專利名稱：一種馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，該材料用 于制作汽車保險(xiǎn)杠。
背景技術(shù)：
隨著科技進(jìn)步，復(fù)合材料的應(yīng)用、纖維增強(qiáng)熱塑性塑料等新材料的不斷開發(fā)，汽車外觀 及零部件塑化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，它在提高汽車效能、美觀及輕量化的市場需求中扮演 愈來愈重要的角色，因此塑料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。由于汽車零部件的質(zhì)量直接影響 整車的性能，所以提高材料性能與零部件的質(zhì)量，已是開發(fā)應(yīng)用的3務(wù)之急。隨著汽車用塑 料由內(nèi)飾件向結(jié)構(gòu)件、功能件的發(fā)展和汽車負(fù)荷的增大，單一塑料已無法滿足高應(yīng)力件、高 溫件和外板等部件的使用要求，開發(fā)力學(xué)強(qiáng)度高、綜合性能好、耐熱性與耐久性優(yōu)良、壽命 長及可靠性好的功能型工程塑料已成燃眉之急。
汽車保險(xiǎn)杠是TPE(熱塑性彈性體)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，其中又以TPO(熱塑性聚烯烴)為主。 保險(xiǎn)杠大多采用改性PP生產(chǎn)，由于改性PP的性能較佳，其應(yīng)用的發(fā)展正在加快。塑料保險(xiǎn) 杠目前已占世界汽車塑料用料的90%以上，以改性PP為原料生產(chǎn)的保險(xiǎn)杠具有易加工、成 本低、質(zhì)量輕和可回收等優(yōu)勢，PP塑料材料通過填充改性后，與原來汽車內(nèi)裝飾部件使用的 PVC、 ABS等塑料材料相比，具有優(yōu)異的耐熱性和剛性，便于成型加工，特別有利于回收再 利用。
聚丙烯(PP)屬于非極性結(jié)晶性高聚物，由于具有良好的綜合性能、價(jià)格低廉、用途廣泛而 成為發(fā)展迅速的熱塑性通用樹脂。但是，當(dāng)用作工業(yè)部件時(shí)其拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度通常不能 滿足要求，且易蠕變、尺寸穩(wěn)定性差也限制了其應(yīng)用。PP合金化是改善PP性能的有效途徑。 聚酰胺6(PA6)具有強(qiáng)度高、彈性好、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，在高溫、高低壓和高速 等極端環(huán)境下具有優(yōu)異的摩擦磨損性能。將PP與PA6共混，可有效改善和提高PP的性能。 PP與PA6體系是不相容共混體系，采用接枝物改善PP與PA6的相容性已成為研究的熱點(diǎn)。 但是，聚酰胺活性比表面積小、表面能低，在與聚丙烯共混時(shí)，往往因其與聚丙烯樹脂界面 的粘合性差而影響其使用性能，因而提高兩相的共混兼容性就顯得極為重要。目前，主要應(yīng) 用 phathalic anhydride-terminated PSU (PSU陽PhAH) 、 melt radical grafting with glycidyl methacrylate (GMA)、 maleated ethylene - propylene - diene copolymer (EPDM-graft- MAH)等來改善聚酰胺與聚丙烯的界面結(jié)合力，以提高聚酰胺與聚丙烯的的綜合性能，這些方法在一定 程度上改善了聚酰胺與聚丙烯的界面結(jié)合性能，但達(dá)不到理想的兼容效果。因此，有必要采 用有效的改性方法對其進(jìn)行改性處理，以最大限度地提高聚酰胺與聚丙烯的兼容性。
碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料由于具有密度小、比強(qiáng)度高、比模量高、熱膨脹系數(shù)小等一 系列優(yōu)異特性，在航天器結(jié)構(gòu)上已得到廣泛的應(yīng)用。其中碳纖維是增強(qiáng)體，為主要的承力結(jié) 構(gòu)，樹脂基體起連接纖維和傳遞載荷的作用，可以傳遞和承受剪切應(yīng)力，承受垂直于纖維的 拉伸和壓縮載荷，并保護(hù)纖維不受損傷和腐蝕。研究表明，碳纖維在未經(jīng)表面處理前，其活 性比表而積小，邊緣活性碳原子數(shù)目也少，表面能低，接觸角大，表面呈現(xiàn)出憎液性，致使 其與樹脂基體粘結(jié)不良。未經(jīng)表面處理的碳纖維與基體材料的粘結(jié)程度難以達(dá)到應(yīng)有的水平， 不能充分發(fā)揮復(fù)合材料潛在的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種馬來酸酐接枝改性碳纖維Z聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，該材料 用于制作汽車保險(xiǎn)杠，其目的在于克服聚丙烯與聚酰胺之間兼容性差的問題，本發(fā)明采用馬
來酸酐接枝的方法對聚丙烯進(jìn)行表面接枝改性處理，可以改善聚酰胺/聚丙烯(PA6/PP)復(fù)合材 料的界面結(jié)合兼容性能，制備出具有更加優(yōu)異力學(xué)性能的復(fù)合材料，可以適用于汽車保險(xiǎn)杠 材料。
一種馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按照如下 步驟進(jìn)行
A) 采用馬來酸酐溶液浸泡聚丙烯，將聚酰胺6和馬來酸酐接枝聚丙烯分別在90 °C和 5(TC下真空干燥10h ，然后與碳纖維混合，并于245 'C下熔融共混，擠出造粒；
B) 將A)中所得共混物粒料在85 。C下干燥12 h后注射成型，注射溫度為200—250 'C， 注射壓力為50—90MPa ，注射時(shí)間為2 — 10s ，注射速率50 — 80g/s，制備標(biāo)準(zhǔn)試樣用于力學(xué) 性能測試。
所述的碳纖維的重量百分比為混合粉料的10 20%。
所述馬來酸酐溶液的組分重量百分比為馬來酸酐10 — 20%、乙醇70 — 85%、乙二
胺四乙酸5 — 10%。
所述的聚丙烯為熱塑性聚丙烯。
所述的馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料用于制作汽車保險(xiǎn)杠。本發(fā)明改善了聚酰胺/聚丙烯(PA6/PP)復(fù)合材料的界面結(jié)合兼容性能，有效提高了聚丙烯 的強(qiáng)度，工藝簡單，成本低。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述，但本實(shí)施例并不用于限制本 發(fā)明，凡是采用本發(fā)明方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1:
復(fù)合材料的組分重量百分比為碳纖維89%，聚丙烯10%，聚酰胺1%。 馬來酸酐改性劑各組分重量百分比如下馬來酸酐10%、乙醇85%、乙二胺四乙酸5%。
復(fù)合材料制備過程如下
采用馬來酸酐接枝的方法對聚丙烯進(jìn)行表面接枝改性處理，以改善聚酰胺/聚丙烯(PA6/PP) 復(fù)合材料的界面結(jié)合兼容性能，將PA6和馬來酸酐接枝聚丙烯分別在90 'C和5(TC下真空 干燥10h ，然后與一定量碳纖維混合，并于245 。C下熔融共混，擠出造粒；將所得共混物 粒料在85 'C下干燥12h后注射成型，注射溫度為200'C，注射壓力為50MPa ，注射時(shí)間為 2s ，注射速率50g/s，制備標(biāo)準(zhǔn)試樣用于力學(xué)性能測試。對制備得到的復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能 試驗(yàn)，其拉伸強(qiáng)度為145Mpa。
實(shí)施例2:
復(fù)合材料的組分重量百分比為碳纖維79%，聚丙烯11%，聚酰胺10%。 馬來酸酐改性劑各組分重量百分比如下馬來酸酐20%、乙醇70%、乙二胺四乙酸5%。
復(fù)合材料制備過稃如下
采用馬來酸酐接枝的方法對聚丙烯進(jìn)行表面接枝改性處理，以改善聚酰胺/聚丙烯(PA6/PP) 復(fù)合材料的界面結(jié)合兼容性能，將PA6和馬來酸酐接枝聚丙烯分別在90 °C和50'C下真空 干燥10h ,然后與一定量碳纖維混合，并于245 'C下熔融共混，擠出造粒；將所得共混物 粒料在85 。C下干燥12h后注射成型，注射溫度為230'C，注射壓力為70MPa ,注射時(shí)間為 5s ，注射速率60g/s，制備標(biāo)準(zhǔn)試樣用于力學(xué)性能測試。
對制備得到的復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，其拉伸強(qiáng)度為151Mpa。實(shí)施例3:
復(fù)合材料的組分重量百分比為碳纖維80%，聚丙烯15%，聚酰胺5%。 馬來酸酐改性劑各組分重量百分比如下馬來酸酐19%、乙醇80%、乙二胺四乙酸1%。
復(fù)合材料制備過程如下
采用馬來酸酐接枝的方法對聚丙烯進(jìn)行表面接枝改性處理，以改善聚酰胺/聚丙烯(PA6/PP) 復(fù)合材料的界面結(jié)合兼容性能，將PA6和馬來酸酐接枝聚丙烯分別在90 °C和5(TC下真空 干燥10h ，然后與一定量碳纖維混合，并于245 'C下熔融共混，擠出造粒；將所得共混物 粒料在85 'C下干燥12 h后注射成型，注射溫度為250 °C，注射壓力為90MPa ，注射時(shí)間 為10s ，注射速率80g/s，制備標(biāo)準(zhǔn)試樣用于力學(xué)性能測試，其拉伸性能為162Mpa。
作為對照例，在相同的復(fù)合材料組分及復(fù)合材料制備工藝下，未接枝改性碳纖維/聚酰胺/ 聚丙烯復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為112MPa，可以看出，馬來酸酐接枝改性處理對于復(fù)合材料拉伸性 能提高明顯。
權(quán)利要求
1. 一種馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行A)采用馬來酸酐溶液浸泡聚丙烯，將聚酰胺6和馬來酸酐接枝聚丙烯分別在90℃和50℃下真空干燥10h，然后與碳纖維混合，并于245℃下熔融共混，擠出造粒；B)將A)中所得共混物粒料在85℃下干燥12h后注射成型，注射溫度為200—250℃，注射壓力為50—90MPa，注射時(shí)間為2—10s，注射速率50—80g/s，制備標(biāo)準(zhǔn)試樣用于力學(xué)性能測試。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所述的碳纖維的重量百分比為混合粉料的10 20%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述馬來酸酐溶液的組分重量百分比為馬來酸酐10 — 20%、乙醇70—85 %、乙二胺四乙酸5 — 10%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所述的聚丙烯為熱塑性聚丙烯。
全文摘要
一種馬來酸酐接枝改性碳纖維/聚酰胺/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，按照如下步驟進(jìn)行首先采用馬來酸酐溶液浸泡聚丙烯，將聚酰胺6和馬來酸酐接枝聚丙烯分別在90℃和50℃下真空干燥10h，然后與碳纖維混合，并于245℃下熔融共混，擠出造粒；然后將所得共混物粒料在85℃下干燥12h后注射成型，注射溫度為200-250℃，注射壓力為50-90MPa，注射時(shí)間為2-10s，注射速率50-80g/s，制備標(biāo)準(zhǔn)試樣用于力學(xué)性能測試。所述的碳纖維的重量百分比為混合粉料的10～20％。本發(fā)明有效提高了聚丙烯的強(qiáng)度，工藝簡單，成本低。
文檔編號C08L51/00GK101544822SQ200910050288
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者洲 周, 健 李 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)