一种力学性能优异的PC复合材料

一种力学性能优异的PC复合材料

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种力学性能优异的PC复合材料。

背景技术

聚碳酸酯（PC）作为一种性能良好、用途广泛的工程塑料，也存在一些缺陷，如加工性能较差，易应力开裂，缺口冲击和低温韧性差等，从而大大地限制其应用。

碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。但未经表面处理的碳纤维表面惰性大，缺乏具有化学活性的官能团，与基体的黏结性差，界面中存在较多的缺陷，限制了碳纤维高性能的发挥。因此，国内外对碳纤维的表面改性研究非常活跃。碳纤维的表面改性主要通过提高碳纤维表面活性，强化碳纤维与基体树脂之间界面性能，达到提高复合材料层间剪切强度的目的。

将碳纤维表面改性增强PC复合材料，可得到一种具备高强度、高弹性、高刚度和高异电性等优点的新型材料，并且大大地提高PC的力学性能和导电性能等，具有巨大的发展空间和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维增强的力学性能优异的PC复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种力学性能优异的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂50%～80%、玻璃纤维10%～20%、碳纤维4%～8%、相容剂2%～4%、TAF 0.1%～1%、抗氧剂0.1%～1%、润滑剂0.1%～1%。

所述的PC树脂为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。

所述的玻璃纤维为直径在8～12μm、长度为3～6mm的无碱短切玻璃纤维，其表面经过硅烷偶联剂处理过。

所述的碳纤维为表面经过气液双效氧化处理的碳纤维，其处理方法为：将碳纤维置于质量分数为60%～70%的硝酸溶液，在75℃～90℃下浸渍处理10～60分钟，然后真空抽滤去酸液，并用去离子水冲洗至中性，经干燥后置于反应釜中，并采用浓度为0.5～15mg/L的臭氧连续导入碳纤维表面，在400℃～450℃下氧化5～10分钟，然后暴露在空气中冷却30～60分钟，再经干燥后得到的碳纤维。

所述的相容剂为聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）。

所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：4比例的复配物。

所述的润滑剂为硬脂酸酯（PETS）。

上述的一种力学性能优异的PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）、将PC树脂在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；

（2）、碳纤维表面处理：将碳纤维置于质量分数为60%～70%的硝酸溶液，在75℃～90℃下浸渍处理10～60分钟，然后真空抽滤去酸液，并用去离子水冲洗至中性，经干燥后置于反应釜中，并采用浓度为0.5～15mg/L的臭氧连续导入碳纤维表面，在400℃～450℃下氧化5～10分钟，然后暴露在空气中冷却30～60分钟，再经干燥后待用；

（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂、玻璃纤维和步骤（2）得到的表面处理后的碳纤维，加入高速混合机，搅拌3～10分钟，然后加入按重量配比称取的相容剂、TAF、抗氧剂、润滑剂，继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；

（4）、将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得本发明的一种力学性能优异的PC复合材料。

本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明采用玻璃纤维和表面经过气液双效氧化处理的碳纤维共混改性PC复合材料，具有改性效果好和易于控制等优点，而且所制得的PC复合材料具有高强度、高模量、高弹性、高光泽和良好导电、导热及热稳定性等优点，在汽车、电子、航天航空、军事、建筑等行业应用具有巨大潜力。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

一种力学性能优异的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂74%、玻璃纤维15%、碳纤维6%、聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）3%、TAF 0.8%、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：4比例的复配物0.5%、硬脂酸酯（PETS）0.7%。其中，所述的PC树脂为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。所述的玻璃纤维为直径在8～12μm、长度为3～6mm的无碱短切玻璃纤维，其表面经过硅烷偶联剂处理过。所述的碳纤维为表面经过气液双效氧化处理的碳纤维，其处理方法为：将碳纤维置于质量分数为60%～70%的硝酸溶液，在75℃～90℃下浸渍处理10～60分钟，然后真空抽滤去酸液，并用去离子水冲洗至中性，经干燥后置于反应釜中，并采用浓度为0.5～15mg/L的臭氧连续导入碳纤维表面，在400℃～450℃下氧化5～10分钟，然后暴露在空气中冷却30～60分钟，再经干燥后得到的碳纤维。

制备方法：（1）、将PC树脂在鼓风干燥机中于110℃～130℃温度下干燥3～4小时，待用；（2）、碳纤维表面处理：将碳纤维置于质量分数为60%～70%的硝酸溶液，在75℃～90℃下浸渍处理10～60分钟，然后真空抽滤去酸液，并用去离子水冲洗至中性，经干燥后置于反应釜中，并采用浓度为0.5～15mg/L的臭氧连续导入碳纤维表面，在400℃～450℃下氧化5～10分钟，然后暴露在空气中冷却30～60分钟，再经干燥后待用；（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂、玻璃纤维和步骤（2）得到的表面处理后的碳纤维，加入高速混合机，搅拌3～10分钟，然后加入按重量配比称取的聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）、TAF、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：1比例的复配物、硬脂酸酯（PETS），继续混合5～30分钟，使充分混合均匀后出料；（4）、将步骤（3）的混合料加入双螺杆挤出机中，在240℃～260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得本发明的一种力学性能优异的PC复合材料。

实施例2：

一种力学性能优异的PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂67%、玻璃纤维20%、碳纤维8%、聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐（PMMA-g-MAH）3.5%、TAF 0.5%、受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量1：4比例的复配物0.5%、硬脂酸酯（PETS）0.5%。其中，所述的PC树脂为双酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量为20000～40000g/mol。所述的玻璃纤维为直径在8～12μm、长度为3～6mm的无碱短切玻璃纤维，其表面经过硅烷偶联剂处理过。所述的碳纤维为表面经过气液双效氧化处理的碳纤维，其处理方法为：将碳纤维置于质量分数为60%～70%的硝酸溶液，在75℃～90℃下浸渍处理10～60分钟，然后真空抽滤去酸液，并用去离子水冲洗至中性，经干燥后置于反应釜中，并采用浓度为0.5～15mg/L的臭氧连续导入碳纤维表面，在400℃～450℃下氧化5～10分钟，然后暴露在空气中冷却30～60分钟，再经干燥后得到的碳纤维。

制备方法同实施例1。