本發(fā)明涉及復合材料制備，具體涉及一種熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、熱塑性樹脂是高分子材料的重要類別，典型代表聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）質(zhì)輕、易加工成型，有良好的光學和耐化學腐蝕性能，在汽車、電子、建筑、航空航天等領(lǐng)域應用廣泛，如用于汽車內(nèi)飾、電子產(chǎn)品屏保、建筑采光結(jié)構(gòu)等。但它本質(zhì)是絕緣材料，電導率極低，限制了其在電磁屏蔽、導電連接件、可穿戴設備柔性導電部件等對導電有要求領(lǐng)域的應用。

2、碳纖維是高性能纖維材料，具備高強度、高模量、低密度、耐高溫、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，獨特的石墨微晶結(jié)構(gòu)讓它導電性良好，是改善聚合物導電性能的理想增強相。不過，通過簡單物理共混的方式將碳纖維與聚甲基丙烯酸甲酯等熱塑性樹脂復合來提升導電性能，存在明顯問題；碳纖維表面呈現(xiàn)化學惰性，與熱塑性樹脂基體之間的界面結(jié)合力較弱，導致碳纖維在基體中難以均勻分散，極易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象。這不僅破壞了復合材料的結(jié)構(gòu)均勻性，降低了材料的力學性能，還使得導電通路難以有效形成，嚴重影響了導電性能的提升。

3、專利cn?111499973b公開了一種導電碳纖維樹脂組合物及其制備方法，包含熱塑性樹脂、短切碳纖維、磨碎碳纖維和導電助劑，為了實現(xiàn)高導電性其添加了高含量的短切碳纖維和磨碎碳纖維，這可能會影響導電碳纖維樹脂組合物的力學性能；專利cn?101784608b公開了一種導電性樹脂復合材料，包含聚碳酸酯樹脂和氣相生長碳纖維，制得的導電性樹脂復合材料具有良好的力學性能，但仍具有較高的表面電阻，限制了導電性樹脂復合材料的應用。

4、因此，提供一種具有良好導電性能的熱塑性樹脂基復合材料是本領(lǐng)域亟待解決的重要問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法，通過加入特定的改性碳纖維，有效改善了熱塑性樹脂基復合材料的導電性能。具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下內(nèi)容：

2、一種熱塑性樹脂基復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

3、改性聚丙烯酸酯和改性碳纖維經(jīng)混合攪拌反應得到中間材料，中間材料、抗氧劑和潤滑劑混合后，擠出造粒制得所述熱塑性樹脂基復合材料。

4、進一步地，所述改性聚丙烯酸酯的制備方法包括以下步驟：

5、季戊四醇烯丙基醚和氫氧化鉀經(jīng)混合反應得到季戊四醇烯丙基醚鹽，季戊四醇烯丙基醚鹽和環(huán)氧氯丙烷經(jīng)混合反應得到含環(huán)氧基季戊四醇烯丙基醚，甲基丙烯酸甲酯、含環(huán)氧基季戊四醇烯丙基醚和引發(fā)劑混合反應制得所述改性聚丙烯酸酯。

6、進一步地，所述改性碳纖維的制備方法包括以下步驟：

7、吡咯、氫氧化鉀、四丁基溴化銨和聯(lián)苯二氯經(jīng)攪拌反應得到中間產(chǎn)物，1-（3-氨丙基）咪唑和中間產(chǎn)物經(jīng)攪拌反應得到含吡咯離子液體，短切碳纖維經(jīng)除漿處理后浸泡在三氯化鐵溶液中得到預處理碳纖維，預處理碳纖維、含吡咯離子液體分散和乙醇混合反應制得所述改性碳纖維。

8、進一步地，所述季戊四醇烯丙基醚和氫氧化鉀的重量比為1：3.5~4.0。

9、進一步地，所季戊四醇烯丙基醚和氫氧化鉀混合反應的條件包括反應溫度85~95℃和反應時間2~3h。

10、進一步地，所述季戊四醇烯丙基醚鹽和環(huán)氧氯丙烷的重量比為1：0.78~0.85。

11、進一步地，所述季戊四醇烯丙基醚鹽和環(huán)氧氯丙烷混合反應的條件包括反應溫度125~135℃和反應時間2~4h。

12、進一步地，所述甲基丙烯酸甲酯和含環(huán)氧基季戊四醇烯丙基醚的重量比為1：0.15~0.3。

13、進一步地，所述超聲包括超聲功率100~200w和超聲時間5~10min。

14、進一步地，所述甲基丙烯酸甲酯和引發(fā)劑的重量比為1：0.001~0.002。

15、進一步地，所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈。

16、進一步地，所述預處理碳纖維、含吡咯離子液體分散和乙醇混合反應的條件包括反應溫度80~90℃和反應時間5~6h。

17、進一步地，所述吡咯、氫氧化鉀和四丁基溴化銨的重量比為1：1.3~1.6：0.5~0.8。

18、進一步地，所述吡咯、氫氧化鉀、四丁基溴化銨和聯(lián)苯二氯攪拌反應的條件包括反應溫度50~70℃和反應時間8~12h。

19、進一步地，所述1-（3-氨丙基）咪唑和中間產(chǎn)物的重量比為1：2.5~3.0。

20、進一步地，1-（3-氨丙基）咪唑和中間產(chǎn)物攪拌反應的條件包括反應溫度50~60℃和反應時間12~24h。

21、進一步地，所述除漿處理包括處理溫度850~950℃和處理時間30~60min。

22、進一步地，所述三氯化鐵溶液的摩爾濃度為2.5mol/l。

23、進一步地，所述浸泡時間為12~16h。

24、進一步地，所述預處理碳纖維和含吡咯離子液體的重量比為1：0.1~0.5。

25、進一步地，所述預處理碳纖維、含吡咯離子液體和乙醇混合反應的反應時間為12~16h。

26、進一步地，所述改性聚丙烯酸酯和改性碳纖維混合攪拌反應的條件包括反應溫度160~180℃和反應時間3~5h。

27、進一步地，所述抗氧劑為抗氧劑1010。

28、進一步地，所述潤滑劑為液體石蠟。

29、進一步地，所述混合包括混合轉(zhuǎn)速1000~1200r/min和混合時間10~20min。

30、進一步地，所述擠出包括擠出轉(zhuǎn)速40~80r/min和擠出溫度200~250℃。

31、進一步地，所述惰性氣體包括氮氣或氬氣。

32、進一步地，所述改性聚丙烯酸酯、改性碳纖維、抗氧劑和潤滑劑的重量比為80~90：1~2：0.5~0.7：0.5~0.6。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

34、（1）本發(fā)明首先使季戊四醇烯丙基醚經(jīng)過成鹽反應得到季戊四醇烯丙基醚鹽，接著，季戊四醇烯丙基醚鹽再與環(huán)氧氯丙烷通過williamson反應，生成含環(huán)氧基季戊四醇烯丙基醚，隨后，含環(huán)氧基季戊四醇烯丙基醚和甲基丙烯酸甲酯通過聚合反應制得改性聚丙烯酸酯；吡咯和聯(lián)苯二氯芐發(fā)生取代反應得到中間產(chǎn)物，之后，中間產(chǎn)物和氨基咪唑發(fā)生季銨化反應得到含吡咯離子液體，含吡咯離子液體在經(jīng)過預處理的改性碳纖維表面聚合形成聚吡咯制得改性碳纖維；最后，利用改性聚丙烯酸酯中的環(huán)氧基與改性碳纖維中的氨基發(fā)生開環(huán)反應得到中間材料，中間材料與抗氧劑和潤滑劑經(jīng)混合、擠出與造粒，最終制得熱塑性樹脂基復合材料。

35、（2）本發(fā)明采用含吡咯離子液體對短切碳纖維進行改性，之后利用環(huán)氧基與氨基發(fā)生的開環(huán)反應將改性碳纖維修飾到改性聚丙烯酸酯上，有效改善了碳纖維在改性聚丙烯酸酯基團中的分散情況，促使改性碳纖維能夠均勻分布，進而形成良好的導電網(wǎng)絡，同時，聚吡咯本身具備良好的導電性能，兩者協(xié)同發(fā)揮作用，有效提高了熱塑性樹脂基復合材料的導電性能。

36、（3）本發(fā)明中改性聚丙烯酸酯中含有豐富的醚鍵，通過調(diào)節(jié)分子鏈間的相互作用，改善材料的抗沖擊性能；經(jīng)改性的碳纖維與改性聚丙烯酸酯基體之間形成了更強的界面相互作用，這種相互作用有利于應力的有效傳遞，兩者相互協(xié)調(diào)作用，從而提高了熱塑性樹脂基復合材料的力學性能。