[发明专利]一种碳纤维/空心微珠/聚丙烯三元复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三元复合材料及其制备方法，尤其是碳纤维/空心微珠/聚丙烯三元复合材料及其制备方法。 

  

背景技术

    碳纤维（CF）是一类含碳量超过92%的非石墨形态的纤维的总称，其作为轻质高强的理想增强体，常用于以树脂、金属、陶瓷、水泥等为基体的复合体系中。空心微珠（GB）是一种松散、流动性好的粉体材料，具有隔音性、阻燃性、电绝缘性好，密度小，吸油率低，并且强度高等特点，由于其优异的流动性能，常在填充改性中用于改善流动性能，控制浮纤外露、提高表面光洁度等。空心微珠可以由人工制得或从粉煤灰中分离得到，按其相对密度的不同又可分为漂珠和沉珠；其密度相对较轻的漂珠，密度为0.5~0.75g/ m3。由于其优异的流动性能，常在填充改性中用于改善流动性能，控制浮纤外露、提高表面光洁度等。由于漂珠壁比较薄，在力场作用下易破碎，从而丧失其空心球的意义，因此，漂珠多用于热固性树脂以及浇铸、模压成型的热塑性树脂体系的填充改性中。 

    当前常用碳纤维增强树脂基复合材料仍以热固性树脂为主，特别是片状模塑料(SMC)相当广泛地用于汽车零部件的制造，尤其是在美国和德国。由于热固性树脂基复合材料存在着断裂韧性较低、抗损伤能力较差、预浸料使用周期短、制品加工周期长以及废料回收困难等缺点，限制了其进一步发展，迫使人们对现有的热固性复合材料进行增韧改性，与此同时，人们也在寻找新的韧性材料作为基体树脂。 

随着化石能源的日渐减少和人们对生态环境的日益重视，节能减排已成为全世界共同努力的目标。这使得航天和航空设备、轨道交通运输设备、船舶、汽车等国防、交通运输装备制造业面临着严峻的挑战。“轻量化”是目前交通运输装备制造业节能减排的重要手段之一，也是目前交通运输装备制造业的重要发展方向与研究课题。 

    近二十年来，由于汽车工业的快速发展和复合材料在汽车材料应用领域的迅速扩大，热固性复合材料的有害气体挥发和废弃物回收问题显得尤为突出。随着人类环境保护意识的日益增强，在“2007年世界碳纤维前景”(Global Outlook of Carbon Fiber 2007）会议上，弗柏福奇公司复合材料工程师迈克尔·斯金纳指出，从未来发展趋势看，汽车设计者将更偏爱有利于回收和环保的热塑性复合材料。2008年世界碳纤维前景会上更将“汽车上应用的前景”作为4大专题之一。正是由于碳纤维增强热塑性树脂基复合材料其优异的性能及广阔的应用前景，无论是国家还是个人对这类高性能的复合材料的制备工艺及配方都高度保密。 

  

发明内容

本发明针对碳纤维增强热塑性树脂基复合材料广阔的应用前景，提供一种强度和韧度显著增强、适用范围较为广泛的碳纤维/空心微珠/聚丙烯三元复合材料及其制备方法。 

本发明的技术方案：碳纤维/空心微珠/聚丙烯三元复合材料，其特征在于：三种物质的重量配比为： 

聚丙烯100份，碳纤维2—30份，空心微珠大于0小于30份。

所述碳纤维/空心微珠/聚丙烯三元复合材料的制备方法，其特征在于： 

（1）首先按照工艺要求准备碳纤维、空心微珠、聚丙烯；

（2）对空心微珠进行表面处理：用有机溶剂为溶剂配制浓度为0.5%—3%的硅烷偶联剂溶液，避光混合浸润空心微珠0.5—3小时；然后滤掉处理液，用等离子水淋洗3—5次；最后，烘干后冷却；

（3）将碳纤维/空心微珠/聚丙烯三种物质按照其重量配比加入，混合均匀；

（4）需要制作制件时，将配合好的复合材料加入注射机，进行注射成型，得到三元复合材料及其制件。

本发明的碳纤维/空心微珠/聚丙烯三元复合材料，相对于现有技术，具有如下特点： 

1、本发明以热塑性聚丙烯树脂作为基体材料，用碳纤维及空心微珠对其进行共混改性，最终获得了在较少碳纤维添加的情况下同时增强增韧的碳纤维/空心微珠/聚丙烯三元共混体系。 

2、在碳纤维/聚丙烯复合体系中引入第三相空心微珠，在冲击过程中主要的承受载体由碳纤维变成了空心微珠，从而实现了复合体系的增韧，而且在相同添加量下，相对于添加PP-g-MAH，添加空心微珠对体系力学性能的影响更为显著，成本也明显降低。 

3、本发明的三元复合材料，具有较为广泛的应用前景；其制备方法简单，操作者能够较快掌握。