一种利用表面处理的连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料的方法技术

一种利用表面处理的连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料的方法，它涉及一种增强木粉/聚烯烃复合材料的方法。本发明专利技术是为了解决现有采用纤维增强木塑复合材料存在纤维与木塑基质界面结合强度较差的问题，而现有纤维改性方法存在成本昂贵，或会影响芳纶纤维表面结构从而降低其自身强度的问题。制备方法：一、预处理；二、多巴胺包覆处理连续芳纶纤维束；三、多巴胺

【技术实现步骤摘要】
一种利用表面处理的连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料的方法


[0001]本专利技术涉及一种增强木粉/聚烯烃复合材料的方法。

技术介绍

[0002]木塑复合材料(WPCs)是一种热塑性塑料作为基体、木质纤维充当增强相组成的高附加值复合材料。由于具有环境友好性、可调整性、易加工等特点被广泛应用于室内装饰、基础设施、建筑材料等领域。在WPCs的实际生产中往往加入偶联剂/相容剂(马来酸酐接枝聚烯烃、硅烷偶联剂等)改善非极性塑料基体与极性木质纤维的界面结合程度。制备出的WPCs由于应力传递效率增强导致力学性能有效提高。尽管如此，传统WPCs由于塑料基体自身强度有限以及木质纤维添加量较高仍然难以应用到对综合力学性能要求较高的结构和建筑应用领域中。
[0003]芳纶纤维具有低密度、高强度、高模量、热稳定性好等优点，采用连续芳纶纤维增强木塑复合材料可以通过模具的设计有选择性的针对制品特定部位进行增强，从而大幅度提高木塑制品的韧性和刚性，使其作为结构材料的应用成为可能。然而，芳纶纤维表面呈化学惰性，与WPCs基体界面结合较弱，外力作用下往往被拔出基体导致材料失效。这限制了连续芳纶纤维的增强效果。此外，在实际应用中，纤维增强复合材料的性能和预期寿命均会受到其界面强度和稳定性的影响。因此，改善芳纶纤维与WPC基质之间的界面相容性这是其在建筑应用中使用所必需的。
[0004]现有纤维改性方法中，传统的物理改性(如氟化、超声、等离子体处理等)对仪器设备要求较高，成本昂贵，而化学处理(酸碱处理)会影响芳纶纤维表面结构从而降低其自身强度。因此，需要一种改性方式可增强纤维与木塑基质界面结合强度，且对芳纶纤维表面构造无影响，成本低廉。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有采用纤维增强木塑复合材料存在纤维与木塑基质界面结合强度较差的问题，而现有纤维改性方法存在成本昂贵，或会影响芳纶纤维表面结构从而降低其自身强度的问题，提供了一种利用表面处理的连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料的方法。
[0006]一种利用表面处理的连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料的方法，它按照以下步骤进行：
[0007]一、预处理：
[0008]利用溶剂清洗连续芳纶纤维束以去除表面杂质，然后干燥至恒重，得到预处理后的连续芳纶纤维束；
[0009]二、多巴胺包覆处理连续芳纶纤维束：
[0010]调节Tris-HCl缓冲溶液的pH至8～9，得到调节pH后的Tris-HCl缓冲溶液，然后将
盐酸多巴胺加入到调节pH后的Tris-HCl缓冲溶液中，得到盐酸多巴胺溶液，将预处理后的连续芳纶纤维束浸渍于盐酸多巴胺溶液中，常温浸渍2h～48h，浸渍后取出，洗涤干燥，得到多巴胺包覆处理的连续芳纶纤维束；
[0011]所述的Tris-HCl缓冲溶液的浓度为0.05mol/L～0.1mol/L；所述的盐酸多巴胺溶液中盐酸多巴胺浓度为1g/L～3g/L；
[0012]三、多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维束：
[0013]将乙烯基三乙氧基硅烷与质量百分数为75％～95％的乙醇按体积比为1:(20～60)混合互溶后，在温度为20℃～90℃的条件下水解2h～8h，得到水解后的溶液，向水解后的溶液中继续加入质量百分数为75％～95％的乙醇，直至乙烯基三乙氧基硅烷与质量百分数为75％～95％的乙醇体积比为1:(200～1000)，得到VTES-乙醇溶液，将FeCl3溶解于VTES-乙醇溶液中，得到FeCl
3-VTES-乙醇溶液，将多巴胺包覆处理的连续芳纶纤维束浸渍于FeCl
3-VTES-乙醇溶液中，常温浸渍2h～8h，浸渍后取出，洗涤干燥，得到多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束；
[0014]所述的乙烯基三乙氧基硅烷与FeCl3的质量比为1:(2～5)；所述的乙烯基三乙氧基硅烷与多巴胺包覆处理的连续芳纶纤维束的质量比为1:(5～20)；
[0015]四、制备连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料：
[0016]按质量份数称取50份～60份木粉、30份～50份聚烯烃、4份～10份马来酸酐接枝聚烯烃、0.5份～4份PE蜡及0.5份～4份硬脂酸钠，利用双螺杆挤出机制备木粉/聚烯烃复合材料粒料，取多根多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束，利用分散辊牵引多根多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束与木粉/聚烯烃复合材料粒料同时经过复合模头挤出成型，得到多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维增强的木粉/聚烯烃复合材料；
[0017]所述的多根多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束均匀分布于多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维增强的木粉/聚烯烃复合材料内部；所述的多根多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束占多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维增强的木粉/聚烯烃复合材料质量百分数的1％～5％。
[0018]本专利技术具有如下有益效果：
[0019]本专利技术采用盐酸多巴胺溶液和FeCl
3-VTES(乙烯基三乙氧基硅烷)-乙醇溶液对连续芳纶纤维束进行表面化学处理，进一步提高连续芳纶纤维与木塑熔体间的界面粘接强度，并采用挤出成型的方法制备了改性后连续芳纶纤维束增强的木粉/聚烯烃复合材料。在纤维表面接枝更多的硅烷偶联剂VTES来提高芳纶纤维表面极性，从而提高其与WPCs基质的界面结合强度。
[0020]DPA(多巴胺)/VTES协同处理芳纶纤维，多巴胺通过氧化自聚合形成聚多巴胺并沉积在纤维表面，在纤维表面引入能与硅烷偶联剂VTES反应的活性-OH基团。Fe
3+
是一种具有六个配位点的硬酸，可以与聚(多巴胺)沉积纤维表面的氨基络合反应，剩余的Fe
3+
的配位不饱和位点为聚(多巴胺)沉积的纤维提供了活性位点，并促进了额外的VTES接枝到纤维表面。大量的VTES接枝/络合在纤维表面，从而增强了纤维的极性，提高了其与WPCs基质的界面结合强度，从而导致复合材料各项性能提高。
[0021]本专利技术改性前后纤维的拉伸强度基本保持一致，改性作用仅发生在纤维表面并没有对芳纶纤维的分子链造成破坏。经多巴胺-VTES协同处理后复合材料的界面剪切强度达
到了1.7MPa相比未处理提高139.4％。多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维增强的木粉/聚烯烃复合材料拉伸强度、冲击强度、拉伸模量分别可达到：64.2MPa、28.0kJ/m2、2.30GPa，多巴胺-VTES协同处理的芳纶纤维增强复合材料相比单独处理显示出更小的蠕变应变，由未改性的0.01219％降低到0.00645％。
附图说明
[0022]图1为芳纶纤维表面改性示意图，(a)为对比实验二VTES接枝处理连续芳纶纤维束，(b)为实施例一多巴胺包覆处理连续芳纶纤维束，(c)为实施例一多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维束；
[0023]图2为扫描电镜图，(a)为CAF，(b)为CAFD，(c)为CAFV，(d)为CAFDV；
[0024]图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用表面处理的连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料的方法，其特征在于它按照以下步骤进行：一、预处理：利用溶剂清洗连续芳纶纤维束以去除表面杂质，然后干燥至恒重，得到预处理后的连续芳纶纤维束；二、多巴胺包覆处理连续芳纶纤维束：调节Tris-HCl缓冲溶液的pH至8～9，得到调节pH后的Tris-HCl缓冲溶液，然后将盐酸多巴胺加入到调节pH后的Tris-HCl缓冲溶液中，得到盐酸多巴胺溶液，将预处理后的连续芳纶纤维束浸渍于盐酸多巴胺溶液中，常温浸渍2h～48h，浸渍后取出，洗涤干燥，得到多巴胺包覆处理的连续芳纶纤维束；所述的Tris-HCl缓冲溶液的浓度为0.05mol/L～0.1mol/L；所述的盐酸多巴胺溶液中盐酸多巴胺浓度为1g/L～3g/L；三、多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维束：将乙烯基三乙氧基硅烷与质量百分数为75％～95％的乙醇按体积比为1:(20～60)混合互溶后，在温度为20℃～90℃的条件下水解2h～8h，得到水解后的溶液，向水解后的溶液中继续加入质量百分数为75％～95％的乙醇，直至乙烯基三乙氧基硅烷与质量百分数为75％～95％的乙醇体积比为1:(200～1000)，得到VTES-乙醇溶液，将FeCl3溶解于VTES-乙醇溶液中，得到FeCl
3-VTES-乙醇溶液，将多巴胺包覆处理的连续芳纶纤维束浸渍于FeCl
3-VTES-乙醇溶液中，常温浸渍2h～8h，浸渍后取出，洗涤干燥，得到多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束；所述的乙烯基三乙氧基硅烷与FeCl3的质量比为1:(2～5)；所述的乙烯基三乙氧基硅烷与多巴胺包覆处理的连续芳纶纤维束的质量比为1:(5～20)；四、制备连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料：按质量份数称取50份～60份木粉、30份～50份聚烯烃、4份～10份马来酸酐接枝聚烯烃、0.5份～4份PE蜡及0.5份～4份硬脂酸钠，利用双螺杆挤出机制备木粉/聚烯烃复合材料粒料，取多根多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束，利用分散辊牵引多根多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束与木粉/聚烯烃复合材料粒料同时经过复合模头挤出成型，得到多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维增强的木粉/聚烯烃复合材料；所述的多根多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束均匀分布于多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维增强的木粉/聚烯烃复合材料内部；所述的多根多巴胺-VTES协同处理的连续芳纶纤维束占多巴胺-VTES协同处理连续芳纶纤维增强的木粉/聚烯烃复合材料质量百分数的1％～5％。2.根据权利要求1所述一种利用表面处理的连续芳纶纤维增强木粉/聚烯烃复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的连续芳纶纤维束为1000D连续芳纶纤维束，其中D为线密度单位，指9000m长的纤维束的质量，单...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海刚，栗越，谢延军，刘婉玉，王伟宏，肖泽芳，王永贵，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：