一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚丙烯技术领域，公开了一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1在氮气保护下，将三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和催化剂混合，升温反应后，得到预聚物；S2向预聚物中加入三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和催化剂，经反应得到羟基超支化聚酯；S3向羟基超支化聚酯中加入改性剂共混，经第一次搅拌反应后，加入聚丙烯树脂，经第二次搅拌反应后加入玄武岩纤维，得到复合材料；同时公开由前述制备方法制得的复合材料。本申请通过降低羟基超支化聚酯的极性，提高非极性材料聚丙烯与羟基超支化聚酯的缠绕度；其中，羟基超支化聚酯未被封端改性的端羟基，与玄武岩纤维中的硅氧键缔结成键，进而提高复合材料的综合力学性能等。综合力学性能等。

【技术实现步骤摘要】
一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚丙烯
，具体地说，涉及一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，制备管道阀门的材料多为聚氯乙烯、聚丙烯、以及玻璃短纤维增强后的聚丙烯等，但，仍存在强度较低、收缩率和线膨胀系数大、耐低温性能差等缺陷，从而极大地限制了管道阀门在恶劣环境下的应用。
[0003]玄武岩纤维是一种性能优异的无机纤维材料，由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成；其中，最主要的作用成分为SiO2，由于SiO2形成的网络型结构，使玄武岩纤维拥有高强和高耐腐蚀能力，因此，常用于增强一些刚性、弯曲强度等力学性能低的材料，如聚丙烯。
[0004]然而，由于聚丙烯为非极性材料，表面能低，进而与无机材料玄武岩纤维的相容性很差，进而导致玄武岩纤维与聚丙烯复合材料存在界面结合性能差、力学性能低等突出问题；
[0005]现有技术中通常添加增容剂提高玄武岩纤维与聚丙烯的界面结合度，如公开号为CN108070140A、CN104761823A、CN110951169A的专利，选用马来酸酐接枝聚丙烯和成核剂作为玄武岩纤维与聚丙烯的界面增容剂；
[0006]再如公开号为CN111690208A的专利，通过采用白油和硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行表面处理，进而改善玄武岩纤维与聚丙烯材料界面结合性能。
[0007]总结发现，通过加入增容剂、偶联剂、润滑剂、成核剂等助剂，可改善玄武岩纤维与聚丙烯的界面结合强度，但制备难度大，且制得的材料综合性能有限，满足不了作为高强度、低收缩率、低线膨胀系数等特性的管道阀门材料。
[0008]针对上述情况，如何高效提高玄武岩纤维与聚丙烯的相容性是当前急需解决的问题。

技术实现思路

[0009]本申请用于解决现有技术存在的玄武岩纤维与聚丙烯的相容性差的技术问题。
[0010]因而，本专利技术的第一目的在于，提供一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，能够提升玄武岩纤维与聚丙烯的相容性和界面结合强度，从而增强复合材料的力学性能，降低其收缩率。
[0011]具体地，一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012]S1在氮气保护下，将三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和催化剂混合，升温反应后，得到预聚物；
[0013]S2向预聚物中加入三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和催化剂，经反应得到羟基超支化聚酯；
[0014]S3向羟基超支化聚酯中加入改性剂共混，经第一次搅拌反应后，加入聚丙烯树脂，经第二次搅拌反应后加入玄武岩纤维，得到复合材料。
[0015]技术机理为:
[0016](1)通过改性剂对羟基超支化聚酯进行封端改性，使羟基超支化聚酯基体接枝多个烷基链，进而降低羟基超支化聚酯的极性，提高非极性聚丙烯树脂与羟基超支化聚酯的缠绕度；再者，随着羟基超支化聚酯枝接的烷基链数量的增加，羟基超支化聚酯基体与聚丙烯树脂缠绕后结晶能力提高，进一步提高了复合材料的综合力学性能；此外，还会进一步增加共聚物的弹性，便于应用于管道阀门等的制备。
[0017](2)羟基超支化聚酯中的活性端基，除了进行封端改性以外，还能够与玄武岩纤维中的主要作用成分SiO2缔结成键，具体而言，羟基超支化聚酯中的
‑
OH与SiO2中的Si
‑
O键作用，形成氢键，进一步加热形成稳定的Si
‑
O
‑
Si键，从而降低采用所制得的材料制备成型产品的收缩率。
[0018](3)结合(1)和(2)，以羟基超支化聚酯作为相容剂，通过缔结成键和改性后分子链缠绕的方式，提高玄武岩纤维与聚丙烯树脂的相容性，提高制得复合材料的力学性能和降低采用复合材料制得成型产品的收缩率。
[0019]本专利技术的第二目的在于，提供一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料，具备综合性力学性能，且制得成型产品的收缩率低。
[0020]本申请的有益效果表现在:
[0021]本申请先将制得的羟基超支化聚酯进行部分改性，降低羟基超支化聚酯的极性，进而提高非极性材料聚丙烯与羟基超支化聚酯的缠绕度；其中，羟基超支化聚酯其余未被封端改性的端羟基，与玄武岩纤维中的硅氧键缔结成键并进一步加热形成稳定的Si
‑
O
‑
Si键，从而提高玄武岩纤维与聚丙烯的相容性，进而提高复合材料的综合力学性能、降低复合材料制得成型产品的收缩率。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0023]第一，本专利技术提供了一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0024]S1在氮气保护下，将三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和催化剂混合，升温反应后，得到预聚物；
[0025]S2向预聚物中加入三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和催化剂，经反应得到羟基超支化聚酯；
[0026]S3向羟基超支化聚酯中加入改性剂共混，经第一次搅拌反应后，加入聚丙烯树脂，经第二次搅拌反应后加入玄武岩纤维，得到复合材料。
[0027]本专利技术中，所述催化剂为对甲苯磺酸、甲磺酸中的至少一种。
[0028]本专利技术中，所述改性剂为十二酸、十四酸、以及十六酸中的至少一种。
[0029]本专利技术中，步骤S1中，反应温度为130℃～150℃，反应时间为5h～6h。
[0030]本专利技术中，步骤S1中，三羟甲基丙烷与步骤S2中三羟甲基丙烷的重量比为1～1.2:1.5～5。
[0031]本专利技术中，步骤S1中二羟甲基丙酸与步骤S2中二羟甲基丙酸的重量比为1.5～2.2:4.5～8；步骤S1中，催化剂与步骤S2中催化剂的重量比为0.12～0.18:0.17～0.20。
[0032]本专利技术中，步骤S2中，反应温度为140℃～150℃，反应时间为6h～10h。
[0033]本专利技术中，步骤S3中，羟基超支化聚酯与改性剂的重量比为3.5～6:1.5～3。
[0034]本专利技术中，各组分按重量份数计，玄武岩纤维15份～30份、聚丙烯树脂70份～85份、三羟甲基丙烷1份～2.5份、二羟甲基丙酸2.5份～8份、催化剂0.1份～0.4份、以及改性剂0.15份～0.45份。
[0035]第二，本专利技术提供了由上述制备方法得到的玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料。
[0036]<实施例>
[0037]实施例1
[0038](1)制备端羟基超支化聚酯：
[0039]按重量份计，第一阶段，将1.3份的三羟甲基丙烷与2.5份的二羟甲基丙酸共混，再加入0.12份的对甲苯磺酸作为催化剂，在氮气保护下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:S1在氮气保护下，将三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和催化剂混合，升温反应后，得到预聚物；S2向预聚物中加入三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和催化剂，经反应得到羟基超支化聚酯；S3向羟基超支化聚酯中加入改性剂共混，经第一次搅拌反应后，加入聚丙烯树脂，经第二次搅拌反应后加入玄武岩纤维，得到复合材料。2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为对甲苯磺酸、甲磺酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性剂为十二酸、十四酸、以及十六酸中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，反应温度为130℃～150℃，反应时间为5h～6h。5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，三羟甲基丙烷与步骤S2中三羟甲基丙烷的重量比为1～1.2:1.5～5。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥福，舒秀均，刘毅烽，潘宜清，章金燕，罗胜军，方胥岩，吴华，
申请(专利权)人：四川合联玄武岩纤维科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：