聚苯胺?碳纖維復(fù)合材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了聚苯胺?碳纖維復(fù)合材料，包括如下組分：聚苯胺、碳纖維、硝酸亞鈰、氧化鋅、肉桂酸、硅酮粉、EPR、二甲基硅油、芥酸酰胺、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟、烏洛托品、乙烯基三乙氧基硅烷、鄰苯二甲酸酯份、乙烯?醋酸乙烯酯共聚物、EVA、N,N?二甲基甲酰胺。本發(fā)明還提供了所述聚苯胺?碳纖維復(fù)合材料的制備方法。本實(shí)施例制備的聚苯胺?碳纖維復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性，同時(shí)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率值高，綜合性能優(yōu)良，此外還具有良好的導(dǎo)熱和抗靜電性，充分發(fā)揮了材料的各自的優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚苯胺的主鏈上含有交替的苯環(huán)和氮原子，是一種特殊的導(dǎo)電聚合物。聚苯胺由于合成簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，耐高溫，抗氧化性好，電導(dǎo)率高和電致變色等優(yōu)點(diǎn)，在二次電池、抗靜電及吸波材料、防腐蝕材料、超級(jí)電容器、選擇性透過(guò)膜、傳感器、分子導(dǎo)線(xiàn)及分子器件等方面有著一定的應(yīng)用。然而，為了更好的應(yīng)用，聚苯胺材料的抗靜電性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性等方面還有待進(jìn)一步提尚。
[0003]碳纖維是含碳量在90%以上的高強(qiáng)度高模量纖維，是用分解溫度低于熔融溫度的纖維聚合物，通過(guò)千度以上固相熱解而制成。其種類(lèi)包括有聚丙烯腈基碳纖維(PAN基碳纖)、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維。碳纖維具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、耐疲勞、性能優(yōu)良、模量大和熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣。然而，纖維中的碳分子平面是沿纖維軸取向，表面呈化學(xué)惰性，與熱塑性樹(shù)脂基體之間親和力較差，難以形成化學(xué)鍵連接并且界面存在不相容組分，界面粘結(jié)強(qiáng)度低，復(fù)合時(shí)容易在界面上形成孔隙和缺陷，增強(qiáng)體與基體樹(shù)脂難以形成有效粘結(jié)，影響復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料，包括如下重量份數(shù)的組分:聚苯胺45-66份、碳纖維13-19份、硝酸亞鋪5-9份、氧化鋅3-6份、肉桂酸5-10份、娃酮粉3-7份、EPR 2-5份、二甲基硅油2-8份、芥酸酰胺3-7份、偏銻酸鈉2-5份、聚乙烯蠟2-6份、烏洛托品4-7份、乙烯基三乙氧基硅烷3-9份、鄰苯二甲酸酯2-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-4份、EVA 1-3份、N ,N-二甲基甲酰胺65-120份。
[0006]優(yōu)選地，所述碳纖維為PAN基碳纖維。
[0007]優(yōu)選地，包括如下重量份數(shù)的組分:聚苯胺49份、碳纖維17份、硝酸亞鈰6份、氧化鋅5份、肉桂酸8份、硅酮粉6份、EPR 4份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏銻酸鈉3份、聚乙烯蠟4份、烏洛托品6份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、鄰苯二甲酸酯3份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物3份、EVA 2份、N，N-二甲基甲酰胺98份。
[0008]優(yōu)選地，所述包括如下重量份數(shù)的組分:聚苯胺63份、碳纖維16份、硝酸亞鈰7份、氧化鋅5份、肉桂酸8份、硅酮粉4份、EPR 3份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏銻酸鈉4份、聚乙烯蠟4份、烏洛托品5份、乙烯基三乙氧基硅烷7份、鄰苯二甲酸酯4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份、EVA 1.8份、N ,N-二甲基甲酰胺105份。
[0009]本發(fā)明還提供上述聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下制備步驟:
步驟I):按重量份稱(chēng)重各組分:聚苯胺45-66份、碳纖維13-19份、硝酸亞鈰5-9份、氧化鋅3-6份、肉桂酸5-10份、硅酮粉3-7份、EPR 2_5份、二甲基硅油2_8份、芥酸酰胺3_7份、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟2-6份、烏洛托品4-7份、乙烯基三乙氧基硅烷3-9份、鄰苯二甲酸酯2-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-4份、EVA 1-3份、N，N-二甲基甲酰胺65-120份；
步驟2):將聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在75-100°C下攪拌50-90分鐘，得到聚苯胺溶液；
步驟3):經(jīng)碳纖維與乙烯基三乙氧基硅烷、鄰苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合機(jī)中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亞鈰、氧化鋅、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟、烏洛托品，控制溫度為70-900C，轉(zhuǎn)速為250-500rpm，攪拌50-120分鐘，出料；
步驟4):將步驟3)中的物料加入到步驟2)中的聚苯胺溶液中充分?jǐn)嚢杈鶆?然后加入余下組分，控制溫度為40-60 0C，轉(zhuǎn)速為300-600rpm，攪拌15_60分鐘，得到混合料；
步驟5)將步驟4)得到的混合料入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，控制擠出機(jī)料筒溫度為150-190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為70rpm，即得聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟2)中在80°C下攪拌65分鐘。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟3)中控制溫度為82°C，轉(zhuǎn)速為450印111，攪拌110分鐘。
[0012]優(yōu)選地，步驟4)中控制溫度為45°C，轉(zhuǎn)速為320rpm，攪拌20分鐘。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:
本實(shí)施例制備的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料通過(guò)引入碳纖維，所制備的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性，同時(shí)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率值高，綜合性能優(yōu)良，此外還具有良好的導(dǎo)熱和抗靜電性，充分發(fā)揮了材料的各自的優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】的描述對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但這并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的基本思想，可以做出各種修改或改進(jìn)，但是只要不脫離本發(fā)明的基本思想，均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0015]實(shí)施例1
聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下制備步驟:
步驟I):按重量份稱(chēng)重各組分:聚苯胺45份、PAN基碳纖維13份、硝酸亞鈰5份、氧化鋅3份、肉桂酸5份、硅酮粉3份、EPR 2份、二甲基硅油2份、芥酸酰胺3份、偏銻酸鈉2份、聚乙烯蠟2份、烏洛托品4份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、鄰苯二甲酸酯2份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物I份、EVA I份、N，N-二甲基甲酰胺65份；
步驟2):將聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在75°C下攪拌50分鐘，得到聚苯胺溶液；步驟3):經(jīng)PAN基碳纖維與乙烯基三乙氧基硅烷、鄰苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合機(jī)中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亞鈰、氧化鋅、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟、烏洛托品，控制溫度為700C，轉(zhuǎn)速為250rpm，攪拌50分鐘，出料；
步驟4):將步驟3)中的物料加入到步驟2)中的聚苯胺溶液中充分?jǐn)嚢杈鶆?然后加入余下組分，控制溫度為40 0C，轉(zhuǎn)速為300rpm，攪拌15_60分鐘，得到混合料；
步驟5)將步驟4)得到的混合料入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，控制擠出機(jī)料筒溫度為150-190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為70rpm，即得聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料。
[0016]本實(shí)施例制備的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的性能測(cè)試結(jié)果為:表面電阻由3.84X16歐姆，拉伸強(qiáng)度為48MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為116%。
[0017]實(shí)施例2
聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下制備步驟:
步驟I):按重量份稱(chēng)重各組分:聚苯胺55份、PAN基碳纖維16份、硝酸亞鈰7份、氧化鋅4.5份、肉桂酸7份、硅酮粉5份、EPR 3.5份、二甲基硅油5份、芥酸酰胺5份、偏銻酸鈉3.5份、聚乙烯蠟4份、烏洛托品5份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、鄰苯二甲酸酯4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份、EVA 2份、N，N-二甲基甲酰胺92份；
步驟2):將聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在87 °C下攪拌70分鐘，得到聚苯胺溶液；步驟3):經(jīng)PAN基碳纖維與乙烯基三乙氧基硅烷、鄰苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合機(jī)中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亞鈰、氧化鋅、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟、烏洛托品，控制溫度為800C，轉(zhuǎn)速為375rpm，攪拌85分鐘，出料；
步驟4):將步驟3)中的物料加入到步驟2)中的聚苯胺溶液中充分?jǐn)嚢杈鶆?然后加入余下組分，控制溫度為50 0C，轉(zhuǎn)速為450rpm，攪拌15_60分鐘，得到混合料；
步驟5)將步驟4)得到的混合料入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，控制擠出機(jī)料筒溫度為150-190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為70rpm，即得聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料。
[0018]本實(shí)施例制備的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的性能測(cè)試結(jié)果為:表面電阻由3.23X16歐姆，拉伸強(qiáng)度為52MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為125%。
[0019]實(shí)施例3
聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下制備步驟:
步驟I):按重量份稱(chēng)重各組分:聚苯胺66份、PAN基碳纖維19份、硝酸亞鈰9份、氧化鋅6份、肉桂酸1份、硅酮粉7份、EPR 5份、二甲基硅油8份、芥酸酰胺7份、偏銻酸鈉5份、聚乙烯蠟6份、烏洛托品7份、乙烯基三乙氧基硅烷9份、鄰苯二甲酸酯7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物4份、EVA 3份、N，N-二甲基甲酰胺120份；
步驟2):將聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在100°C下攪拌90分鐘，得到聚苯胺溶液；步驟3):經(jīng)PAN基碳纖維與乙烯基三乙氧基硅烷、鄰苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合機(jī)中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亞鈰、氧化鋅、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟、烏洛托品，控制溫度為90 0C，轉(zhuǎn)速為500rpm，攪拌120分鐘，出料;
步驟4):將步驟3)中的物料加入到步驟2)中的聚苯胺溶液中充分?jǐn)嚢杈鶆?然后加入余下組分，控制溫度為60 0C，轉(zhuǎn)速為600rpm，攪拌60分鐘，得到混合料；
步驟5)將步驟4)得到的混合料入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，控制擠出機(jī)料筒溫度為150-190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為70rpm，即得聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料。
[0020]本實(shí)施例制備的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的性能測(cè)試結(jié)果為:表面電阻由3.87X16歐姆，拉伸強(qiáng)度為43MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為104%。
[0021 ] 實(shí)施例4
聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下制備步驟:
步驟I):按重量份稱(chēng)重各組分:聚苯胺49份、碳纖維17份、硝酸亞鈰6份、氧化鋅5份、肉桂酸8份、硅酮粉6份、EPR 4份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏銻酸鈉3份、聚乙烯蠟4份、烏洛托品6份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、鄰苯二甲酸酯3份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物3份、EVA 2份、N，N-二甲基甲酰胺98份；
步驟2):將聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在80 V下攪拌65分鐘，得到聚苯胺溶液；步驟3):經(jīng)PAN基碳纖維與乙烯基三乙氧基硅烷、鄰苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合機(jī)中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亞鈰、氧化鋅、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟、烏洛托品，控制溫度為82 0C，轉(zhuǎn)速為450rpm，攪拌110分鐘，出料；
步驟4):將步驟3)中的物料加入到步驟2)中的聚苯胺溶液中充分?jǐn)嚢杈鶆?然后加入余下組分，控制溫度為45 0C，轉(zhuǎn)速為320rpm，攪拌20分鐘，得到混合料；
步驟5)將步驟4)得到的混合料入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，控制擠出機(jī)料筒溫度為150-190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為70rpm，即得聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料。
[0022]本實(shí)施例制備的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的性能測(cè)試結(jié)果為:表面電阻由1.66X16歐姆，拉伸強(qiáng)度為56MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為131%。
[0023]實(shí)施例5
聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下制備步驟:
步驟I):按重量份稱(chēng)重各組分:聚苯胺63份、碳纖維16份、硝酸亞鈰7份、氧化鋅5份、肉桂酸8份、硅酮粉4份、EPR 3份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏銻酸鈉4份、聚乙烯蠟4份、烏洛托品5份、乙烯基三乙氧基硅烷7份、鄰苯二甲酸酯4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份、EVA 1.8份、N，N-二甲基甲酰胺105份；
步驟2):將聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在80 V下攪拌65分鐘，得到聚苯胺溶液；步驟3):經(jīng)PAN基碳纖維與乙烯基三乙氧基硅烷、鄰苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合機(jī)中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亞鈰、氧化鋅、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟、烏洛托品，控制溫度為82 0C，轉(zhuǎn)速為450rpm，攪拌110分鐘，出料；
步驟4):將步驟3)中的物料加入到步驟2)中的聚苯胺溶液中充分?jǐn)嚢杈鶆?然后加入余下組分，控制溫度為45 0C，轉(zhuǎn)速為320rpm，攪拌20分鐘，得到混合料；
步驟5)將步驟4)得到的混合料入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，控制擠出機(jī)料筒溫度為150-190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為70rpm，即得聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料。
[0024]本實(shí)施例制備的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的性能測(cè)試結(jié)果為:表面電阻由1.58X16歐姆，拉伸強(qiáng)度為54MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為128%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，包括如下重量份數(shù)的組分:聚苯胺45-66份、碳纖維13-19份、硝酸亞鈰5-9份、氧化鋅3-6份、肉桂酸5-10份、硅酮粉3-7份、EPR 2_5份、二甲基硅油2-8份、芥酸酰胺3-7份、偏銻酸鈉2-5份、聚乙烯蠟2-6份、烏洛托品4_7份、乙烯基三乙氧基硅烷3-9份、鄰苯二甲酸酯2-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-4份、EVA 1_3份、N，N-二甲基甲酰胺65-120份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述碳纖維為PAN基碳纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，包括如下重量份數(shù)的組分:聚苯胺49份、碳纖維17份、硝酸亞鈰6份、氧化鋅5份、肉桂酸8份、硅酮粉6份、EPR 4份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏銻酸鈉3份、聚乙烯蠟4份、烏洛托品6份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、鄰苯二甲酸酯3份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物3份、EVA 2份、N，N-二甲基甲酰胺98份。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，包括如下重量份數(shù)的組分:聚苯胺63份、碳纖維16份、硝酸亞鈰7份、氧化鋅5份、肉桂酸8份、硅酮粉4份、EPR 3份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏銻酸鈉4份、聚乙烯蠟4份、烏洛托品5份、乙烯基三乙氧基硅烷7份、鄰苯二甲酸酯4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份、EVA 1.8份、N，N-二甲基甲酰胺105 份。5.聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟: 步驟I):按重量份稱(chēng)重各組分:聚苯胺45-66份、碳纖維13-19份、硝酸亞鈰5-9份、氧化鋅3-6份、肉桂酸5-10份、硅酮粉3-7份、EPR 2_5份、二甲基硅油2_8份、芥酸酰胺3_7份、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟2-6份、烏洛托品4-7份、乙烯基三乙氧基硅烷3-9份、鄰苯二甲酸酯2-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-4份、EVA 1-3份、N，N-二甲基甲酰胺65-120份； 步驟2):將聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在75-1000C下攪拌50-90分鐘，得到聚苯胺溶液； 步驟3):經(jīng)碳纖維與乙烯基三乙氧基硅烷、鄰苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合機(jī)中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亞鈰、氧化鋅、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏銻酸鈉、聚乙烯蠟、烏洛托品，控制溫度為70-900C，轉(zhuǎn)速為250-500rpm，攪拌50-120分鐘，出料； 步驟4):將步驟3)中的物料加入到步驟2)中的聚苯胺溶液中充分?jǐn)嚢杈鶆?；然后加入余下組分，控制溫度為40-60 0C，轉(zhuǎn)速為300-600rpm，攪拌15_60分鐘，得到混合料； 步驟5)將步驟4)得到的混合料入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，控制擠出機(jī)料筒溫度為150-190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為70rpm，即得聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中在80 °C下攪拌65分鐘。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟3)中控制溫度為82 °C，轉(zhuǎn)速為450rpm，攪拌110分鐘。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚苯胺-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟4)中控制溫度為45 0C，轉(zhuǎn)速為320rpm，攪拌20分鐘。
【文檔編號(hào)】C08K5/12GK106065179SQ201610390137
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日 公開(kāi)號(hào)201610390137.1, CN 106065179 A, CN 106065179A, CN 201610390137, CN-A-106065179, CN106065179 A, CN106065179A, CN201610390137, CN201610390137.1
【發(fā)明人】蔡小連
【申請(qǐng)人】蘇州市奎克力電子科技有限公司