一種改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法技術

本發明專利技術是一種改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其采用低粘度可交聯單體或低聚體對纖維進行表面處理，改善與熱塑性塑料的相容性，增強纖維被基體浸漬的能力，達到改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的目的；該纖維增強熱塑性復合材料由以下重量份數的組分組成：改性熱塑性塑料30～80份，經單體或低聚體表面處理過的纖維20～70份，所述單體或低聚體為低粘度可交聯的單體或低聚體。本發明專利技術操作簡單，不需要特殊的生產設備，適用于模壓、擠出、注射等成型工藝制備熱塑性復合材料，可廣泛運用于航空航天、土木工程、石油化工等領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及復合材料領域，特別是涉及改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法。
技術介紹
熱塑性復合材料是以熱塑性塑料為基體材料，如聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯以及它們的共聚物等，以各類纖維制品或填料作為增強材料，通過一定的成型工藝手段制備出的一種綠色復合材料，具有廣闊的市場前景、良好的經濟和社會效益。然而，眾多熱力學性能優異的熱塑性塑料的高熔融粘度導致塑料本身及其復合材料成型困難，特別是難以良好浸潰纖維，纖維與基體界面粘結差。提高成型溫度雖可以降低粘度，但會導致諸如硬質聚氯乙烯(PVC)和聚苯醚(PPO)之類熱分解溫度低于成型溫度的工程塑料的降解。傳統改善塑料成型工藝性的方法(如添加內增塑劑、拓寬塑料的分子量分布、降低塑料的分子量等)則以犧牲其熱力學性能為代價。為解決以上問題，專利“一種改善熱塑性塑料成型工藝性與性能的方法(專利號:200810047060.3)”采用可交聯單體等與熱塑性塑料的共混，在一定程度上有效改善和提高了熱塑性塑料成型工藝性與性能。熱塑性塑料與纖維相容性差，熔融粘度高，難以充分浸潰纖維，這些都是導致熱塑性復合材料界面性能差的重要因素。雖然采用熱處理、偶聯劑處理、酸堿處理、等離子體處理等方法對纖維進行表面處理可在一定程度上改善熱塑性復合材料的界面性能，但是沒有針對改善以經低粘度可交聯單體或低聚體改性熱塑性塑為基體的復合材料界面性能的纖維處理方法的專利。
技術實現思路
本專利技術所解決的問題是:在專利“一種改善熱塑性塑料成型工藝性與性能的方法(專利號:200810047060.3)”的基礎上，采用低粘度可交聯單體或低聚體對纖維進行表面處理，增加其與改性塑料基體的相容性，提高界面強度，制備出具有良好界面性能的熱塑性復合材料。此外，本方法還適用于經偶聯劑處理過的纖維，進一步改善纖維增強熱塑性塑料的界面性能。本專利技術解決其技術問題采用以下的技術方案:本專利技術提供的改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其采用低粘度可交聯單體或低聚體對纖維進行表面處理，改善與熱塑性塑料的相容性，增強纖維被基體浸潰的能力，以改善纖維增強熱塑性復合材料界面的性能；該纖維增強熱塑性復合材料由以下重量份數的組分組成:改性熱塑性塑料30~80份，經單體或低聚體表面處理過的纖維20~70份，所述單體或低聚體為低粘度可交聯的單體或低聚體。所述改性熱塑性塑料為低粘度可交聯單體，或低聚體與熱塑性塑料共混改性體系，由以下重量份數的組分組成:熱塑性塑料100份，低粘度可交聯單體或低聚體5~40份，熱引發劑O~3份，熱穩定劑O~8份，潤滑劑O~3份，其他助劑O~5份。所述其它助劑為抗氧劑、光穩定劑、著色劑中的一種，或幾種。其中:抗氧劑可以采用β_ (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸十八碳醇酯或受阻酚或亞磷酸酯的復合抗氧劑。光穩定劑可以采用水楊酸酯類、苯酮類、苯并三唑類或取代丙烯腈類的光穩定劑。著色劑可以采用鈦白粉、氧化鋅、鋅鋇白或炭黑。所述的低粘度可交聯單體為反應活性低的烯丙基酯類單體，其包括鄰苯二甲酸二烯丙酯、異鈦酸二烯丙酯、對苯二甲酸二烯丙酯、氰尿酸三烯丙酯中的一種或幾種組合。所述的低聚體為包括鄰苯二甲酸二烯丙酯低聚體一類的烯丙基酯類低聚體，或環氧齊聚物中的一種。所述的熱塑性塑料為聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚中的一種。所述的熱引發劑為偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰、過氧二甲酸-4-(1，1-二甲乙基)環己二酯、過氧化-2-乙基己酸叔丁酯、過氧化異丙苯基、過氧化二異丙苯中的一種或幾種組合。所述的熱穩定劑為二月桂酸二正辛基錫、馬來酸二丁基錫等有機錫類穩定劑中的一種，或者諸如鈣鋅、鋇鋅、鋇鎘鋅一類的金屬鹽復合穩定劑中的一種。所述的纖維為玻璃纖維、碳纖維、植物纖維中的一種，其中纖維形式為短切纖維、連續纖維、纖維織物中的一種或幾種組合。所述的表面處理，是指可交聯單體或低聚體對纖維進行表面處理，采用以下兩種方法:方法一:使用低沸點溶劑，如乙醇、丙酮等，將單體或低聚體稀釋至5~20wt%的溶液，隨后將纖維完全潤濕，隨后在常溫下待溶劑揮發完全即可；為縮短處理時間，可通過升高溫度或減壓中的一種或兩者相結合的方式加速溶劑揮發，如在50°C下或真空環境下待溶劑揮發；方法二:直接使用液體狀態的單體或低聚體浸潰纖維，隨后通過擠壓去除多余的單體或低聚體。此法適用于經過偶聯劑處理過的纖維。本專利技術提供上述改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其用途是:適用于模壓、擠出或注射成型工藝制備熱塑性復合材料；所得的熱塑性復合材料在制備航空航天、土木工程或石油化工領域的產品中的應用。本專利技術與現有技術相比具有以下主要的優點:1、通過利用低粘度可交聯單體或低聚體對纖維(如玻璃纖維、碳纖維、植物纖維等)進行表面處理，可達到如下效果。首先，低粘度的單體或低聚體更容易浸潰纖維。其次，纖維表面附著的單體或低聚體上的碳碳雙鍵等活性基團可與改性熱塑性塑料中的單體或低聚體發生化學反應，反應生成的化學鍵連接增加了界面強度，改善熱塑性復合材料的界面性能，有利于應力傳遞，提高復合材料的力學性能。2、僅用硅烷類偶聯劑對纖維進行浸潤處理，對改善界面性能具有一定的效果，在此基礎上，使用低粘度單體或低聚體對纖維進行表面處理，可得到界面粘結狀況優于使用單一偶聯劑處理制備的復合材料，材料的力學性能得到進一步提升。3、本專利技術中的基體為采用“一種改善熱塑性塑料成型工藝性與性能的方法(專利號:200810047060.3)”的方法的改性熱塑性塑料。該方法通過將適量的低粘度可交聯單體或低聚體、熱引發劑與熱塑性塑料共混得到的改性熱塑性塑料，共混改性體系的熔融粘度降低可在保證其在成型過程中對纖維浸潰的要求的情況下降低材料成型溫度，有效降低了能耗，在一定程度上還可避免熱塑性塑料在成型中發生降解。此外，在成型過程中，由于熱引發劑的作用，可交聯單體發生一定程度的交聯反應，單體聚合形成的熱固性粒子也可在體系中起到增強或增韌的作用，保留了塑料優異的熱力學性能。 4、本法適用于木塑復合材料，制品具有木制紋理，可替代實木裝飾材料，大幅度地減少了市場對木材的需求。與此同時，充分使用大量的廢紙、木材成型下腳料、稻殼和植物秸桿，實現變廢為寶，減少環境污染，降低生產成本。5、該方法操作簡單，經過表面處理后的纖維適用于擠出成型、注射模塑成型、模壓成型等多種工藝，不需要特殊的生產設備。最終制備出具有優異界面性能的熱塑性復合材料，可運用于航空航天、土木工程、石油化工等領域。本方法旨在改善纖維增強熱塑性復合材料的界面性能。研究表明采用單體或低聚體對纖維進行表面處理可改善與經低粘度可交聯單體或低聚體改性塑料基體的界面粘結能力，復合材料的宏觀力學性能在一定程度上得到提升?！靖綀D說明】圖1是實施例1所述為未處理玻璃纖維的玻璃纖維增強聚氯乙烯(GF/PVC)復合材料微觀形貌圖。圖2是實施例1所述為經鄰苯二甲酸二烯丙酯(DAOP)處理玻璃纖維的玻璃纖維增強聚氯乙烯(GF/PVC)復合材料微觀形貌圖。圖3是實施例5所述為未經處理天然纖維的木塑復合材料微觀形貌圖。圖4是實施例5所述為經過DAOP表面處理木粉的木塑復合材料微觀形貌圖。具體實施方法下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步說明，但并不局限于下面所述內容。實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其特征是采用低粘度可交聯單體或低聚體對纖維進行表面處理，改善與熱塑性塑料的相容性，增強纖維被基體浸漬的能力，以改善纖維增強熱塑性復合材料界面的性能；該纖維增強熱塑性復合材料由以下重量份數的組分組成：改性熱塑性塑料30～80份，經單體或低聚體表面處理過的纖維20～70份，所述單體或低聚體為低粘度可交聯的單體或低聚體。

【技術特征摘要】
1.一種改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其特征是采用低粘度可交聯單體或低聚體對纖維進行表面處理，改善與熱塑性塑料的相容性，增強纖維被基體浸潰的能力，以改善纖維增強熱塑性復合材料界面的性能；該纖維增強熱塑性復合材料由以下重量份數的組分組成:改性熱塑性塑料30~80份，經單體或低聚體表面處理過的纖維20~70份，所述單體或低聚體為低粘度可交聯的單體或低聚體。2.根據權利要求1所述的改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其特征是所述改性熱塑性塑料為低粘度可交聯單體或低聚體與熱塑性塑料共混改性體系，由以下重量份數的組分組成:熱塑性塑料100份，低粘度可交聯單體或低聚體5~40份，熱引發劑O~3份，熱穩定劑O~8份，潤滑劑O~3份，其他助劑O~5份；其它助劑為抗氧劑、光穩定劑、著色劑中的一種或幾種。3.根據權利要求2所述的改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其特征是所述的低粘度可交聯單體為烯丙基酯類單體，其包括鄰苯二甲酸二烯丙酯、異鈦酸二烯丙酯、對苯二甲酸二烯丙酯、氰尿酸三烯丙酯中的一種或幾種組合。4.根據權利要求2所述的改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其特征是所述的低聚體為包括鄰苯二甲酸二烯丙酯低聚體一類的烯丙基酯類低聚體，或環氧齊聚物中的一種。5.根據權利要求2所述的改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其特征是所述的熱塑性塑料為聚氯乙 烯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚中的一種。6.根據權利要求2所述的改善纖維增強熱塑性復合材料界面性能的方法，其特征是所述的熱引發...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梅啟林，劉秀娟，黃志雄，丁雨潔，童丹遼，肖駿，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42