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您当前的位置： 一种高模量低翘曲LCP增强复合材料及其制备方法与流程
2021-02-02 20:02:32|
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起点商标网 本发明涉及新材料
技术领域：
，尤其涉及一种高模量低翘曲lcp增强复合材料及其制备方法。
背景技术：
：液晶聚合物（liquidcrystalpolymer，以下简称lcp）是介于固体结晶和液体之间的中间状态聚合物，在熔融态时一般呈现液晶性。lcp是一种新型的高分子材料，它具有优良的热稳定性、耐热性及耐化学药品性，以及优异的阻燃性、耐腐蚀性能和自增强性而被广泛应用于电子电器等领域。但是，lcp复合材料在注塑成型中由于玻璃纤维的收缩通常导致成型后的产品存在翘曲现象。并且，随着5g网络应用的兴起，对配套产品部件的耐热性能要求进一步提高，由于lcp的强度仍小于高温尼龙，且高温尼龙加工成型性能更加优异，所以导致目前lcp应用市场被各种规格的高温尼龙复材料所替代。因此，为了避免lcp的制品产生翘曲，lcp的模量强度和翘曲度亟需提高。技术实现要素：为解决上述的问题，本发明的目的在于提供一种高模量低翘曲lcp增强复合材料及其制备方法，通过将lcp与碳素纤维或碳素纤维与玻璃纤维的复配物进行复合以显著提高材料的模量强度，再通过添加填充矿物改善材料的翘曲度，使得制备的复合材料主要的性能指标均大幅高于现有的高温尼龙复合材料。本发明的目的采用如下技术方案实现:一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，所述高模量低翘曲lcp增强复合材料按质量百分比计，包括:液晶聚合物39.5%～84.9%、碳纤维10%～50%、填充矿物5%～10%和高温润滑剂0.1%～0.5%，以上原料总和为100%。进一步地，所述液晶聚合物为热致性液晶聚合物，所述液晶聚合物的熔点≥280℃。进一步地，所述碳纤维为短切碳纤维或短切碳纤维与玻璃纤维的复配物，所述短切碳纤维长度为6mm，单丝直径为7μm，所述玻璃纤维则为短切玻璃纤维或玻璃长纤维。进一步地，所述填充矿物为蒙脱土或滑石粉其中一种或两种混合，所述填充矿物的粒径为微米级至纳米级。进一步地，所述高温润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯类。本发明还提供上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法，包括以下步骤:（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将所述液晶聚合物、所述填充矿物以及所述高温润滑剂置于高速混料机中高速均化。（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，所述碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。进一步地，步骤（2）中的高速均化时间为5分钟。进一步地，步骤（3）中所述的挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。相比现有技术，本发明的有益效果在于:本发明通过采用短切碳纤维或短切碳纤维复配方式取代常规普通玻璃纤维与lcp进行复合，能够显著地提高复合材料的强度，在纤维含量相同的情况下使用短切碳纤维或短切碳纤维复配方式与lcp复合的材料比普通玻璃纤维与lcp复合的材料其模量高出约2.5倍，因此本发明所制备的复合材料能够适应于条件更加苛刻的应用领域。通常情况下玻纤增强lcp复合材料在注塑成型中由于玻璃纤维的收缩导致成型后的产品存在翘曲现象，尤其是高玻纤填充的lcp复合材料此问题尤为突出，本发明通过采用纳米或微纳米级矿物填充均匀地嵌入在高分子链中，能够很好地平抑材料因玻璃纤维的收缩导致的翘曲问题，使用复合材料能够更好地应用于薄壁产品的应用。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:68.5%；玻璃纤维:30%；填充矿物:1%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，玻璃纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。实施例2一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:68.5%；玻璃纤维:15%，短切碳纤维:15%；填充矿物:1%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，常规玻璃纤维以及短切碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。实施例3一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:68.5%；短切碳纤维:30%；填充矿物:1%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，短切碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。实施例4一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:64.5%；玻璃纤维:15%，短切碳纤维:15%；填充矿物:5%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，常规玻璃纤维以及短切碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。实施例5一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:59.5%；玻璃纤维:15%，短切碳纤维:15%；填充矿物:10%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，常规玻璃纤维以及短切碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。本发明中，实施例2~实施例5所述的短切碳纤维长度为6mm，单丝直径为7μm。实施例1、实施例2、实施例4和实施例5所述的玻璃纤维为短切玻璃纤维或玻璃长纤维。实施例1~实施例5所述的填充矿物蒙脱土或滑石粉其中一种或两种混合，填充矿物的粒径为微米级至纳米级。实施例1~实施例5所述的高温润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯类。将实施例1～实施例3由高模量低翘曲lcp增强复合材料所制得的标准试样按国家标准对该标准试样进行试验，测试不同质量百分比的短切碳纤维对材料强度的影响结果，测试结果如表1。表1测试项目参照标准实施例1实施例2实施例3拉伸强度mpaiso527-2174221245断裂伸长率%iso527-22.01.41.0弯曲强度mpaiso178218271294弯曲模量mpaiso178149702011028005表1中，拉伸强度:根据iso527-2标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。断裂伸长率:根据iso527-2标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。弯曲强度根据iso178标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。弯曲模量根据iso178标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。将实施例2、实施例4和实施例5由高模量低翘曲lcp增强复合材料所制得的标准试样按国家标准对该标准试样进行试验，测试不同矿物填充对材料翘曲度的影响，测试结果如表2。表2测试项目参照标准实施例2实施例4实施例5拉伸强度mpaiso527-2221217213断裂伸长率%iso527-21.41.20.9弯曲强度mpaiso178271269263弯曲模量mpaiso178201102010420070翘曲度%1.40.60.4表2中，拉伸强度:根据iso527-2标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。断裂伸长率:根据iso527-2标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。弯曲强度：根据iso178标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。弯曲模量：根据iso178标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。翘曲度：根据gbt4677.5-1984标准要求采用注塑机将标准试样制备成10mm*5mm*1mm尺寸的平板，以长度10mm为弯曲边长度，翘曲度（%）=平板的翘曲高度/弯曲边长度（10mm）*100%。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3
技术领域：
，尤其涉及一种高模量低翘曲lcp增强复合材料及其制备方法。
背景技术：
：液晶聚合物（liquidcrystalpolymer，以下简称lcp）是介于固体结晶和液体之间的中间状态聚合物，在熔融态时一般呈现液晶性。lcp是一种新型的高分子材料，它具有优良的热稳定性、耐热性及耐化学药品性，以及优异的阻燃性、耐腐蚀性能和自增强性而被广泛应用于电子电器等领域。但是，lcp复合材料在注塑成型中由于玻璃纤维的收缩通常导致成型后的产品存在翘曲现象。并且，随着5g网络应用的兴起，对配套产品部件的耐热性能要求进一步提高，由于lcp的强度仍小于高温尼龙，且高温尼龙加工成型性能更加优异，所以导致目前lcp应用市场被各种规格的高温尼龙复材料所替代。因此，为了避免lcp的制品产生翘曲，lcp的模量强度和翘曲度亟需提高。技术实现要素：为解决上述的问题，本发明的目的在于提供一种高模量低翘曲lcp增强复合材料及其制备方法，通过将lcp与碳素纤维或碳素纤维与玻璃纤维的复配物进行复合以显著提高材料的模量强度，再通过添加填充矿物改善材料的翘曲度，使得制备的复合材料主要的性能指标均大幅高于现有的高温尼龙复合材料。本发明的目的采用如下技术方案实现:一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，所述高模量低翘曲lcp增强复合材料按质量百分比计，包括:液晶聚合物39.5%～84.9%、碳纤维10%～50%、填充矿物5%～10%和高温润滑剂0.1%～0.5%，以上原料总和为100%。进一步地，所述液晶聚合物为热致性液晶聚合物，所述液晶聚合物的熔点≥280℃。进一步地，所述碳纤维为短切碳纤维或短切碳纤维与玻璃纤维的复配物，所述短切碳纤维长度为6mm，单丝直径为7μm，所述玻璃纤维则为短切玻璃纤维或玻璃长纤维。进一步地，所述填充矿物为蒙脱土或滑石粉其中一种或两种混合，所述填充矿物的粒径为微米级至纳米级。进一步地，所述高温润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯类。本发明还提供上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法，包括以下步骤:（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将所述液晶聚合物、所述填充矿物以及所述高温润滑剂置于高速混料机中高速均化。（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，所述碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。进一步地，步骤（2）中的高速均化时间为5分钟。进一步地，步骤（3）中所述的挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。相比现有技术，本发明的有益效果在于:本发明通过采用短切碳纤维或短切碳纤维复配方式取代常规普通玻璃纤维与lcp进行复合，能够显著地提高复合材料的强度，在纤维含量相同的情况下使用短切碳纤维或短切碳纤维复配方式与lcp复合的材料比普通玻璃纤维与lcp复合的材料其模量高出约2.5倍，因此本发明所制备的复合材料能够适应于条件更加苛刻的应用领域。通常情况下玻纤增强lcp复合材料在注塑成型中由于玻璃纤维的收缩导致成型后的产品存在翘曲现象，尤其是高玻纤填充的lcp复合材料此问题尤为突出，本发明通过采用纳米或微纳米级矿物填充均匀地嵌入在高分子链中，能够很好地平抑材料因玻璃纤维的收缩导致的翘曲问题，使用复合材料能够更好地应用于薄壁产品的应用。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:68.5%；玻璃纤维:30%；填充矿物:1%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，玻璃纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。实施例2一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:68.5%；玻璃纤维:15%，短切碳纤维:15%；填充矿物:1%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，常规玻璃纤维以及短切碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。实施例3一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:68.5%；短切碳纤维:30%；填充矿物:1%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，短切碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。实施例4一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:64.5%；玻璃纤维:15%，短切碳纤维:15%；填充矿物:5%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，常规玻璃纤维以及短切碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。实施例5一种高模量低翘曲lcp增强复合材料，其原料组分按质量百分数配比为：lcp:59.5%；玻璃纤维:15%，短切碳纤维:15%；填充矿物:10%；高温润滑剂:0.5%。上述高模量低翘曲lcp增强复合材料的制备方法如下：（1）按上述重量配比称取各原料组分；（2）将lcp、填充矿物以及高温润滑剂置于高速混料机中高速均化5分钟；（3）将步骤（2）中均化混合所得的物料送入到挤出机中熔融挤出，常规玻璃纤维以及短切碳纤维使用挤出机配备的失重称装置进行侧喂添加，所挤出的条料经冷却后即得高模量低翘曲lcp增强复合材料。挤出机的各区温度为:一区温度:300℃；二区温度:320℃；三区温度:320℃；四区温度:315℃；五区温度:315℃；六区温度:320℃；模头温度:330℃。本发明中，实施例2~实施例5所述的短切碳纤维长度为6mm，单丝直径为7μm。实施例1、实施例2、实施例4和实施例5所述的玻璃纤维为短切玻璃纤维或玻璃长纤维。实施例1~实施例5所述的填充矿物蒙脱土或滑石粉其中一种或两种混合，填充矿物的粒径为微米级至纳米级。实施例1~实施例5所述的高温润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯类。将实施例1～实施例3由高模量低翘曲lcp增强复合材料所制得的标准试样按国家标准对该标准试样进行试验，测试不同质量百分比的短切碳纤维对材料强度的影响结果，测试结果如表1。表1测试项目参照标准实施例1实施例2实施例3拉伸强度mpaiso527-2174221245断裂伸长率%iso527-22.01.41.0弯曲强度mpaiso178218271294弯曲模量mpaiso178149702011028005表1中，拉伸强度:根据iso527-2标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。断裂伸长率:根据iso527-2标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。弯曲强度根据iso178标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。弯曲模量根据iso178标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。将实施例2、实施例4和实施例5由高模量低翘曲lcp增强复合材料所制得的标准试样按国家标准对该标准试样进行试验，测试不同矿物填充对材料翘曲度的影响，测试结果如表2。表2测试项目参照标准实施例2实施例4实施例5拉伸强度mpaiso527-2221217213断裂伸长率%iso527-21.41.20.9弯曲强度mpaiso178271269263弯曲模量mpaiso178201102010420070翘曲度%1.40.60.4表2中，拉伸强度:根据iso527-2标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。断裂伸长率:根据iso527-2标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。弯曲强度：根据iso178标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。弯曲模量：根据iso178标准要求采用注塑机将标准试样制备成测试样条，测试温度为23℃，测试速率20mm/分钟。翘曲度：根据gbt4677.5-1984标准要求采用注塑机将标准试样制备成10mm*5mm*1mm尺寸的平板，以长度10mm为弯曲边长度，翘曲度（%）=平板的翘曲高度/弯曲边长度（10mm）*100%。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3
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