一种用于新能源汽车的高强度复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于新能源汽车的高强度复合材料及其制备方法，属于碳纤维复合材料技术领域。本发明专利技术中用改性碳纤维复合发泡聚丙烯制得复合材料，其力学性能有了明显改善，冲击强度、拉伸强度分别有了显著提升；此外，改性碳纤维还可以增强聚丙烯基体的热稳定性，提高复合材料的使用温度和使用寿命；本发明专利技术中硝酸氧化处理在碳纤维表面引入了含氧官能团，使其改性更加均匀完整，材料性能更优异；本发明专利技术中聚醚醚酮对碳纤维的改性在提高复合材料力学性能同时也赋予了材料更好的耐热性能；本发明专利技术中改性后的碳纤维表面呈现为亲油层，与内部原碳纤维形成包覆结构，可协同聚丙烯结构形成一定程度的韧性界面，进而提高材料的冲击韧性。进而提高材料的冲击韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于新能源汽车的高强度复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳纤维复合材料
，具体地，涉及一种用于新能源汽车的高强度复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国经济的高速发展，汽车已经是我国人民生活中不可或缺的一环，给我们带来更为便捷的生活方式，但汽车内燃机使用的燃料均为不可再生能源，随着世界经济的快速发展，能源环境问题已经成为人类发展和生存的重大问题，而在世界各地的大气污染物的60％以上都来源于汽车尾气的排放，基于这些原因，新能源汽车开始走进世界的视野中。而新能源汽车的电池系统会净增加车体的重量，车体的重量一定程度上关系到节能减排问题和汽车本身的加速和制动性能，所以汽车轻量化技术是新能源汽车的必由之路。纤维增强复合材料的发展无疑对汽车轻量化的发展有着很大的助力。
[0003]碳纤维一般指碳含量高达95％及以上的，具有高强度和高模量的纤维状石墨微晶材料，由于碳纤维的理化性质，在工程上表现出耐高温、耐腐蚀、抗蠕变性能高等特点，且密度小质量轻，但有着出色的刚度，同时膨胀系数也稳定处于低值，在服役环境严苛的工业领域有着很强的竞争优势。近年来，随着技术的发展，碳纤维的制备方法得到长足的进步，碳纤维材料开始从航空航天、交通运输等高精尖领域下沉至生活日用中，如体育休闲、汽车制造等领域。然而碳纤维的本质形状是纤维体，很多情况下无法被直接使用，碳纤维复合材料都是以碳纤维作为增强体。
[0004]发泡聚丙烯，尤其是微发泡聚丙烯在新能源汽车中有着良好的应用前景，但聚丙烯的线型链结构使其黏度低、熔体强度低，只能在结晶熔点附近发泡，发泡的温度区间窄，面临难以发泡均匀、拉伸强度较差的困境；同时，聚合物发泡后虽然节约了成本，但是，由于材料的有效承载面积减少，且在相同承载面积的情况下，大泡孔周围产生的裂纹容易扩展，从而导致聚合物发泡制品综合力学性能的下降，限制了发泡聚合物的工业化应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及一种用于新能源汽车的高强度复合材料及其制备方法，属于碳纤维复合材料
本专利技术中用改性碳纤维复合发泡聚丙烯制得复合材料，其力学性能有了明显改善，冲击强度、拉伸强度分别有了显著提升；此外，改性碳纤维还可以增强聚丙烯基体的热稳定性，提高复合材料的使用温度和使用寿命；本专利技术中硝酸氧化处理在碳纤维表面引入了含氧官能团，使其改性更加均匀完整，材料性能更优异；本专利技术中聚醚醚酮对碳纤维的改性在提高复合材料力学性能同时也赋予了材料更好的耐热性能；本专利技术中改性后的碳纤维表面呈现为亲油层，与内部原碳纤维形成包覆结构，可协同聚丙烯结构形成一定程度的韧性界面，进而提高材料的冲击韧性。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种用于新能源汽车的高强度复合材料的制备方法，包括以下操作：
[0008](1)将碳纤维进行预处理，然后对其进行改性制得改性碳纤维，所述改性包括以下操作：将聚醚醚酮与双氨基型官能团硅烷混合制成混合液A，将预处理后的碳纤维在混合液A中浸渍3
‑
6min，干燥；
[0009](2)将马来酸酐接枝聚丙烯与纳米二氧化硅混合后造粒，制得聚丙烯母粒；
[0010](3)将聚丙烯母粒和改性碳纤维混合均匀，进行密炼，破碎，制得预复合材料；
[0011](4)将预复合材料分别与发泡母粒、发泡助剂母粒混合均匀，采用释压成型方式制备出高强度复合材料。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，(1)中所述预处理包括以下操作：
[0013]用混合液B浸渍碳纤维24
‑
32h，干燥，再加入浓硝酸，于80
‑
85℃升温回流1
‑
1.5h，用去离子水冲洗至pH为6.8
‑
7.2，于90
‑
100℃真空干燥。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，所述混合液B由体积比为1:0.8
‑
1.2:0.8
‑
1.2的丙酮、四氢呋喃和石油醚组成。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，(2)中所述马来酸酐接枝聚丙烯与纳米二氧化硅的质量比为95
‑
97:3
‑
5。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，(2)中所述造粒包括以下操作：按照6
‑
8:1的质量比用双螺杆挤出造粒机进行挤出造粒。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，所述双螺杆挤出造粒机的主机转速为200
‑
220r/min，喂料转速为18
‑
22r/min。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，(3)中所述聚丙烯母粒和改性碳纤维的体积比为8
‑
10:90
‑
92。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，(4)中所述预复合材料分别与发泡母粒、发泡助剂母粒的质量比为15
‑
17:2
‑
4:1。
[0020]作为本专利技术的一种优选方案，(4)中所述释压成型方式包括以下操作：在塑料注射成型机以80
‑
90mm/s的射胶速率和55
‑
60MPa的射胶压力制备。
[0021]上述制备方法制得的用于新能源汽车的高强度复合材料。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]1.本专利技术提供一种用于新能源汽车的高强度复合材料及其制备方法。本专利技术中用改性碳纤维复合发泡聚丙烯制得复合材料，可以促进对孔径的细化，且经过发泡后的复合材料的力学性能有了明显改善，冲击强度、拉伸强度分别有了显著提升；此外，改性碳纤维还可以增强聚丙烯基体的热稳定性，提高复合材料的使用温度和使用寿命。
[0024]2.本专利技术中，硝酸氧化处理在碳纤维表面引入了含氧官能团，改变了碳纤维表面的化学环境，提高了表面能，使其润湿性能得到改善，改性更加均匀完整，材料性能更优异。
[0025]3.本专利技术中，聚醚醚酮在双氨基型官能团硅烷的协同作用下使得碳纤维与聚丙烯基体之间的附着力增强；聚醚醚酮对碳纤维的改性在提高复合材料力学性能同时也赋予了材料更好的耐热性能。
[0026]4.本专利技术中，改性后的碳纤维表面呈现为亲油层，与内部原碳纤维形成包覆结构，可协同聚丙烯结构形成一定程度的韧性界面，当材料受力时，韧性界面层可发生适当的形变，从而引发应力开裂，吸收并传递应力，促使壳层较大面积屈服变形并吸收冲击能，进而提高材料的冲击韧性。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例1
[0029]一种用于新能源汽车的高强度复合材料，通过以下制备方法制得：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于新能源汽车的高强度复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下操作：(1)将碳纤维进行预处理，然后对其进行改性制得改性碳纤维，所述改性包括以下操作：将聚醚醚酮与双氨基型官能团硅烷混合制成混合液A，将预处理后的碳纤维在混合液A中浸渍3
‑
6min，干燥；(2)将马来酸酐接枝聚丙烯与纳米二氧化硅混合后造粒，制得聚丙烯母粒；(3)将聚丙烯母粒和改性碳纤维混合均匀，进行密炼，破碎，制得预复合材料；(4)将预复合材料分别与发泡母粒、发泡助剂母粒混合均匀，采用释压成型方式制备出高强度复合材料。2.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车的高强度复合材料的制备方法，其特征在于，(1)中所述预处理包括以下操作：用混合液B浸渍碳纤维24
‑
32h，干燥，再加入浓硝酸，于80
‑
85℃升温回流1
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1.5h，用去离子水冲洗至pH为6.8
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7.2，于90
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100℃真空干燥。3.根据权利要求2所述的一种用于新能源汽车的高强度复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合液B由体积比为1:0.8
‑
1.2:0.8
‑
1.2的丙酮、四氢呋喃和石油醚组成。4.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车的高强度复合材料的制备方法，其特征在于，(2)中所述马来酸酐接枝聚丙烯与纳米二氧化硅的质量比为9...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明绪，赵晶，
申请(专利权)人：泰州鑫兴盛新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：