對(duì)位芳綸漿粕與碳纖維粉體復(fù)合物及其連續(xù)制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物及其連續(xù)制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，對(duì)位芳綸漿柏除具有對(duì)位芳綸絕大部份優(yōu)異性能如高強(qiáng)高模、耐熱耐磨等，同時(shí)因其表面呈毛絨狀，比表面積較大，具有很好的韌性和耐沖擊能力，和基體樹脂結(jié)合能力強(qiáng)，表現(xiàn)出優(yōu)異的增強(qiáng)增韌效果，但也因其微纖叢生，微纖之間摩擦非常易產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致纖維之間容易發(fā)生纏結(jié)而不易均勻地分散到復(fù)合材料的基體中，使得對(duì)位芳綸的優(yōu)異結(jié)構(gòu)特性不能充分發(fā)揮其應(yīng)有作用，而大大制約其應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]本領(lǐng)域的科研工作者提出了一些解決對(duì)位芳綸漿柏分散性問題方案，如美國(guó)杜邦公司（USP 4514541)提出了利用彈性體溶液與對(duì)位芳綸漿柏和補(bǔ)強(qiáng)彈性體共同混合均勻制備芳綸漿柏粒狀彈性體母膠的配方及制備工藝，制備的含20%芳綸漿柏的母膠在彈性體基體中具有良好的分散性，其增強(qiáng)的彈性體復(fù)合材料的常溫和高溫拉伸力學(xué)性能指標(biāo)有很大的提高，該工藝采用需采用大量污染性有機(jī)溶劑甲苯，從而給生產(chǎn)的安全性和環(huán)境帶來(lái)不利影響。作為上述技術(shù)的補(bǔ)充和發(fā)展，杜邦公司（EP 0272459)又公開了利用液體彈性體與芳綸漿柏和補(bǔ)強(qiáng)填料制備芳綸漿柏粒狀彈性體母膠的配方及制備工藝，制備的含10%芳綸漿柏的母膠在彈性體基體中具有良好的分散性，其增強(qiáng)的彈性體復(fù)合材料小變形下的應(yīng)力比直接使用芳綸漿柏增強(qiáng)的彈性體復(fù)合材料高出50-200%。
[0004]可以看出，杜邦公司的上述工藝受到溶劑污染性及液體彈性體品種的制約，無(wú)法適用于多品種的復(fù)合材料基體，且成本很高，不能充分發(fā)揮對(duì)位芳綸漿柏的增強(qiáng)潛力。
[0005]我國(guó)北京化工大學(xué)（CN 200510083844. 8)提出了一種對(duì)位芳綸漿柏的預(yù)處理方法，利用空心玻璃微珠作為無(wú)機(jī)隔離粉體與松散的對(duì)位芳綸漿柏混合后再與作為潤(rùn)滑劑的鄰苯二甲酸酯類化合物進(jìn)行混合形成對(duì)位芳綸漿柏的混合物，能使對(duì)位芳綸漿柏在彈性體中分散性能優(yōu)異，有利于提高其增強(qiáng)的彈性體復(fù)合材料的性能，特別是該方法避免了使用地環(huán)境污染的有機(jī)溶劑。但該方法使用大量的鄰苯二甲酸酯類潤(rùn)滑劑，最終殘留在復(fù)合體系中，必將影響制品的性能，同時(shí)該處理方法仍然沒有突破對(duì)位芳綸漿柏僅在橡膠彈性體領(lǐng)域的應(yīng)用。上述方法都沒有從根本上解決芳綸漿柏由于靜電引起的分散問題，而且不同程度上還引起新的問題：或環(huán)境問題，或使產(chǎn)品的性能有所下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的之一在于針對(duì)現(xiàn)有對(duì)位芳綸漿柏的分散性問題而提供一種對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物。
[0007]本發(fā)明目的之二在于提供上述對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物的連續(xù)制備方法。
[0008]作為本發(fā)明第一方面的對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物，其特征在于，由對(duì)位芳綸漿柏、碳纖維短切纖維和水復(fù)合而成，其中所述對(duì)位芳綸短切纖維和碳纖維短切纖維質(zhì)量比例為50 :50?90 :10。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述對(duì)位芳綸短切纖維和碳纖維短切纖維質(zhì)量比例為 60 ：40 ?80 :20。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述碳纖維短切纖維的長(zhǎng)度分布為100-500 ym，優(yōu)選 200-400 ym。
[0011 ] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物的比表面積為 5-30m2/g，優(yōu)選 9-20m2/g。
[0012]作為本發(fā)明第二方面的對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物的連續(xù)制備方法，其是將對(duì)位芳綸短切纖維、碳纖維短切纖維和水同時(shí)輸入和栗入研磨設(shè)備，在高剪切速率的作用下，連續(xù)混合、分散、研磨、烘干而成。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述的對(duì)位芳綸短切纖維由對(duì)位芳綸長(zhǎng)絲、對(duì)位芳綸的廢絲、對(duì)位芳綸的紡絲等外品、對(duì)位芳綸的紡織下腳料、對(duì)位芳綸的編織下腳料或?qū)ξ环兼鶃龅倪吔橇锨袛嗟玫健?br>[0014]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述的碳纖維短切纖維由碳纖維長(zhǎng)絲、碳纖維等外品、碳纖維紡織邊角料或碳纖維編織邊角料切斷得到。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述的對(duì)位芳綸短切纖維和碳纖維短切纖維的長(zhǎng)度均為2-10mm，優(yōu)選3_6mm。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述的對(duì)位芳綸短切纖維和碳纖維短切纖維分別采用空心螺桿體積式喂料機(jī)連續(xù)喂入研磨設(shè)備中，其喂入速率為10-150KG/hr，優(yōu)選40-120KG/hro
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述的對(duì)位芳綸短切纖維和碳纖維短切纖維連續(xù)喂入研磨設(shè)備的同時(shí)，栗入去離子水，流量為3-40m3/h，優(yōu)選5-20m3/h。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述的研磨設(shè)備是進(jìn)料口帶有推動(dòng)葉輪的盤式研磨機(jī)，剪切速率為15-50S-1，優(yōu)選20-40S-1。
[0019]由于采用了如上的技術(shù)方案，本發(fā)明的對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物的連續(xù)制備方法將整個(gè)過程一步完成，工藝連續(xù)、簡(jiǎn)單、能耗較低。
[0020]本發(fā)明提供的對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物，解決了單獨(dú)使用對(duì)位芳綸漿柏，因靜電嚴(yán)重，質(zhì)量輕拋，在基體中難以分散的問題。更為重要的是，對(duì)位芳綸漿柏和碳纖維粉體兩者之間的協(xié)同效應(yīng)，可以制造成出具有耐磨、耐高溫、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)異性能的工程材料。
[0021]本發(fā)明提出一種對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)合物，碳纖維石墨化結(jié)構(gòu)使其具有固體潤(rùn)滑功能，同時(shí)還具有導(dǎo)熱、導(dǎo)電、熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，由于其剛且脆的特性，當(dāng)它和對(duì)位芳綸短纖維制漿過程同時(shí)受到高強(qiáng)剪切力的作用下，將會(huì)被研磨成細(xì)小粉體，均勻分散對(duì)位芳綸漿柏的微纖之間，一方面，有很好的隔離、潤(rùn)滑作用，另一方面，由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性，復(fù)合物干燥后，完全消除了靜電，大大改善了對(duì)位芳綸漿柏的加工性能。該種復(fù)合物，通過將對(duì)位芳綸短切纖維、碳纖維短切纖維和水同時(shí)輸入和栗入研磨設(shè)備，在高剪切速率的作用下，連續(xù)混合、分散、研磨制得。
[0022]本發(fā)明有效解決了單獨(dú)使用對(duì)位芳綸漿柏，因靜電嚴(yán)重，質(zhì)量輕拋，在基體中難以分散的問題。本發(fā)明的對(duì)位芳綸漿柏與碳纖維粉體復(fù)