CN101353434A

CN101353434A - 聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN101353434A
Application number: CNA2008102000458A
Authority: CN
Inventors: 程先华; 孙志永; 俞亮; 吴建军
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2009-01-28

Abstract

本发明涉及一种聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，先采用稀土改性剂对聚对苯撑苯并双噁唑纤维进行表面改性处理，然后将处理后的聚对苯撑苯并双噁唑纤维同聚丙烯粉料进行机械共混，控制聚对苯撑苯并双噁唑纤维的质量百分比为混合粉料的10～20％，然后将混合粉料放入平板硫化机模具中热压成型，制成复合材料。其中，稀土改性剂的组分包括稀土化合物、乙醇、乙二胺四乙酸、氯化铵、硝酸和尿素。本发明工艺方法简单，成本低，对环境无污染，采用本发明的工艺方法制成的复合材料具有优良的力学性能。

Description

聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，具体涉及一种采用经过稀土改性剂处理的聚对苯撑苯并双噁唑纤维填充聚丙烯制备复合材料的方法，以求提高复合材料的综合性能。

背景技术

聚丙烯(PP)作为通用塑料，其原料来源丰富、价格便宜、易于成型加工、产品综合性能优良，用途非常广泛。但聚丙烯也存在一些不足，如耐寒性差、低温易脆裂、收缩率大、抗蠕变性差以及容易产生翘曲变形等。与传统工程塑料相比，聚丙烯还存在与其他极性聚合物和无机填料的相容性差等缺陷，从而限制了其应用范围。通过各种物理、化学方法对其进行改性处理，可以使其性能得到改善，扩大应用范围，满足不同的需求。增强复合是对聚丙烯进行改性的十分有效、简便和经济实用的方法。目前用于增强聚丙烯的纤维主要有玻璃纤维、碳纤维以及天然纤维。由于各种纤维性质不同，对于增强聚丙烯的制备工艺和性能的影响也有所不同。

聚对苯撑苯并双噁唑纤维(Poly-p-phenylene benzobisthiasole，简称PBO纤维)不仅具有优良的强度、模量、耐热性和抗燃性，而且具有优异的耐冲击性、耐摩擦性和尺寸稳定性，其性能远优于现有的各种有机与无机纤维。将PBO纤维用于填充聚丙烯，将使聚丙烯获得良好的力学性能和摩擦学性能。但是由于PBO纤维分子链呈刚棒状伸直链结构，其分子规则有序的取向结构在赋予PBO纤维上述优异性能的同时也导致纤维表面非常光滑且活性低，几乎与所有树脂基体都不能很好地浸润，以至于PBO纤维与树脂基体结合的界面粘接性能差，界面剪切强度低，影响了复合材料综合性能的发挥。所以，为了充分发挥纤维的增强效果，必须对纤维表面进行改性处理，使纤维表面粗化，或者增加纤维表面极性官能团数量，提高纤维表面的自由能，从而提高PBO纤维与树脂基体的界面粘接强度。

目前，PBO纤维的表面改性处理方法主要有电晕法、冷等离子体法、辐照法等物理方法以及偶联剂法、化学接枝法等化学方法。现有的PBO纤维表面改性方法存在着处理速度慢，工艺复杂，对纤维损伤大，过程难以控制，效果不稳定等缺点，制约了PBO纤维在复合材料领域的应用，影响了PBO纤维增强树脂基复合材料的性能，难以满足高性能的树脂基复合材料对界面性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，具有工艺简单、低成本和高效率的特点，能很好的改善PBO纤维和聚丙烯基体的界面结合力，从而提高复合材料的综合性能。

为实现上述目的，在本发明的技术方案中，先采用稀土改性剂对PBO纤维进行表面改性处理，再将处理后的PBO纤维同聚丙烯粉料进行机械共混，然后将混合粉料放入不锈钢模具中热压成型，制成复合材料。其中，稀土改性剂的组分包括稀土化合物、乙醇、乙二胺四乙酸、氯化铵、硝酸和尿素。

本发明的复合材料制备方法具体如下：

首先，对PBO纤维采用稀土改性剂处理，将PBO纤维浸入改性剂中，浸泡2～5小时，过滤后烘干。所采用的稀土改性剂的各组分重量百分比为：稀土化合物2～10％，乙醇72～95％，乙二胺四乙酸1～10％，氯化铵1～5％，硝酸0.5～1％，尿素0.5～2％。

然后将处理后的PBO纤维与聚丙烯粉料进行机械共混，控制PBO纤维的质量百分比为混合粉料的10～20％，搅拌均匀后将混合粉料放入平板硫化机模具中，升温至120～140℃，保持30～40分钟，然后控制压力在8～12MPa，再以30℃/小时的速度升温至180～200℃，保温3-6小时，使模压料成型，随后采用随炉降温的方式，降温到80℃，具体降温时间视环境条件而定，在整个降温过程中压力始终保持恒定，当温度降到80℃以下后将压力去掉，将模压成型后的复合材料连同模具一起取出并冷却，获得PBO纤维/聚丙烯复合材料。可以再机械加工成PBO纤维/聚丙烯复合材料试样或零件。

本发明所述的稀土化合物可以为氯化镧、氯化铈、氧化镧或氧化铈。

本发明所述的聚对苯撑苯并双噁唑纤维为长度为3～15mm的短切纤维；所述聚丙烯为均聚聚丙烯。

本发明采用了稀土改性剂处理PBO纤维表面，工艺方法简单，成本低，对环境无污染。采用经过稀土表面处理的PBO纤维填充聚丙烯制成的复合材料，力学性能好，拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性得到显著提高。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。

实施例1：

所用的原材料包括：均聚聚丙烯T30S，齐鲁石油化工公司塑料厂生产；PBO纤维，日本东洋纺公司生产。稀土改性剂各组分重量百分比如下：氯化镧：2％，乙醇：93％，乙二胺四乙酸：2％，氯化铵：1％，硝酸：0.5％，尿素：1.5％。

先对PBO纤维采用上述稀土改性剂处理，将PBO纤维在室温下浸入改性剂中，浸泡2小时，过滤后，烘干。

将处理后的PBO纤维同聚丙烯粉料进行机械共混，PBO纤维的质量百分比为混合粉料的10％，搅拌均匀后将混合粉料放入平板硫化机模具中成型，先将炉温升温至120℃，保持30分钟，对预成型坯料进行预塑，此时压力控制在8MPa，然后再以30℃/小时的速度升温至180℃，保温3小时，使模压料成型，随后采用随炉降温的方式，降温到80℃，在整个降温过程中压力保持恒定，当温度降到80℃以下后将压力去掉，将模压成型后的复合材料连同模具一起取出并冷却，获得PBO纤维/聚丙烯复合材料。

按照上述方法制得的复合材料按照GB1449-83标准测试其弯曲强度，结果为98.4Mpa。

作为对照例，在相同的纤维含量及复合材料制备工艺条件下，未处理的PBO纤维填充聚丙烯复合材料弯曲强度为63.5MPa，经偶联剂处理的PBO纤维填充聚丙烯复合材料弯曲强度为75.8MPa。由此可以看出，本发明的稀土改性剂处理对于PBO纤维/聚丙烯复合材料的弯曲性能提高最为有效。

实施例2：

所用的原材料为：聚丙烯：Q/sh C001-1998，锦州石化公司；PBO纤维，日本东洋纺公司生产。稀土改性剂各组分重量百分比：氯化铈7％；乙醇76％；乙二胺四乙酸(EDTA)9％；氯化铵5％；硝酸1％；尿素2％。

先对PBO纤维采用上述稀土改性剂处理，将PBO纤维在室温下浸入改性剂中，浸泡3小时，过滤后烘干。

将处理后的PBO纤维同聚丙烯粉料进行机械共混，PBO纤维的质量百分比为混合粉料的15％，搅拌均匀后将混合粉料放入平板硫化机模具中成型，先将炉温升温至120℃，保持40分钟，对预成型坯料进行预塑，此时压力控制在10MPa，然后再以30℃/小时的速度升温至180℃，保温5小时，使模压料成型，随后采用随炉降温的方式，降温到80℃，具体降温时间视环境条件而定，在整个降温过程中压力始终保持恒定，当温度降到80℃以下后将压力去掉，将模压成型后的复合材料连同模具一起取出并冷却，获得PBO纤维/聚丙烯复合材料。按照上述方法制备复合材料后加工成V形缺口试样，试样的形状尺寸符合GB/T1043-93规定(I型试样，A型缺口)。

采用Charpy冲击试验机(型号为XJ-40A，吴忠材料试验机厂)，按GB/T1043-93规定进行Charpy冲击实验，得到材料冲击韧性为28.4kJ/m²。作为对照例，在相同的纤维含量及复合材料制备工艺条件下，未处理的复合材料冲击韧性为11.7kJ/m²，经偶联剂处理的复合材料冲击韧性为15.8kJ/m²。可以看出本发明的经稀土改性剂处理的复合材料冲击韧性最好。

实施例3

材料同实施例1，只改变稀土改性剂的配比：氧化镧10％；乙醇82％；乙二胺四乙酸5％；氯化铵2％；硝酸0.5％；尿素0.5％。

先对PBO纤维采用上述稀土改性剂处理，将PBO纤维在室温下浸入改性剂中，浸泡4小时，过滤后烘干。

将处理后的PBO纤维同聚丙烯粉料进行机械共混，PBO纤维的质量百分比为混合粉料的20％，搅拌均匀后将混合粉料放入平板硫化机模具中成型，先将炉温升温至140℃，保持30分钟，保持压力在12MPa，然后再以30℃/小时的速度升温至200℃，保温6小时，使模压料成型，随后采用随炉降温的方式，降温到80℃，在整个降温过程中保持压力恒定，当温度降到80℃以下后去掉压力，将模压成型后的复合材料连同模具一起取出并冷却，获得PBO纤维/聚丙烯复合材料。按照GB1447-83标准测试复合材料拉伸强度为30.6Mpa。作为对照例，在相同的纤维含量及复合材料制备工艺条件下，未处理的13.4MPa，偶联剂处理的20.1Mpa。可以看出本发明的经稀土改性剂处理的复合材料拉伸性能最好。

Claims

1、一种聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于先将聚对苯撑苯并双噁唑纤维浸入稀土改性剂中浸泡2～5小时，过滤后烘干，将处理后的聚对苯撑苯并双噁唑纤维同聚丙烯粉料进行机械共混，控制聚对苯撑苯并双噁唑纤维的质量百分比为混合粉料的10～20％，搅拌均匀后将混合粉料放入平板硫化机模具中，升温至120～140℃，保持30～40分钟，然后控制压力在8～12MPa，再以30℃/小时的速度升温至180～200℃，保温3-6小时，使模压料成型，随后采用随炉降温的方式降温到80℃，在整个降温过程中保持压力恒定，当温度降到80℃以下后将压力去掉，将模压成型后的复合材料连同模具一起取出并冷却，获得聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料；其中，所述稀土改性剂的组分重量百分比为：稀土化合物2～10％，乙醇72～95％，乙二胺四乙酸1～10％，氯化铵1～5％，硝酸0.5～1％，尿素0.5～2％。

2、如权利要求1的聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的稀土化合物为氯化镧、氯化铈、氧化镧或氧化铈。

3、如权利要求1的聚对苯撑苯并双噁唑纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述聚对苯撑苯并双噁唑纤维为长度为3～15mm的短切纤维；所述聚丙烯为均聚聚丙烯。