一种高强度硅灰石纤维塑料及制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料的技术领域，提供了一种高强度硅灰石纤维塑料及制备方法。该方法通过配制含硅灰石纤维、石墨烯‑金属有机框架复合材料的静电纺丝液，纺丝制得复合纳米纤维，进一步与聚丙烯、填充剂进行共混、挤出、造粒，制得高强度硅灰石纤维塑料。与传统方法相比，本发明专利技术的制备的高强度硅灰石纤维塑料，硅灰石纤维与聚合物界面之间的结合力好，石墨烯的加入提高了界面强度，使得制备的塑料具有优异的抗冲击强度和机械性能，应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度硅灰石纤维塑料及制备方法
本专利技术属于复合材料的
，提供了一种高强度硅灰石纤维塑料及制备方法。
技术介绍
复合材料的研究日新月异，其中纤维增强塑料复合材料，亦称之为纤维增强聚合物或纤维增强复合材料，是一种新型的复合材料，主要由高性能纤维、聚酯基、乙烯基或环氧树脂等组成。其具有高强、轻质、耐腐蚀、非磁性、耐疲劳、耐腐蚀等优点，以其优异的性能及增强结构在社会各领域得到了越来越广泛的应用，其发展和应用受到各界关注。目前常见的纤维增强塑料主要有玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、植物纤维增强塑料、有机纤维增强塑料、混杂纤维增强塑料等。纤维增强塑料复合材料的发展趋势主要有：开发和利用植物纤维及混杂纤维增强塑料复合材料，进一步增强材料性能；发展纤维增强塑料复合材料的编织新工艺；优化结构设计，达到最佳性价比。硅灰石就是一种天然的矿物纤维，天然产出的硅灰石通常呈针状、放射状、纤维集合体。将硅灰石纤维应用增强热塑性塑料具有比强度大、电绝缘性好，耐热、耐腐蚀、化学性能稳定性高等优点。超支化聚丙烯酰胺与传统的线型聚丙烯酰胺相比，具有高度的支化结构，低粘度、高流变性、良好的溶解性、分子内部空穴结构等独特的性质。因此，硅灰石纤维增强塑料的发展备受瞩目。目前国内外在增强塑料复合材料制备技术，尤其是硅灰石增强塑料方面已取得了一定成效。其中刘伯敏等人专利技术了一种共混聚丙烯改性材料（中国专利技术专利申请号201711264291.5），包括以下重量分数组分：聚丙烯粉料200-300份，纤维10~20份，润滑剂5~7份，偶联剂3~7份，抗氧化剂8~10份，纳米碳酸钙10~20份，硅灰石5~8份；该专利技术中通过合理的配比并且本专利技术中添加有玻璃纤维或者碳纤维，使得聚丙烯共混材料抗冲击性显著提高，加工性能优异，并且具有蠕变小、热稳定高等优点。另外，罗文平等人专利技术了一种高韧改性工程塑料的制备方法（中国专利技术专利申请号201710076321.3），主料为特定材料和工艺制得的三元材料，其韧性、刚性皆优；改性抗老化阻燃体系中石墨烯、钛白粉、埃洛石纳米管等阻燃材料与硅灰石针状纤维等抗老化材料，形成复合协同效应，极大提升工程塑料的阻燃性能和抗老化性能；高分散纳米碳酸钙与增韧主料的分散性和相容性好，改善了增韧主料的流动性及加工性能，而且赋予工程塑料较好的物理机械性能，进一步提升了韧性。可见，现有技术中的硅灰石纤维增强塑料中，因其呈惰性，不易与树脂基体浸润，从而导致复合材料的界面粘结强度低，而且脆性大，分散困难，制品表面光滑度不好，纤维在挤出机中与树脂混炼时遭受螺杆和机筒之间的剪切力作用，纤维会受到损伤，导致增强效果下降，严重制约了其在复合材料中的应用，不利于复合材料综合性能的充分发挥。
技术实现思路
针对这种情况，我们提出一种高强度硅灰石纤维塑料及制备方法，可有效增强硅灰石纤维与聚合物界面之间的结合力，并提高了制备所得塑料抗冲击强度和机械性能。为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种高强度硅灰石纤维塑料的制备方法，通过配制含硅灰石纤维、石墨烯-金属有机框架复合材料的静电纺丝液，纺丝制得复合纳米纤维，进一步与聚丙烯、填充剂进行共混、挤出、造粒，制得高强度硅灰石纤维塑料，制备的具体步骤如下：（1）以液氮为制冷剂，对硅灰石纤维进行超低温预处理，然后经高温处理使硅灰石纤维表面原有胶料氧化分解，进而除去硅灰石纤维储存吸附的水；（2）将步骤（1）得到的硅灰石纤维溶解在有机溶剂中，然后加入石墨烯-金属有机框架复合材料，超声分散制得静电纺丝溶液；其中：硅灰石纤维25~30重量份、石墨烯3~5重量份、金属有机框架5~10重量份、有机溶剂55~67重量份；（3）将步骤（2）制得的静电纺丝溶液在静电纺丝仪上进行纺丝，然后干燥，制得多孔结构的硅灰石/石墨烯-金属有机框架复合纳米纤维；（4）将步骤（3）制得的复合纳米纤维与聚丙烯、填充剂混合均匀，加入高速混合机中，加热熔融搅拌，得到混合物，然后经挤出、造粒，制得高强度硅灰石纤维塑料；其中：复合纳米纤维15~30重量份、聚丙烯40~70重量份、填充剂10~20重量份。优选的，步骤（1）所述超低温预处理的温度为-180~-140℃，时间为40~60min。优选的，步骤（1）所述高温处理的温度为900~1000℃，时间为2~4h。优选的，步骤（2）所述有机溶剂为全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺中的至少一种。优选的，步骤（2）所述金属有机框架的金属中心为锌、铜、铁中的至少一种，有机配体为羧酸类配体、氮杂环类配体中的至少一种。优选的，步骤（3）所述静电纺丝的电压为12~15kV，纺丝液流量为0.06~0.1mL/h。优选的，步骤（4）所述填充剂为高岭土、硅藻土、滑石粉、玻璃粉、云母粉、石英粉中的至少一种。优选的，步骤（4）所述高速混合的转速为200~300r/min，时间为30~50min。金属有机多孔骨架化合物是由含氧、氮等的多齿有机配体(大多是芳香多羧酸)与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。在构筑金属有机多孔骨架时，有机配体选择起着关键性的作用。目前，已经有大量的金属有机骨架材料被合成，主要是以含羧基有机阴离子配体为主，或与含氮杂环有机中性配体共同使用。这些金属有机骨架中多数都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。而石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，可看作是构建其他维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有优异的界面结合性能。通过设计或选择一定的配体与金属离子组装可得到大量新颖结构的金属有机多孔骨架化合物。本专利技术的石墨烯-金属有机框架复合材料可对孔道的尺寸进行调控，具有极佳的吸附能力和力学性能，可对加入其中的硅灰石纤维及高聚物链段进行有效吸附和固定，起到锚固作用，从而增强界面结合力。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的高强度硅灰石纤维塑料。该方法通过配制含硅灰石纤维、石墨烯-金属有机框架复合材料的静电纺丝液，纺丝制得复合纳米纤维，进一步与聚丙烯、填充剂进行共混、挤出、造粒，制得高强度硅灰石纤维塑料。与传统方法相比，本专利技术的制备的高强度硅灰石纤维塑料，硅灰石纤维与聚合物界面之间的结合力好，石墨烯的加入提高了界面强度，使得制备的塑料具有优异的抗冲击强度和机械性能，应用范围广。本专利技术提供了一种高强度硅灰石纤维塑料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术制备的高强度硅灰石纤维塑料，应用范围广，可推广生产应用。2.本专利技术的制备方法，通过物理方法将硅灰石纤维进行超低温预处理后，提高了其抗弯性能、拉伸性能和层间剪切性能，可有效增强塑料的力学性能。3.本专利技术的制备方法，通过石墨烯-金属有机框架复合材料的加入，可对塑料复合材料中的高聚物的链段和硅灰石纤维起到锚固作用，由此增加了硅灰石纤维与聚合物界面之间的结合力，并且由于石墨烯的加入提高了界面强度，使得制备的塑料具有优异的抗冲击强度和机械性能。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1以液氮为制冷剂，在-150℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度硅灰石纤维塑料的制备方法，其特征在于，通过配制含硅灰石纤维、石墨烯‑金属有机框架复合材料的静电纺丝液，纺丝制得复合纳米纤维，进一步与聚丙烯、填充剂进行共混、挤出、造粒，制得高强度硅灰石纤维塑料，制备的具体步骤如下：（1）以液氮为制冷剂，对硅灰石纤维进行超低温预处理，然后经高温处理使硅灰石纤维表面原有胶料氧化分解，进而除去硅灰石纤维储存吸附的水；（2）将步骤（1）得到的硅灰石纤维分散在有机溶剂中，然后加入石墨烯‑金属有机框架复合材料，超声分散制得静电纺丝溶液；其中：硅灰石纤维25~30重量份、石墨烯3~5重量份、金属有机框架5~10重量份、有机溶剂55~67重量份；（3）将步骤（2）制得的静电纺丝溶液在静电纺丝仪上进行纺丝，然后干燥，制得多孔结构的硅灰石/石墨烯‑金属有机框架复合纳米纤维；（4）将步骤（3）制得的复合纳米纤维与聚丙烯、填充剂混合均匀，加入高速混合机中，加热熔融搅拌，得到混合物，然后经挤出、造粒，制得高强度硅灰石纤维塑料；其中：复合纳米纤维15~30重量份、聚丙烯40~70重量份、填充剂10~20重量份份。

【技术特征摘要】
1.一种高强度硅灰石纤维塑料的制备方法，其特征在于，通过配制含硅灰石纤维、石墨烯-金属有机框架复合材料的静电纺丝液，纺丝制得复合纳米纤维，进一步与聚丙烯、填充剂进行共混、挤出、造粒，制得高强度硅灰石纤维塑料，制备的具体步骤如下：（1）以液氮为制冷剂，对硅灰石纤维进行超低温预处理，然后经高温处理使硅灰石纤维表面原有胶料氧化分解，进而除去硅灰石纤维储存吸附的水；（2）将步骤（1）得到的硅灰石纤维分散在有机溶剂中，然后加入石墨烯-金属有机框架复合材料，超声分散制得静电纺丝溶液；其中：硅灰石纤维25~30重量份、石墨烯3~5重量份、金属有机框架5~10重量份、有机溶剂55~67重量份；（3）将步骤（2）制得的静电纺丝溶液在静电纺丝仪上进行纺丝，然后干燥，制得多孔结构的硅灰石/石墨烯-金属有机框架复合纳米纤维；（4）将步骤（3）制得的复合纳米纤维与聚丙烯、填充剂混合均匀，加入高速混合机中，加热熔融搅拌，得到混合物，然后经挤出、造粒，制得高强度硅灰石纤维塑料；其中：复合纳米纤维15~30重量份、聚丙烯40~70重量份、填充剂10~20重量份份。2.根据权利要求1所述一种高强度硅灰石纤维塑料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述超低温预处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，司文彬，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51