注塑級碳纖維復(fù)合材料及其制備方法、在汽車零部件上的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是碳纖維復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉 及一種注塑級碳纖維復(fù)合材料及其制備方法，以及所述注塑級碳纖維復(fù)合材料在汽車零部 件上的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維的力學(xué)性能是目前所有纖維材料中最好的，遠高于玻璃纖維，與相關(guān)基材 復(fù)合，可大幅度提高復(fù)合材料的綜合機械性能。所以現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了利用碳纖維材料優(yōu) 良力學(xué)性能來改性塑料基材的技術(shù)，得到的復(fù)合材料具有優(yōu)異的機械性能、熱性能以及電 氣性能，現(xiàn)有技術(shù)中與碳纖維復(fù)合的常用基材為熱塑性塑料基材，而用于改性塑料基材的 碳纖維形態(tài)則有長碳纖維、短切碳纖維及碳纖維顆粒等。在碳纖維復(fù)合材料中，碳纖維是 主要承力組分，它不僅能提高材料的強度和模量，而且能減少收縮，提高熱變形溫度和沖擊 強度等。汽車零件使用碳纖維復(fù)合材料，與現(xiàn)有材料相比，擁有相當大的優(yōu)勢，包括（1)減 輕重量：增加燃油效率；（2)抗沖擊佳：吸收沖擊能量；（3)降低成本：減少組裝費用；（4) 提高安全：疲勞特性增加；（5)保護地球：減少C02排放。因此碳纖維復(fù)合材料在汽車零件 中具有非常大的使用前景，但是現(xiàn)有技術(shù)中尚未出現(xiàn)一種能夠充分滿足汽車生產(chǎn)線需要的 制備流程簡單、連續(xù)、生產(chǎn)效率高且產(chǎn)品性能優(yōu)越、質(zhì)量穩(wěn)定的碳纖維復(fù)合材料制備方法， 目前現(xiàn)有的碳纖維復(fù)合材料其力學(xué)、熱學(xué)以及電學(xué)性能尚不能完全達到汽車部件的使用要 求，而且其制備工藝主要以熱固性樹脂基體導(dǎo)入模具中固化成型為主，如真空袋壓法成型、 樹脂傳遞成型（RTM)等，這種制備工藝具有樹脂固化速度慢、制品成型周期長等缺點，不符 合汽車規(guī)?；a(chǎn)使用要求，因此現(xiàn)有的碳纖維復(fù)合材料及其制備工藝并不適合于規(guī)?；?批量連續(xù)生產(chǎn)，無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的汽車產(chǎn)品的使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的問題是提供一種注塑級碳纖維復(fù)合材料及其制備方法、以及所 述注塑級碳纖維復(fù)合材料在汽車零部件上的應(yīng)用方案。本發(fā)明通過創(chuàng)新注塑級碳纖維復(fù)合 材料的配方及其制備方法，使得所提供的注塑級碳纖維復(fù)合材料具有較好的力學(xué)、熱學(xué)和 電學(xué)性能以及加工性能，而且其制備工藝過程具有生產(chǎn)周期短、可連續(xù)高效生產(chǎn)等優(yōu)點，能 夠廣泛應(yīng)用于汽車零部件產(chǎn)品上，滿足了汽車產(chǎn)品應(yīng)用的規(guī)模化批量連續(xù)生產(chǎn)要求，具有 廣闊的推廣前景。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下： 一種注塑級碳纖維復(fù)合材料，包括以下組份： 熱塑性樹脂 100重量份； 碳纖維 5?50重量份； 抗沖改性劑 0?20重量份； 無機填料 O?30重量份； 抗老化劑 〇. 1?5重量份； 其它加工助劑 〇?10重量份； 其中所述碳纖維的重量份為干燥處理后的重量，所述的其他加工助劑為潤滑劑和分散 劑的混合物。
[0005] 進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的注塑級碳纖維復(fù)合材料，其中由以下組份混合制得： 熱塑性樹脂 100重量份； 碳纖維 20?30重量份； 抗沖改性劑 10?20重量份； 無機填料 15?30重量份； 抗老化劑 2?2. 5重量份； 其它加工助劑 5?10重量份； 其中所述碳纖維的重量份為經(jīng)偶聯(lián)和干燥處理后的重量，所述其他加工助劑為潤滑劑 和分散劑的混合物。
[0006] 進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的注塑級碳纖維復(fù)合材料，其中所述熱塑性樹脂為聚乳 酸、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、馬來酸酐接枝改 性聚丙烯、馬來酸酐改性聚烯烴、乙烯-丙烯酸脂共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯 酸鹽共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、抗沖擊聚苯乙烯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、馬來酸酐 接枝改性抗沖擊聚苯乙烯丙烯腈-苯乙烯共聚物、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、馬來酸酐接枝 改性高抗沖聚苯乙烯、馬來酸酐接枝改性丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物中的任意一種或幾 種的混合物。
[0007] 進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的注塑級碳纖維復(fù)合材料，其中所述碳纖維為纖維長度 低于3_的短切碳纖維；所述無機填料為碳酸鈣、蒙脫土、滑石粉、玻璃纖維、玻璃微球中的 任意一種或幾種的混合物。
[0008] 進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的注塑級碳纖維復(fù)合材料，其中所述抗沖改性劑為苯乙 烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物、乙丙橡膠、腈基一丁二烯橡膠、三元乙丙橡膠、順丁橡膠、 丙烯酸系樹脂、聚烯烴彈性體、乙烯一丙烯酸共聚物、乙烯一丙烯酸鹽共聚物、乙烯一醋酸 乙稀共聚物中的任意一種或幾種的混合物；所述抗老化劑選自亞磷酸三苯醋、[3- (3, 5-二 叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戌四醇酯和（2, 4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯中的一種或幾種。
[0009] 進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的注塑級碳纖維復(fù)合材料，其中所述潤滑劑選自脂肪酸 鹽和脂肪酸酰胺中的一種或者幾種；所述分散劑選自石蠟、低分子量聚乙烯、硬脂酸鈣、硬 脂酸鋅、硬脂酸酰胺、甲撐雙硬脂酸酰胺和N，N-乙撐雙硬脂酸酰胺中的一種或者幾種。 [0010] 進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的注塑級碳纖維復(fù)合材料，其中由所述注塑級碳纖維復(fù) 合材料制作的試驗樣條，其密度處于I. 55g/cm3以下，拉伸強度在40MPa以上，彎曲強度在 60MPa以上，彎曲彈性模量在2500MPa以上，缺口沖擊強度大于10KJ/m 2。
[0011] 一種本發(fā)明所述注塑級碳纖維復(fù)合材料的用途，其中所述注塑級碳纖維復(fù)合材料 用于制作汽車各類塑料注塑零部件。
[0012] 一種本發(fā)明所述注塑級碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 步驟一、將碳纖維加入至硅烷偶聯(lián)劑濃度為1~1〇%的水溶液中浸泡4小時以上，然后將 碳纖維過濾出來，并放入干燥箱中于80-120°C條件下烘干； 步驟二、按上述重量配比稱量所述熱塑性樹脂、碳纖維、抗沖改性劑、無機填料、抗老化 劑和其它加工助劑，并置于高速混合機中，在常溫下控制轉(zhuǎn)速為500?2000rpm，混合30? 1000秒得到熱塑性樹脂基材、碳纖維和各加工助劑的混合料； 步驟三、將步驟二得到的混合料送入雙螺桿擠出機中，所述雙螺桿擠出機從喂料口 到模頭各區(qū)的溫度控制在100?220°C范圍間，且所述雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速處于 50~250rpm，在螺桿高速剪切、混煉和輸送下，經(jīng)熔融擠出、造粒后制得所述注塑級碳纖維復(fù) 合材料。
[0013] 一種本發(fā)明所述注塑級碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 步驟一、將碳纖維加入至硅烷偶聯(lián)劑濃度為1~1〇%的水溶液中浸泡4小時以上，然后將 碳纖維過濾出來，并放入干燥箱中于80-120°C條件下烘干； 步驟二、按上述重量配比稱量所述熱塑性樹脂、抗沖改性劑、無機填料、抗老化劑和其 它加工助劑，并置于高速混合機中，在常溫下控制轉(zhuǎn)速為500?2000rpm，混合30?1000秒 得到熱塑性樹脂基材和各加工助劑的混合料； 步驟三、將步驟二得到的混合料送入雙螺桿擠出機中，同時按上述重量配比稱量步驟 一處理后的碳纖維，并將所稱量的碳纖維自雙螺桿擠出機的側(cè)喂料口加入至雙螺桿擠出機 中，并在雙螺桿擠出機中與熱塑性樹脂基材和各加工助劑的混合料進行充分混合后，在螺 桿的高速剪切、混煉和輸送下，經(jīng)熔融擠出、造粒后制得所述注塑級碳纖維復(fù)合材料，其中 所述雙螺桿擠出機從喂料口到模頭各區(qū)的溫度控制在100?220°C范圍間，且所述雙螺桿 擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速處于50~250rpm。
[0014] 通過本發(fā)明的技術(shù)方案至少能夠達到以下技術(shù)效果： 1)