一种制备碳纤维聚乳酸复合材料的方法与流程

1.本发明属于高分子材料技术领域，特别是涉及一种制备碳纤维聚乳酸复合材料的方法。


背景技术：

2.聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源所提出的淀粉原料制成，淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸，其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。普通塑料的处理方法依然是焚烧火化，造成大量温室气体排入空气中，而聚乳酸塑料则是掩埋在土壤里降解，产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收，不会排入空气中，不会造成温室效应，通过聚乳酸树脂制成的保鲜膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧化碳性，也具有隔离气味的特点；
3.现有的聚乳酸由于自身存在一些缺陷，从而影响了其加工性能和应用，主要缺陷有：自身强度不高、耐热性差等，另外，pla的化学结构缺乏反应性官能团，也不具有亲水性，降解速度需要控制，因此有必要对pla进行改性。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题是提供一种制备碳纤维聚乳酸复合材料的方法，其碳纤维聚乳酸复合材料具有良好的亲水性，其力学性能有大幅度提高。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种制备碳纤维聚乳酸复合材料的方法，所述碳纤维聚乳酸复合材料由以下组份的原料组成：60
‑
80份聚乳酸；5
‑
30份碳纤维；1
‑
10份表面剂；0.1
‑
2份增强增韧复合剂；0.1
‑
1份生物降解材料和0.1
‑
2份加工助剂；
6.制备方法包括如下步骤：
7.步骤一，按照配方称取原料；
8.步骤二，将表面剂和增强增韧复合剂充分混合得到物料a；
9.步骤三，将得到的物料a与碳纤维、聚乳酸、生物降解材料和加工助剂混合后，得到物料b；
10.步骤四，将物料b加入双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却后得到碳纤维聚乳酸复合材料。
11.进一步地说，所述碳纤维的长度为10
‑
14mm。
12.进一步地说，所述生物降解材料为聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯或聚
‑
β
‑
羟基丁酸酯中的一种。
13.进一步地说，所述加工助剂为橄榄油、蜂蜡或硬脂酸锌中的一种。
14.进一步地说，所述表面剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、丙烯酸酯类/丙烯酰胺共聚
物或碳纳米管中的一种。
15.进一步地说，所述增强增韧复合剂为聚甲基丙烯酸丁脂、聚苯乙烯、聚氨脂、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三(2
‑
甲氧基乙氧基)硅烷中的一种。
16.进一步地说，所述碳纤维聚乳酸复合材料由以下重量百分比的原料组成：65
‑
75份聚乳酸；20
‑
25份碳纤维；3
‑
6份表面剂；0.5
‑
1份增强增韧复合剂；0.5
‑
1份生物降解材料和0.5
‑
1.5份加工助剂。
17.进一步地说，步骤四中，所述熔融挤出的温度为：180
‑
220℃。
18.本发明的有益效果：
19.1、本发明通过加入增强增韧复合剂，使碳纤维聚乳酸复合材料的界面结合强度大幅度提高，同时，提升了碳纤维聚乳酸复合材料的力学性能；
20.2、本发明通过加入的加工助剂，不仅可以降低碳纤维聚乳酸复合材料的生产成本，而且提高了材料的热变形温度和冲击强度；
21.3、本发明加入的生物降解材料，能有效的改善聚乳酸的生物相容性和可降解性能；
22.4、本发明通过表面剂对聚乳酸进行表面处理，能使材料的表面亲水性得到较大改善。
具体实施方式
23.下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
24.实施例1
25.称取聚丙烯酰胺1份、聚甲基丙烯酸丁脂0.5份，混合得到物料a；
26.将得到的物料a与长度10mm的碳纤维30份、聚乳酸66.5份、聚乙烯醇1份、橄榄油1份混匀后，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
27.实施例2
28.称取蒙脱土10份、聚氨脂2份，混合得到物料a；
29.将得到的物料a与长度11mm的碳纤维5份、聚乳酸80份、聚丁二酸丁二醇酯1份、橄榄油2份混匀后，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
30.实施例3
31.称取二氧化硅5份、聚苯乙烯1份，混合得到物料a；
32.将得到的物料a与长度12mm的碳纤维20份、聚乳酸72.9份、聚
‑
β
‑
羟基丁酸酯1份、蜂蜡0.1份混匀后，通过双螺杆挤出机190℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
33.实施例4
34.称取丙烯酸酯类/丙烯酰胺共聚物2份、乙烯基三(2
‑
甲氧基乙氧基)硅烷0.5份，混合得到物料a；
35.将得到的物料a与长度13mm的碳纤维25份、聚乳酸70份、聚丁二酸丁二醇酯1份、橄
榄油1.5份混匀后，通过双螺杆挤出机190℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
36.实施例5
37.称取碳纳米管3份、聚氨脂0.5份，混合得到物料a；
38.将得到的物料a与长度14mm的碳纤维20份、聚乳酸75份、聚乙烯醇1份、蜂蜡0.5份混匀后，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
39.对比例1
40.称取碳纳米管3份，混合得到物料a；
41.将得到的物料a与长度14mm的碳纤维20份、聚乳酸75份、聚乙烯醇1份、蜂蜡0.5份混匀后，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
42.对比例2
43.称取碳纳米管3份、聚氨脂0.5份，混合得到物料a；
44.将得到的物料a与长度14mm的碳纤维20份、聚乳酸75份、聚乙烯醇1份，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
45.对比例3
46.称取碳纳米管3份、聚氨脂0.5份，混合得到物料a；
47.将得到的物料a与长度14mm的碳纤维20份、聚乳酸75份、蜂蜡0.5份混匀后，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
48.对比例4
49.称取碳纳米管3份、聚氨脂0.5份，混合得到物料a；
50.将得到的物料a与长度14mm的碳纤维20份、聚乙烯醇1份、蜂蜡0.5份混匀后，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
51.对比例5
52.称取聚氨脂0.5份，得到物料a；
53.将得到的物料a与长度14mm的碳纤维20份、聚乳酸75份、蜂蜡0.5份混匀后，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
54.对比例6
55.称取碳纳米管3份，得到物料a；
56.将得到的物料a与长度14mm的碳纤维20份、聚乳酸75份、聚乙烯醇1份混匀后，通过双螺杆挤出机200℃熔融挤出、挤出成丝、冷却，获得碳纤维聚乳酸复合材料。
57.对上述实施例1～5中得到的碳纤维聚乳酸复合材料和对比例1～2得到的碳纤维聚乳酸复合材料进行力学性能测试和降解性能测试，力学性能测试项目包括拉伸性能测试与弯曲性能测试。
58.本发明中所选择的测试方法及执行标准如下：
59.拉伸性能测试执行gb/t 1040
‑
2006，拉伸速率为5mm/min；
60.弯曲性能测试执行gb/t 35465.5
‑
2020。
61.实施例1～5和对比例1～2的测试结果如下：
[0062] 拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)60天降解程度(％)实施例168.31245.9
实施例262.71204.7实施例363.51275.5实施例469.01295.1实施例573.21305.7对比例369.11271.1对比例560.41241.2对比例630.6653.9
[0063]
由上述的测试结果可知，对比例5中，在去除表面剂和降解材料的情况下，碳纤维聚乳酸复合材料的降解效果大大下降；
[0064]
对比例6中，在去除增强增韧复合剂和加工助剂的情况下，碳纤维聚乳酸复合材料的力学性能有大幅度的下降。
[0065]
另经检测，对比例1较实施例5界面结合强度大大降低；对比例2的热变形温度低于实施例5，抗冲击强度低于实施例5；对比例3、对比例5的可降解性能大大降低，对比例4的材料表面亲水性最低。
[0066]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。