。
[0004]聚酰胺与碳纤维制成复合材料是聚酰胺改性的常见方法。参见公开号为CN114656782A的专利公开了以碳纤维作为增强材料，但由于碳纤维与聚酰胺之间的结合性差，导致其缺口抗冲击强度低。参见公开号为CN101313023A的专利公开了在碳纤维表面添加一层胶粘剂用以提高碳纤维与聚酰胺之间的结合性，这种方法得到的聚酰胺碳纤维复合材料具有较高的力学性能，但使用的聚酰胺为石油基聚酰胺，不具有生物友好型。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是提供一种力学性能优异、吸水率低的生物基聚酰胺碳纤维增强材料。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料，包括以下组分：
[0008]戊二胺聚酰胺树脂100重量份；
[0009]呋喃基聚酯树脂10～30重量份；
[0010]扩链剂1～5重量份；
[0011]碳纤维10～50重量份。
[0012]上述技术方案优选地，所述的戊二胺聚酰胺树脂为以戊二胺与二元酸聚合而成的聚酰胺树脂，所述的戊二胺聚酰胺树脂选自聚己二酰戊二胺、聚对苯二甲酰戊二胺、聚己二酰
‑
对苯二甲酰戊二胺、聚癸二酰戊二胺、聚丁二酰戊二胺、聚月桂酰戊二胺等。在本专利技术
中，所述的戊二胺聚酰胺包含聚己二酰戊二胺、聚对苯二甲酰戊二胺、聚己二酰
‑
对苯二甲酰戊二胺中的一种或多种。
[0013]进一步优选地，所述的戊二胺聚酰胺树脂为聚己二酰
‑
对苯二甲酰戊二胺，加工难度、性能都较优。
[0014]上述技术方案优选地，所述的呋喃基聚酯为分子链中重复单元含有酯基(
‑
COO
‑
)的呋喃树脂，所述的呋喃基聚酯树脂选自聚呋喃二甲酸乙二醇酯、聚呋喃二甲酸丙二醇酯、聚呋喃二甲酸丁二醇酯、聚呋喃二甲酸己二醇酯、聚呋喃二甲酸辛二醇酯、聚呋喃二甲酸癸二醇酯中的一种或多种，所述的呋喃基聚酯起到对聚酰胺改性增强聚酰胺与碳纤维的界面粘附力的作用。
[0015]进一步优选地，所述的呋喃基聚酯树脂为聚呋喃二甲酸丁二醇酯，与基体的与结合效果更优。
[0016]上述技术方案优选地，所述的呋喃基聚酯树脂为15～25重量份，如15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份，有效提高戊二胺聚酰胺与碳纤维的界面粘附力而不影响其力学性能。如所述的呋喃基聚酯过少，无法有效提高戊二胺聚酰胺与碳纤维的界面粘附力；如所述的呋喃基聚酯过高则会导致分子间作用力小，破坏整体力学性能。
[0017]上述技术方案优选地，所述的扩链剂是能与聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质，所述的扩链剂选自异氰酸酯类、碳化二亚胺类、环氧类中的一种或多种，起到固化树脂与提高碳纤维与树脂基体之间结合能力的作用。
[0018]进一步优选地，所述的异氰酸酯类扩链剂选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；
[0019]所述碳化二亚胺类扩链剂选自N，N
‑
二羟基(二异丙基)苯胺、N，N'
‑
二异丙基碳二亚胺、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐、二环己基碳二亚胺、聚三乙基
‑
1，3
‑
苯碳化二亚胺、聚合碳化二亚胺中的一种或多种。
[0020]所述的环氧类扩链剂选自双(3，4
‑
环氧环己基甲基)己二酸酯、3，4
‑
环氧环己基
‑3′
，4
‑
环氧环己烷羧酸酯、1，4
‑
环己烷二甲醇缩水甘油醚、1，4
‑
丁二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
[0021]更进一步优选地，所述的扩链剂为异氰酸酯类和碳化二亚胺类，可以降低吸水率和提高碳纤维的界面粘附性。
[0022]上述技术方案优选地，所述的扩链剂为2～4重量份，如2份、3份、4份，有效起到提高碳纤维与树脂基体之间结合能力的作用而不影响加工性能，如所述的扩链剂使用过少，会导致部分树脂未固化，力学性能下降；如所述的扩链剂使用过多，会导致树脂交联难以加工。
[0023]上述技术方案优选地，所述的碳纤维的含碳量在90％以上，起到提高强度与韧性的作用。
[0024]上述技术方案优选地，所述的碳纤维选自长束碳纤维丝、短束纤维丝、短切碳纤维、碳纤维粉末、碳纤维织物等。
[0025]上述技术方案优选地，所述的碳纤维为20～40重量份，如20份、25份、30份、35份、40份，有效的提高复合材料的强度与韧性而不影响加工性能，如所述的碳纤维过少，不能有
效提高复合材料的强度与韧性；如所述的碳纤维过多，会导致树脂的粘度过大，难以加工。
[0026]本专利技术的另一个目的是提供一种制备生物基聚酰胺碳纤维增强材料的方法。
[0027]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0028]一种制备生物基聚酰胺碳纤维增强材料的方法，包括：
[0029](1)、对碳纤维进行酸醇处理：将碳纤维浸渍在多元酸和多元醇的液体中，加热、脱水处理，
[0030](2)、将酸醇处理后的碳纤维与戊二胺聚酰胺树脂、呋喃基聚酯树脂、扩链剂共混、固化获得增强材料。
[0031]为了使树脂基体更好的保护碳纤维不受外界损伤同时使碳纤维更有效的承担载荷，需要提高碳纤维与树脂基体之间的界面性能，因此，本申请需要对碳纤维进行酸醇处理，在碳纤维表面形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料，其特征在于：包括以下组分：戊二胺聚酰胺树脂100重量份；呋喃基聚酯树脂10～30重量份；扩链剂1～5重量份；碳纤维10～50重量份。2.根据权利要求1所述的一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料，其特征在于：所述的戊二胺聚酰胺树脂选自聚己二酰戊二胺、聚对苯二甲酰戊二胺、聚己二酰
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对苯二甲酰戊二胺、聚癸二酰戊二胺、聚丁二酰戊二胺、聚月桂酰戊二胺等。在本发明中，所述的戊二胺聚酰胺包含聚己二酰戊二胺、聚对苯二甲酰戊二胺、聚己二酰
‑
对苯二甲酰戊二胺中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料，其特征在于：所述的呋喃基聚酯树脂选自聚呋喃二甲酸乙二醇酯、聚呋喃二甲酸丙二醇酯、聚呋喃二甲酸丁二醇酯、聚呋喃二甲酸己二醇酯、聚呋喃二甲酸辛二醇酯、聚呋喃二甲酸癸二醇酯中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种生物基聚酰胺碳纤维增强材料，其特征在于：所述的扩链剂选自异氰酸酯类、碳化二亚胺类、环氧类中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种生物基聚酰胺碳纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎鸣华，赵清新，唐许，许文前，
申请(专利权)人：江苏澳盛复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：