改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料及其制备方法，其中，所述方法包括步骤：提供碳纳米管阵列，将碳纳米管阵列纺丝并剪切成直径为5~12μm、平均长度为3~60mm的碳纳米管纤维；将碳纳米管纤维及聚丙烯类树脂M1置于保护气体气氛中进行紫外光处理，使得聚丙烯类与碳纳米管纤维发生接枝聚合反应，得到改性碳纳米管纤维；将所述改性碳纳米管纤维与聚丙烯类树脂M2置于保护气体气氛中熔化混炼，制得改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料。本发明专利技术解决了现有技术中聚丙烯类复合材料的力学性能不佳的问题。

【技术实现步骤摘要】
改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料及其制备方法
本专利技术涉及聚丙烯类树脂
，尤其涉及一种改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯类树脂是一种易于加工成型的原材料，同时重量与机械性能比高，经常被用在各种生活用品和工业部件中。而聚丙烯类树脂的机械强度和耐热性并不理想，在工业部件所使用的聚丙烯类树脂中，往往需要向其中添加滑石粉、云母粉、玻璃纤维等无机纤维来来增强其力学性能，但效果均不理想。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料及其制备方法，旨在解决现有技术中聚丙烯类复合材料的力学性能不佳的问题。本专利技术的技术方案如下：一种改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，包括步骤：提供碳纳米管阵列，将碳纳米管阵列纺丝并剪切成直径为5~12μm、平均长度为3~60mm的碳纳米管纤维；将碳纳米管纤维及聚丙烯类树脂M1置于保护气体气氛中进行紫外光处理，使得聚丙烯类与碳纳米管纤维发生接枝聚合反应，得到改性碳纳米管纤维；将所述碳纳米管纤维与聚丙烯类树脂M2置于保护气体气氛中熔化混炼，制得改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，所述紫外光处理的波长为216nm。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，在进行紫外光处理时，控制保护气体持续流动，且设置聚丙烯类树脂M1位于上风口位置。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，所述保护气体为氮气或惰性气体。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，所述聚丙烯类树脂M1为未改性聚丙烯类树脂，所述聚丙烯类树脂M2为不饱和羧酸或其衍生物改性的聚丙烯类树脂。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，聚丙烯类树脂M2中的酸量换算成马来酸酐后占酸改性聚丙烯类树脂M2总质量的0.003~0.03%。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，将所述碳纳米管纤维与酸改性聚丙烯类树脂按25~50：50~75的质量比混合并熔化混炼。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，所述聚丙烯类树脂为聚丙烯聚合物、乙烯/丙烯共聚物或丙烯/α烯烃共聚物；所述不饱和羧酸包括马来酸、富马酸、衣康酸、丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或多种；所述不饱和羧酸的衍生物包括不饱和羧酸的酸酐、不饱和羧酸酯、不饱和羧酸酰胺、不饱和羧酸的金属盐中的一种或多种。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，所述碳纳米管阵列的制备步骤为：在基片上沉积10~30nm厚的钴镍合金催化剂，在氢气的保护下升温至700~800℃，再通入由乙烯、己烷及氮气组成的碳源气体，流量控制在0.5~2L/min，反应10~30min，从而在基片上生成碳纳米管阵列。所述改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，在将所述改性碳纳米管与聚丙烯类树脂熔化混炼的步骤之前，还包括：使用表面处理剂对碳纳米管纤维进行处理。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，所述表面处理剂为环氧树脂类上浆剂、氨基甲酸酯类上浆剂、尼龙类上浆剂或烯烃类上浆剂。所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其中，所述混炼温度为250~300℃。一种改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料，其中，由如上任一所述的制备方法制备而成。有益效果：本专利技术先将碳纳米管阵列纺丝并剪切成碳纳米管纤维，再在保护气体气体中通过紫外光照射处理，使聚丙烯与碳纳米管纤维表面发生接枝聚合反应，从而在碳纳米管纤维表面接枝上聚丙烯分子，形成改性碳纳米管纤维，然后将所得的的改性碳纳米管纤维纺丝成碳纳米管纤维，然后将碳纳米管纤维与聚丙烯混合并熔化混炼，从而制得改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料，改性碳纳米管纤维表面的聚丙烯分子的存在可以克服碳纳米管与聚丙烯树脂之间的界面强度，使得该碳纳米管纤维与聚丙烯树脂有很好的相容性和力学传递性能，添加的碳纳米管纤维可以增加聚丙烯树脂的机械强度，从而增强了材料整体的力学性能。附图说明图1为本专利技术所述改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法较佳实施例流程示意图。具体实施方式本专利技术提供一种改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，如图1所示，包括步骤：S1、提供碳纳米管阵列，将碳纳米管阵列纺丝并剪切成直径为5~12μm、平均长度为3~60mm的碳纳米管纤维；S2、将碳纳米管纤维及聚丙烯类树脂M1置于保护气体气氛中进行紫外光处理，使得聚丙烯类与碳纳米管纤维发生接枝聚合反应，得到改性碳纳米管纤维；S3、将所述改性碳纳米管纤维与聚丙烯类树脂M2置于保护气体气氛中熔化混炼，制得改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料。碳纳米管是一种具有特殊结构的一维纳米材料，其径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，具有层与层之间保持固定的距离、重量轻、六边形结构连接完美等特点，使得碳纳米管的制作工艺和成本都远远优于碳纤维，同时其力学性能和对复合材料的性能要优于碳纤维，配合比也较低。而碳纳米管纤维则是把千千万万单根纳米管扭拧在一起的宏观纤维，具有轻质、高强、多功能性的特点，将其作为增强材料加入聚丙烯类复合材料中能够显著地提升材料的整体力学性能。所述步骤S1中，将改性碳纳米管纺丝成直径5~12μm且平均长度3~60mm的碳纳米管纤维，以增强碳纳米管的整体力学性能。优选地，是纺丝并剪切为平均长度4mm~15mm的碳纳米管纤维，因为碳纳米管本身具有极高的力学性能，只有在长度足够长的情况下，才能够更好的将自身的力学强度进行力学传递，使得复合材料整体的强度得到增强，同时最后成品的外观也较好，但当改性碳纳米管的平均长度过长则会使改性碳纳米管的分散性不佳。优选地，碳纳米管阵列的平均长度为4mm~9mm。碳纳米管纤维的直径为5~12nm，优选为6~8nm内。在此范围内，能够保证碳纳米管具有较高的长径比，使得其表面积较大，能够得到更好的力学性能增强效果，从而增大整个碳纳米管与树脂材料之间的界面强度。所述步骤S1的具体步骤如下：提供夹持工具，夹取上述改性碳纳米管阵列的边缘，并沿与其生长方向垂直的方向拉出，同时以夹持工具的夹取点为中心进行自转，将所拉出的碳纳米管阵列纺织成直径为12.0μm且长度为5000mm以上的碳纳米管长纤维，然后使用剪切工具将碳纳米管纤维剪切成长度为3~60mm长的碳纳米管短纤维。当数平均纤维长度在3mm以下时，对整个复合材料的机械强度的提升并没有明显效果；当数平均纤维长度60mm以上时，在制造复合材料时，会造成短纤维在基质中的分散性下降，甚至发生脱落。所述步骤S1中，碳纳米管阵列为多壁纳米管阵列，其中，所述碳纳米管阵列的制备步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供碳纳米管阵列，将碳纳米管阵列纺丝并剪切成直径为5~12μm、平均长度为3~60mm的碳纳米管纤维；将碳纳米管纤维及聚丙烯类树脂M1置于保护气体气氛中进行紫外光处理，使得聚丙烯类与碳纳米管纤维发生接枝聚合反应，得到改性碳纳米管纤维；将所述改性碳纳米管纤维与聚丙烯类树脂M2置于保护气体气氛中熔化混炼，制得改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供碳纳米管阵列，将碳纳米管阵列纺丝并剪切成直径为5~12μm、平均长度为3~60mm的碳纳米管纤维；将碳纳米管纤维及聚丙烯类树脂M1置于保护气体气氛中进行紫外光处理，使得聚丙烯类与碳纳米管纤维发生接枝聚合反应，得到改性碳纳米管纤维；将所述改性碳纳米管纤维与聚丙烯类树脂M2置于保护气体气氛中熔化混炼，制得改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料。2.根据权利要求1所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其特征在于，所述紫外光处理的波长为216nm。3.根据权利要求1所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其特征在于，在进行紫外光处理时，控制保护气体持续流动，且设置聚丙烯类树脂M1位于上风口位置。4.根据权利要求1所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯类树脂M1为未改性聚丙烯类树脂，所述聚丙烯类树脂M2为不饱和羧酸或其衍生物改性的聚丙烯类树脂。5.根据权利要求4所述的改性碳纳米管纤维增强的聚丙烯类复合材料的制备方法，其特征在于，聚丙烯类树脂M2中的酸量换算成马来酸酐后...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓飞，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44