一种改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法技术

本发明专利技术是一种改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其采用低粘度可交联单体或低聚体对纤维进行表面处理，改善与热塑性塑料的相容性，增强纤维被基体浸渍的能力，达到改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的目的；该纤维增强热塑性复合材料由以下重量份数的组分组成：改性热塑性塑料30～80份，经单体或低聚体表面处理过的纤维20～70份，所述单体或低聚体为低粘度可交联的单体或低聚体。本发明专利技术操作简单，不需要特殊的生产设备，适用于模压、挤出、注射等成型工艺制备热塑性复合材料，可广泛运用于航空航天、土木工程、石油化工等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料领域，特别是涉及改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法。
技术介绍
热塑性复合材料是以热塑性塑料为基体材料，如聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯以及它们的共聚物等，以各类纤维制品或填料作为增强材料，通过一定的成型工艺手段制备出的一种绿色复合材料，具有广阔的市场前景、良好的经济和社会效益。然而，众多热力学性能优异的热塑性塑料的高熔融粘度导致塑料本身及其复合材料成型困难，特别是难以良好浸溃纤维，纤维与基体界面粘结差。提高成型温度虽可以降低粘度，但会导致诸如硬质聚氯乙烯(PVC)和聚苯醚(PPO)之类热分解温度低于成型温度的工程塑料的降解。传统改善塑料成型工艺性的方法(如添加内增塑剂、拓宽塑料的分子量分布、降低塑料的分子量等)则以牺牲其热力学性能为代价。为解决以上问题，专利“一种改善热塑性塑料成型工艺性与性能的方法(专利号:200810047060.3)”采用可交联单体等与热塑性塑料的共混，在一定程度上有效改善和提高了热塑性塑料成型工艺性与性能。热塑性塑料与纤维相容性差，熔融粘度高，难以充分浸溃纤维，这些都是导致热塑性复合材料界面性能差的重要因素。虽然采用热处理、偶联剂处理、酸碱处理、等离子体处理等方法对纤维进行表面处理可在一定程度上改善热塑性复合材料的界面性能，但是没有针对改善以经低粘度可交联单体或低聚体改性热塑性塑为基体的复合材料界面性能的纤维处理方法的专利。
技术实现思路
本专利技术所解决的问题是:在专利“一种改善热塑性塑料成型工艺性与性能的方法(专利号:200810047060.3)”的基础上，采用低粘度可交联单体或低聚体对纤维进行表面处理，增加其与改性塑料基体的相容性，提高界面强度，制备出具有良好界面性能的热塑性复合材料。此外，本方法还适用于经偶联剂处理过的纤维，进一步改善纤维增强热塑性塑料的界面性能。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案:本专利技术提供的改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其采用低粘度可交联单体或低聚体对纤维进行表面处理，改善与热塑性塑料的相容性，增强纤维被基体浸溃的能力，以改善纤维增强热塑性复合材料界面的性能；该纤维增强热塑性复合材料由以下重量份数的组分组成:改性热塑性塑料30~80份，经单体或低聚体表面处理过的纤维20~70份，所述单体或低聚体为低粘度可交联的单体或低聚体。所述改性热塑性塑料为低粘度可交联单体，或低聚体与热塑性塑料共混改性体系，由以下重量份数的组分组成:热塑性塑料100份，低粘度可交联单体或低聚体5~40份，热引发剂O~3份，热稳定剂O~8份，润滑剂O~3份，其他助剂O~5份。所述其它助剂为抗氧剂、光稳定剂、着色剂中的一种，或几种。其中:抗氧剂可以采用β_ (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯或受阻酚或亚磷酸酯的复合抗氧剂。光稳定剂可以采用水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类或取代丙烯腈类的光稳定剂。着色剂可以采用钛白粉、氧化锌、锌钡白或炭黑。所述的低粘度可交联单体为反应活性低的烯丙基酯类单体，其包括邻苯二甲酸二烯丙酯、异钛酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯、氰尿酸三烯丙酯中的一种或几种组合。所述的低聚体为包括邻苯二甲酸二烯丙酯低聚体一类的烯丙基酯类低聚体，或环氧齐聚物中的一种。所述的热塑性塑料为聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚中的一种。所述的热引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧二甲酸-4-(1，1-二甲乙基)环己二酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化异丙苯基、过氧化二异丙苯中的一种或几种组合。所述的热稳定剂为二月桂酸二正辛基锡、马来酸二丁基锡等有机锡类稳定剂中的一种，或者诸如钙锌、钡锌、钡镉锌一类的金属盐复合稳定剂中的一种。所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维、植物纤维中的一种，其中纤维形式为短切纤维、连续纤维、纤维织物中的一种或几种组合。所述的表面处理，是指可交联单体或低聚体对纤维进行表面处理，采用以下两种方法:方法一:使用低沸点溶剂，如乙醇、丙酮等，将单体或低聚体稀释至5~20wt%的溶液，随后将纤维完全润湿，随后在常温下待溶剂挥发完全即可；为缩短处理时间，可通过升高温度或减压中的一种或两者相结合的方式加速溶剂挥发，如在50°C下或真空环境下待溶剂挥发；方法二:直接使用液体状态的单体或低聚体浸溃纤维，随后通过挤压去除多余的单体或低聚体。此法适用于经过偶联剂处理过的纤维。本专利技术提供上述改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其用途是:适用于模压、挤出或注射成型工艺制备热塑性复合材料；所得的热塑性复合材料在制备航空航天、土木工程或石油化工领域的产品中的应用。本专利技术与现有技术相比具有以下主要的优点:1、通过利用低粘度可交联单体或低聚体对纤维(如玻璃纤维、碳纤维、植物纤维等)进行表面处理，可达到如下效果。首先，低粘度的单体或低聚体更容易浸溃纤维。其次，纤维表面附着的单体或低聚体上的碳碳双键等活性基团可与改性热塑性塑料中的单体或低聚体发生化学反应，反应生成的化学键连接增加了界面强度，改善热塑性复合材料的界面性能，有利于应力传递，提高复合材料的力学性能。2、仅用硅烷类偶联剂对纤维进行浸润处理，对改善界面性能具有一定的效果，在此基础上，使用低粘度单体或低聚体对纤维进行表面处理，可得到界面粘结状况优于使用单一偶联剂处理制备的复合材料，材料的力学性能得到进一步提升。3、本专利技术中的基体为采用“一种改善热塑性塑料成型工艺性与性能的方法(专利号:200810047060.3)”的方法的改性热塑性塑料。该方法通过将适量的低粘度可交联单体或低聚体、热引发剂与热塑性塑料共混得到的改性热塑性塑料，共混改性体系的熔融粘度降低可在保证其在成型过程中对纤维浸溃的要求的情况下降低材料成型温度，有效降低了能耗，在一定程度上还可避免热塑性塑料在成型中发生降解。此外，在成型过程中，由于热引发剂的作用，可交联单体发生一定程度的交联反应，单体聚合形成的热固性粒子也可在体系中起到增强或增韧的作用，保留了塑料优异的热力学性能。 4、本法适用于木塑复合材料，制品具有木制纹理，可替代实木装饰材料，大幅度地减少了市场对木材的需求。与此同时，充分使用大量的废纸、木材成型下脚料、稻壳和植物秸杆，实现变废为宝，减少环境污染，降低生产成本。5、该方法操作简单，经过表面处理后的纤维适用于挤出成型、注射模塑成型、模压成型等多种工艺，不需要特殊的生产设备。最终制备出具有优异界面性能的热塑性复合材料，可运用于航空航天、土木工程、石油化工等领域。本方法旨在改善纤维增强热塑性复合材料的界面性能。研究表明采用单体或低聚体对纤维进行表面处理可改善与经低粘度可交联单体或低聚体改性塑料基体的界面粘结能力，复合材料的宏观力学性能在一定程度上得到提升。【附图说明】图1是实施例1所述为未处理玻璃纤维的玻璃纤维增强聚氯乙烯(GF/PVC)复合材料微观形貌图。图2是实施例1所述为经邻苯二甲酸二烯丙酯(DAOP)处理玻璃纤维的玻璃纤维增强聚氯乙烯(GF/PVC)复合材料微观形貌图。图3是实施例5所述为未经处理天然纤维的木塑复合材料微观形貌图。图4是实施例5所述为经过DAOP表面处理木粉的木塑复合材料微观形貌图。具体实施方法下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其特征是采用低粘度可交联单体或低聚体对纤维进行表面处理，改善与热塑性塑料的相容性，增强纤维被基体浸渍的能力，以改善纤维增强热塑性复合材料界面的性能；该纤维增强热塑性复合材料由以下重量份数的组分组成：改性热塑性塑料30～80份，经单体或低聚体表面处理过的纤维20～70份，所述单体或低聚体为低粘度可交联的单体或低聚体。

【技术特征摘要】
1.一种改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其特征是采用低粘度可交联单体或低聚体对纤维进行表面处理，改善与热塑性塑料的相容性，增强纤维被基体浸溃的能力，以改善纤维增强热塑性复合材料界面的性能；该纤维增强热塑性复合材料由以下重量份数的组分组成:改性热塑性塑料30~80份，经单体或低聚体表面处理过的纤维20~70份，所述单体或低聚体为低粘度可交联的单体或低聚体。2.根据权利要求1所述的改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其特征是所述改性热塑性塑料为低粘度可交联单体或低聚体与热塑性塑料共混改性体系，由以下重量份数的组分组成:热塑性塑料100份，低粘度可交联单体或低聚体5~40份，热引发剂O~3份，热稳定剂O~8份，润滑剂O~3份，其他助剂O~5份；其它助剂为抗氧剂、光稳定剂、着色剂中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其特征是所述的低粘度可交联单体为烯丙基酯类单体，其包括邻苯二甲酸二烯丙酯、异钛酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯、氰尿酸三烯丙酯中的一种或几种组合。4.根据权利要求2所述的改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其特征是所述的低聚体为包括邻苯二甲酸二烯丙酯低聚体一类的烯丙基酯类低聚体，或环氧齐聚物中的一种。5.根据权利要求2所述的改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其特征是所述的热塑性塑料为聚氯乙 烯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚中的一种。6.根据权利要求2所述的改善纤维增强热塑性复合材料界面性能的方法，其特征是所述的热引发...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅启林，刘秀娟，黄志雄，丁雨洁，童丹辽，肖骏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42