碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料及其制备方法

碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料及其制备方法。

背景技术

聚氯乙烯是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，由于它的耐化学药品性高、电绝缘性能好、物理化学性能稳定、价格低廉等优点，目前已广泛应用于电线电缆、管材、包装、地板等众多领域。但聚氯乙烯单纯使用却存在热稳定性差、强度不高、耐候性不好等缺陷，将极大地限制了其在各领域中的应用。为了得到高性能聚氯乙烯，往往需要在聚氯乙烯中添加第二组分，以更好地提升其的使用性能和应用效果。碳纤维具有高强度、低密度、高耐温、耐水、耐腐蚀等特点，是一种优异的高强度增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。因此，将碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料可以大幅提高材料的强度、耐热性和化学稳定性等优点，因而具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力学性能好、热稳定性高、成本低和制备工艺简单的碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料，其组分按质量百分数配比为：聚氯乙烯60%～70%、邻苯二甲酸二辛酯5%～9%、钙锌复合稳定剂1%～2%、改性碳纤维6%～12%、抗冲改性剂5%～7%、ACR助剂1%～4%、阻燃剂5%～8%、光稳定剂944 1%～2%、抗氧剂1010 0.1%～0.5%、硬脂酸酯0.5%～1%。

所述聚氯乙烯的平均聚合度在800～1200、重均分子量在50000～120000范围。

所述改性碳纤维为表面经过氧化预处理、并由γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂活化处理的短切聚丙烯腈碳纤维。

所述抗冲改性剂为乙烯-辛烯共聚物（POE）、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、丙烯腈-乙烯-丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（AES）、橡胶（NBR）、热塑性聚氨酯TPU中的一种。

所述ACR助剂为甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物。

所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、氰尿酸三聚氰胺、聚苯基膦酸二苯砜酯、纳米氢氧化镁、硼酸锌中的至少一种。

上述碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料的制备方法，包括以下步骤：

（1）、碳纤维改性处理：将短切聚丙烯腈碳纤维置于体积比3：1的质量百分含量占98%以上的硫酸和质量百分含量占60%以上的硝酸所组成的混酸溶液中，在超声波振荡和机械搅拌下，处理2～4h，然后用大量的去离子水清洗至中性，再将得到的碳纤维置于质量含量在0.1%～1%的γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂的去离子水溶液中超声分散2～4h，然后过滤，并将所得滤出物于120℃～150℃真空烘箱干燥24～48h，即得到所述的改性碳纤维；

（2）、按重量配比称取各组分，包括步骤（1）得到的改性碳纤维；

（3）、将聚氯乙烯、邻苯二甲酸二辛酯和钙锌复合稳定剂加入料筒温度在80℃～90℃、转速为50～80r//min的混合机中，搅拌20～40min，待聚氯乙烯充分塑化后，加入步骤（1）得到的改性碳纤维，再加入其它组分，搅拌20～30min，待混合均匀后，出料；

（4）、将步骤（3）得到的物料加入双螺杆挤出机混炼后挤出造粒，控制双螺杆挤出机温度在165℃～225℃、螺杆转速在80～200r/min范围，然后风冷、包装，即得所述的碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料。

本发明的有益效果是，本发明具有高强度、高阻燃、高耐温、低密度和良好化学稳定性等优点，而且加工性能好，电性能优良，成本低，耐候防老化性能好，制备工艺简单，易于推广应用。

具体实施方式

下面结合具体的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

一种碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料，其组分按质量百分数配比为：聚氯乙烯60%、邻苯二甲酸二辛酯5%、钙锌复合稳定剂1%、改性碳纤维12%、POE 7%、ACR助剂4%、十溴二苯乙烷8%、光稳定剂944 2%、抗氧剂1010 0.5%、硬脂酸酯0.5%，所述改性碳纤维为表面经过氧化预处理、并由γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂活化处理的短切聚丙烯腈碳纤维。

制备方法：（1）、碳纤维改性处理：将短切聚丙烯腈碳纤维置于体积比3：1的质量百分含量占98%以上的硫酸和质量百分含量占60%以上的硝酸所组成的混酸溶液中，在超声波振荡和机械搅拌下，处理2～4h，然后用大量的去离子水清洗至中性，再将得到的碳纤维置于质量含量在0.1%～1%的γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂的去离子水溶液中超声分散2～4h，然后过滤，并将所得滤出物于120℃～150℃真空烘箱干燥24～48h，即得到所述的改性碳纤维；（2）、按重量配比称取各组分，包括步骤（1）得到的改性碳纤维；（3）、将聚氯乙烯、邻苯二甲酸二辛酯和钙锌复合稳定剂加入料筒温度在80℃～90℃、转速为50～80r//min的混合机中，搅拌20～40min，待聚氯乙烯充分塑化后，加入步骤（1）得到的改性碳纤维，再加入其它组分，搅拌20～30min，待混合均匀后，出料；（4）、将步骤（3）得到的物料加入双螺杆挤出机混炼后挤出造粒，控制双螺杆挤出机温度在165℃～225℃、螺杆转速在80～200r/min范围，然后风冷、包装，即得所述的碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料。

实施例2：

一种碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料，其组分按质量百分数配比为：聚氯乙烯70%、邻苯二甲酸二辛酯9%、钙锌复合稳定剂2%、改性碳纤维6%、SEBS 5%、ACR助剂1%、氰尿酸三聚氰胺5%、光稳定剂944 1%、抗氧剂1010 0.1%、硬脂酸酯0.9%，所述改性碳纤维为表面经过氧化预处理、并由γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂活化处理的短切聚丙烯腈碳纤维。

制备方法：（1）、碳纤维改性处理：将短切聚丙烯腈碳纤维置于体积比3：1的质量百分含量占98%以上的硫酸和质量百分含量占60%以上的硝酸所组成的混酸溶液中，在超声波振荡和机械搅拌下，处理2～4h，然后用大量的去离子水清洗至中性，再将得到的碳纤维置于质量含量在0.1%～1%的γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂的去离子水溶液中超声分散2～4h，然后过滤，并将所得滤出物于120℃～150℃真空烘箱干燥24～48h，即得到所述的改性碳纤维；（2）、按重量配比称取各组分，包括步骤（1）得到的改性碳纤维；（3）、将聚氯乙烯、邻苯二甲酸二辛酯和钙锌复合稳定剂加入料筒温度在80℃～90℃、转速为50～80r//min的混合机中，搅拌20～40min，待聚氯乙烯充分塑化后，加入步骤（1）得到的改性碳纤维，再加入其它组分，搅拌20～30min，待混合均匀后，出料；（4）、将步骤（3）得到的物料加入双螺杆挤出机混炼后挤出造粒，控制双螺杆挤出机温度在165℃～225℃、螺杆转速在80～200r/min范围，然后风冷、包装，即得所述的碳纤维填充改性聚氯乙烯塑料。