有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料

有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料。

背景技术

聚碳酸酯（PC）是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性能，耐蠕变和尺寸稳定性好，能在较高的温度范围内保持较高的力学强度，无毒，介电性能优良，是近年来增长迅速最快和产能规模最大的工程塑料。但PC的耐疲劳强度较低、对缺口敏感，易产生应力开裂，且流动性能较差，极大的限制其应用范围，因此，对PC进行改性是很有必要的。纳米碳纤维具有较高的强度和杨氏模量，较好的导电、导热及热稳定性以及极好的表面尺寸效应等，因而受到了人们极大的关注。将纳米碳纤维有机功能化处理之后增强PC材料可以极大地提高力学强度、抗拉模量、导电导热性能等，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂70%～95%、有机功能化纳米碳纤维5%～20%、PETS 0.5%～1.5%、耐水解剂0.2%～1.5%、抗氧剂0.1%～0.5%、KSS 0.05%～0.1%、其它助剂0.1%～2%。

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。

所述的有机功能化纳米碳纤维为经表面处理后覆盖有2nm～3nm硅胶薄膜的纳米碳纤维，其处理工艺为将纳米碳纤维加入体积比4：1的98%浓硫酸和30%双氧水的混合液，并通过超声浴反应2～5小时后，经水和丙酮洗涤3～8次，并在85℃条件下干燥0.5～2小时，出料得到氧化后的纳米碳纤维，再与占氧化纳米碳纤维5wt%的聚二甲基硅氧烷一起加入反应釜中，在加热300℃条件下反应3～5小时，然后先后通过丙酮清洗和甲苯萃取，再通过在蒸汽浴室蒸干的方式进行浓缩，所得残留物用丙酮清洗后在85℃条件下干燥，即制得有机功能化纳米碳纤维。

所述的PETS为硬脂酸酯。

所述的耐水解剂为苯基缩水甘油醚或双酚A双缩水甘油醚。

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1：1比例的复配物。

所述的KSS为苯磺酰苯磺酸钾。

所述的其它助剂为增韧剂、润滑剂、光稳定剂、着剂中的一种或几种。

上述的有机功能化纳米碳纤维增强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）、制备有机功能化纳米碳纤维：将纳米碳纤维加入体积比4：1的98%浓硫酸和30%双氧水的混合液，并通过超声浴反应2～5小时后，经水和丙酮洗涤3～8次，并在85℃条件下干燥0.5～2小时，出料得到氧化后的纳米碳纤维，再与占氧化纳米碳纤维5wt%的聚二甲基硅氧烷一起加入反应釜中，在加热300℃条件下反应3～5小时，然后先后通过丙酮清洗和甲苯萃取，再通过在蒸汽浴室蒸干的方式进行浓缩，所得残留物用丙酮清洗后在85℃条件下干燥，即制得有机功能化纳米碳纤维，待用；

（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂和其它各组分，分别加入高速混合机中，充分搅拌5～30分钟，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，即得本发明的有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料。

本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明将制成的有机功能化纳米碳纤维用来增强PC复合材料，纳米碳纤维表面有机硅功能化，大大提高了纳米碳纤维的表面活性，有利于与PC树脂复合，本发明制得的PC复合材料具有高比强度、高比模量、高结晶取向度等性能，而且导电性能好，结构致密，阻燃性能达到UL94 V-0级，在汽车、化工、机械、电气、建筑等领域具有非常广泛应用前景。

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：

一种有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂87%、有机功能化纳米碳纤维10%、PETS 1%、苯基缩水甘油醚1%、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0.3%、KSS 0.1%、其它助剂0.6%。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；所述的有机功能化纳米碳纤维为经表面处理后覆盖有2nm～3nm硅胶薄膜的纳米碳纤维，其处理工艺为将纳米碳纤维加入体积比4：1的98%浓硫酸和30%双氧水的混合液，并通过超声浴反应2～5小时后，经水和丙酮洗涤3～8次，并在85℃条件下干燥0.5～2小时，出料得到氧化后的纳米碳纤维，再与占氧化纳米碳纤维5wt%的聚二甲基硅氧烷一起加入反应釜中，在加热300℃条件下反应3～5小时，然后先后通过丙酮清洗和甲苯萃取，再通过在蒸汽浴室蒸干的方式进行浓缩，所得残留物用丙酮清洗后在85℃条件下干燥，即制得有机功能化纳米碳纤维。所述的PETS为硬脂酸酯。所述的KSS为苯磺酰苯磺酸钾。所述的其它助剂为光稳定剂。

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）、制备有机功能化纳米碳纤维：将纳米碳纤维加入体积比4：1的98%浓硫酸和30%双氧水的混合液，并通过超声浴反应2～5小时后，经水和丙酮洗涤3～8次，并在85℃条件下干燥0.5～2小时，出料得到氧化后的纳米碳纤维，再与占氧化纳米碳纤维5wt%的聚二甲基硅氧烷一起加入反应釜中，在加热300℃条件下反应3～5小时，然后先后通过丙酮清洗和甲苯萃取，再通过在蒸汽浴室蒸干的方式进行浓缩，所得残留物用丙酮清洗后在85℃条件下干燥，即制得有机功能化纳米碳纤维，待用；（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂和其它各组分，分别加入高速混合机中，充分搅拌5～30分钟，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，即得本发明的有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料。

实施例2：

一种有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂92%、有机功能化纳米碳纤维5%、PETS 1%、苯基缩水甘油醚0.9%、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0.3%、KSS 0.1%、其它助剂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。所述的有机功能化纳米碳纤维为经表面处理后覆盖有2nm～3nm硅胶薄膜的纳米碳纤维，其处理工艺为将纳米碳纤维加入体积比4：1的98%浓硫酸和30%双氧水的混合液，并通过超声浴反应2～5小时后，经水和丙酮洗涤3～8次，并在85℃条件下干燥0.5～2小时，出料得到氧化后的纳米碳纤维，再与占氧化纳米碳纤维5wt%的聚二甲基硅氧烷一起加入反应釜中，在加热300℃条件下反应3～5小时，然后先后通过丙酮清洗和甲苯萃取，再通过在蒸汽浴室蒸干的方式进行浓缩，所得残留物用丙酮清洗后在85℃条件下干燥，即制得有机功能化纳米碳纤维。所述的PETS为硬脂酸酯。所述的KSS为苯磺酰苯磺酸钾。所述的其它助剂为润滑剂。

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）、制备有机功能化纳米碳纤维：将纳米碳纤维加入体积比4：1的98%浓硫酸和30%双氧水的混合液，并通过超声浴反应2～5小时后，经水和丙酮洗涤3～8次，并在85℃条件下干燥0.5～2小时，出料得到氧化后的纳米碳纤维，再与占氧化纳米碳纤维5wt%的聚二甲基硅氧烷一起加入反应釜中，在加热300℃条件下反应3～5小时，然后先后通过丙酮清洗和甲苯萃取，再通过在蒸汽浴室蒸干的方式进行浓缩，所得残留物用丙酮清洗后在85℃条件下干燥，即制得有机功能化纳米碳纤维，待用；（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂和其它各组分，分别加入高速混合机中，充分搅拌5～30分钟，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，即得本发明的有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料。

实施例3：

一种有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料，其组分按质量百分数配比为：PC树脂77%、有机功能化纳米碳纤维20%、PETS 1.2%、双酚A双缩水甘油醚1%、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0.3%、KSS 0.1%、其它助剂0.4%。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。所述的有机功能化纳米碳纤维为经表面处理后覆盖有2nm～3nm硅胶薄膜的纳米碳纤维，其处理工艺为将纳米碳纤维加入体积比4：1的98%浓硫酸和30%双氧水的混合液，并通过超声浴反应2～5小时后，经水和丙酮洗涤3～8次，并在85℃条件下干燥0.5～2小时，出料得到氧化后的纳米碳纤维，再与占氧化纳米碳纤维5wt%的聚二甲基硅氧烷一起加入反应釜中，在加热300℃条件下反应3～5小时，然后先后通过丙酮清洗和甲苯萃取，再通过在蒸汽浴室蒸干的方式进行浓缩，所得残留物用丙酮清洗后在85℃条件下干燥，即制得有机功能化纳米碳纤维。所述的PETS为硬脂酸酯。所述的KSS为苯磺酰苯磺酸钾。所述的其它助剂为着剂。

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）、制备有机功能化纳米碳纤维：将纳米碳纤维加入体积比4：1的98%浓硫酸和30%双氧水的混合液，并通过超声浴反应2～5小时后，经水和丙酮洗涤3～8次，并在85℃条件下干燥0.5～2小时，出料得到氧化后的纳米碳纤维，再与占氧化纳米碳纤维5wt%的聚二甲基硅氧烷一起加入反应釜中，在加热300℃条件下反应3～5小时，然后先后通过丙酮清洗和甲苯萃取，再通过在蒸汽浴室蒸干的方式进行浓缩，所得残留物用丙酮清洗后在85℃条件下干燥，即制得有机功能化纳米碳纤维，待用；（3）、按重量配比称取干燥的PC树脂和其它各组分，分别加入高速混合机中，充分搅拌5～30分钟，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，即得本发明的有机功能化纳米碳纤维增强PC复合材料。