高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法技术领域
本发明属于复合新材料及其制备技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强聚酰胺复合
材料及其制备方法。
背景技术
随着国家对环境和生命安全的重视，工业领域要求降低能耗的压力越来越大，同
时，对产品性能的提升和保证也迫在眉睫。因此，开发一些特殊的新型高性能材料来代替金
属以及其他传统材料的趋势也越来越明显。目前，在增强聚酰胺材料应用领域，玻纤增强材
料基本都是简单的玻纤和普通聚酰胺树脂混合改性而成，这一方面导致材料的性能一般，
在许多重要领域不能使用，同时，玻纤增强聚酰胺材料密度较大，在某些领域（例如轻量化
的高刚性材料在汽车方面的应用）不满足轻量化的要求。
现有的专利文献中，有涉及到碳纤维增强聚酰胺的改性方法，但这些现有技术及
研究主要涉及阻燃性能的改善和提升，很少有涉及到如何解决碳纤维增强聚酰胺的表面光
泽问题及刚性偏低问题；在某些轻量化应用领域中，要求在降低材料比重的同时还要保证
获得高刚性和高光泽表面，而这在现有技术中更加没有涉及，这也一直成为本领域技术人
员需要解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一
种刚性高、高光泽、比重轻、耐腐蚀和抗静电的碳纤维增强聚酰胺复合材料，还相应提供一
种操作简单的该碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种高刚性高光泽碳纤维增强聚
酰胺复合材料，所述碳纤维增强聚酰胺复合材料主要由如下质量份数的原料组分制备得
到：
基体聚酰胺树脂 50～90 份
碳纤维 10～50份
改性助剂 2～20份 和
加工助剂 0.1～2份；
所述基体聚酰胺树脂为支化聚酰胺树脂，所述支化聚酰胺树脂为粘度低于2.0的高流
动性聚酰胺树脂。。
本发明的上述技术方案主要基于以下原理：1）在高刚性方面，本发明选用高流动
性的支化聚酰胺树脂作为基材，通过配合加入刚性极高的碳纤维（特别优选经过表面偶联
剂处理过的碳纤维）增强后，其性能尺寸稳定性、耐热性、耐老化性能有明显提高，耐疲劳强
度是未增强的2-5倍，这种性能完全可以满足高强度的要求；2）在高光泽方面，本发明一方
面采用了高流动性的支化聚酰胺树脂作为基材，能有效地对碳纤进行浸润，抑制浮纤的出
现，同时改性助剂及加工助剂的加入，也能有效改善碳纤的析出，提高复合材料的光泽；3）
碳纤维本身的高刚性和导电性能赋予了复合材料具有较高的刚性以及抗静电性能，同时比
碳纤维比玻纤纤维比重轻的特点，还较好地满足了复合材料轻量化的要求。
上述的碳纤维增强聚酰胺复合材料，优选的，所述碳纤维为长碳纤维和/或短切碳
纤维，由于长纤维在加工时长短不一，不易控制，而短纤维材料做成制品的表面效果更好，
因此最优选为短切碳纤维。
上述的碳纤维增强聚酰胺复合材料，优选的，所述碳纤维为经过偶联剂处理过的
直径为3-15微米的碳纤维。更优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶
联剂中的一种或几种混合物，最优选为硅烷偶联剂，因为我们的实验表明，硅烷偶联剂在碳
纤和树脂复合时的相容效果最好。
上述的碳纤维增强聚酰胺复合材料，优选的，所述改性助剂包括相容剂和抗氧剂；
所述相容剂选自乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物（GMA）、马来酸酐接枝乙
烯-辛烯共聚物（POE-g-MAH）中的一种或者两种混合物；所述抗氧剂由质量比为1:1-1:5的
抗氧剂1098和亚磷酸盐类材料复合而成。前述复配型的抗氧剂是我们反复实验后优化的最
佳方案，其它抗氧剂由于耐温或者内部质量问题，在满足本发明要求的高刚性高光泽效果
上都表现相对逊色。
上述的碳纤维增强聚酰胺复合材料，优选的，所述加工助剂包括润滑剂，所述润滑
剂为改性乙撑双脂肪酸酰胺（TAF）系列和/或硅酮系列的光亮润滑剂。
以上优选的改性助剂、加工助剂的添加更有利于保证基体树脂和碳纤维之间的分
散和相容，使得复合材料最终表现出高性能以及高光泽。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的碳纤维增强聚酰胺复合材料的
制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）按所述质量份数将基体树脂、改性助剂和加工助剂混合均匀，得到第一中间产物：
（2）将所述第一中间产物经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的辅助加
料口中加入所述质量份数的碳纤维，共混挤出以制成第二中间产物；
（3）将第二中间产物拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺
复合材料。
上述的制备方法，优选的，所述基体树脂为经过干燥处理的支化聚酰胺树脂，所述
干燥处理是指在120℃-140℃下鼓风干燥2-4小时。
上述的制备方法，优选的，所述步骤（1）是在高搅机中搅拌混合均匀；所述步骤（2）
中喂料器的转速为150-250 rpm；所述双螺杆挤出机的温度控制在200℃-300℃；双螺杆挤
出机的转速为250-400rpm。在双螺杆挤出机存在多段的情况下，所述双螺杆挤出机的温度
是指双螺杆挤出机所有各段的温度控制范围，即双螺杆挤出机每一段的温度可以相同或不
同，但双螺杆挤出机每一段的温度均优选控制在200℃-300℃的范围内。
本发明通过对设备和制备工艺的改进，在解决了碳纤维与基体树脂的界面结合问
题的同时，保证了碳纤维的长度和分散性，材料的耐磨和耐疲劳性能也可以满足使用要求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺
复合材料不仅具有良好的机械强度和刚性，还能很好地保证材料的光泽，其具体表现在：
1.强度高：材料刚性得到了大幅提升，相比普通聚酰胺改性材料，本发明复合材料的性
能至少高出一倍以上，能代替部分金属材料的使用；
2.比重轻：与传统的玻纤增强材料比较，同样质量份数配比的纤维增强材料，玻纤增强
材料密度一般为1.35kg/m3左右，而碳纤维增强材料密度仅为1.22 kg/m3左右，本发明复合
材料的重量减少达10%以上，能够较好地起到轻量化的效果；
3.高光泽：与传统的玻纤增强聚酰胺材料相比，传统材料由于玻纤浮纤的原因，表面粗
糙，一些外观件上限制使用，而该本发明复合材料中选用的基体树脂材料粘度较低，在加工
过程中能较好地对碳纤维进行浸渍将碳纤维包覆在中心，因此表面光滑，光泽好，能广泛适
用于各种外观件中；
4.因本发明的碳纤维增强聚酰胺复合材料还含有碳纤维，因此具有较好的抗腐蚀性和
抗静电性能。
综上，本发明提供的碳纤维增强聚酰胺复合材料具有刚性高、高光泽、比重轻、耐
腐蚀和抗静电等特点，且制备工艺简单，能够替代传统的玻纤增强聚酰胺材料，对于汽车等
领域的高端需求而言具有较好的应用前景。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，
但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义
相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明
的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市
场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
下列实施例和对比例中所用的支化聚酰胺树脂为XC030（粘度低于2.0的高流动性
聚酰胺树脂），购自株洲时代新材料科技股份有限公司；碳纤维为TRO6NR短切碳纤维（直径
为3-15微米），购自泰山碳纤维有限公司，本发明中实施例的碳纤维经过了硅烷偶联剂的处
理；相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物（POE接枝马来酸酐HS-110A），购自广州合诚化
学有限公司；抗氧剂1098购自山东三丰化工有限公司；加工助剂为润滑剂TAF，购自苏州兴
泰国光化学助剂有限公司。
实施例1：
一种本发明的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料，该碳纤维增强聚酰胺复合材
料由如下质量份数的原料组分制备得到：
基体聚酰胺树脂 65份
碳纤维TRO6NR 30份
相容剂 3份
抗氧剂1098 0.5份
抗氧剂 6260（亚磷酸盐类材料的一种） 0.5份
加工助剂 0.8份；
基体聚酰胺树脂为支化聚酰胺树脂。
本实施例上述的碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按上述质量份数将基体聚酰胺树脂、相容剂、抗氧剂和加工助剂在高搅机中混合均
匀，得到第一中间产物：其中的基体聚酰胺树脂是在130℃下经过鼓风干燥3小时处理后的
树脂；
（2）将上述第一中间产物经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的辅助加
料口中加入上述质量份数的碳纤维，共混挤出以制成第二中间产物；喂料器转速为150rpm，
双螺杆挤出机的各段温度在200℃-300℃的范围内，双螺杆挤出机的转速为250rpm；
（3）将第二中间产物拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺
复合材料。
对本实施例制得的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料进行各项性能测试，
拉伸性能按照GB/T1040-2006进行测试；弯曲性能按照GB/T1449-2005进行测试；冲击性能
按照GB/T1043-93进行测试；阻燃性能按照GB/T2408-2008进行测试；熔体流动速率按照GB/
T3682-2000进行测试。经过测试，制得的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料的拉伸
强度达249MPa，弯曲强度达293MPa，弯曲模量达12800MPa。高光泽是由检测的面板可以确
定。
实施例2：
一种本发明的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料，该碳纤维增强聚酰胺复合材
料由如下质量份数的原料组分制备得到：
基体聚酰胺树脂 75份
碳纤维TRO6NR 20份
相容剂 3份
抗氧剂1098 0.5份
抗氧剂 6260 0.75份 和
加工助剂 0.8份；
基体聚酰胺树脂为支化聚酰胺树脂。
本实施例上述的碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按上述质量份数将基体聚酰胺树脂、相容剂、抗氧剂和加工助剂在高搅机中混合均
匀，得到第一中间产物：其中的基体聚酰胺树脂是在130℃下经过鼓风干燥3小时处理后的
树脂；
（2）将上述第一中间产物经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的辅助加
料口中加入上述质量份数的碳纤维，共混挤出以制成第二中间产物；喂料器转速为150rpm，
双螺杆挤出机的各段温度在200℃-300℃的范围内，双螺杆挤出机的转速为250rpm；
（3）将第二中间产物拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺
复合材料。
对本实施例制得的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料进行各项性能测试，
拉伸性能按照GB/T1040-2006进行测试；弯曲性能按照GB/T1449-2005进行测试；冲击性能
按照GB/T1043-93进行测试；阻燃性能按照GB/T2408-2008进行测试；熔体流动速率按照GB/
T3682-2000进行测试。经过测试，制得的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料的拉伸
强度达217MPa，弯曲强度达254MPa，弯曲模量达8430MPa。
实施例3：
一种本发明的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料，该碳纤维增强聚酰胺复合材
料由如下质量份数的原料组分制备得到：
基体聚酰胺树脂 85份
碳纤维TRO6NR 10份
相容剂 3份
抗氧剂1098 0.5份
抗氧剂 6260 0.5份 和
加工助剂 0.8份；
基体聚酰胺树脂为支化聚酰胺树脂。
本实施例上述的碳纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按上述质量份数将基体聚酰胺树脂、相容剂、抗氧剂和加工助剂在高搅机中混合均
匀，得到第一中间产物：其中的基体聚酰胺树脂是在130℃下经过鼓风干燥3小时处理后的
树脂；
（2）将上述第一中间产物经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的辅助加
料口中加入上述质量份数的碳纤维，共混挤出以制成第二中间产物；喂料器转速为150rpm，
双螺杆挤出机的各段温度在200℃-300℃的范围内，双螺杆挤出机的转速为250rpm；
（3）将第二中间产物拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺
复合材料。
对本实施例制得的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料进行各项性能测试，
拉伸性能按照GB/T1040-2006进行测试；弯曲性能按照GB/T1449-2005进行测试；冲击性能
按照GB/T1043-93进行测试；阻燃性能按照GB/T2408-2008进行测试；熔体流动速率按照GB/
T3682-2000进行测试。经过测试，制得的高刚性高光泽碳纤维增强聚酰胺复合材料的拉伸
强度达170MPa，弯曲强度达200MPa，弯曲模量达6000MPa。