CN106496981A - 一种聚己内酯/玄武岩纤维复合材料的制备方法 - Google Patents

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吕巧莲
应泽人
张明
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Abstract

一种聚己内酯/玄武岩纤维复合材料的制备方法，涉及增强聚己内酯的技术方法领域，以硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维作为增强剂，采用硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维来填充聚己内酯，在提升材料力学性能的同时，还能控制聚己内酯的成核难易及结晶速率。玄武岩纤维经硅烷偶联剂改性后，与聚己内酯基体的相容性变好，使得与基体的相互作用变强，增强效果优于未改性的玄武岩填充的聚己内酯复合材料。

Description

一种聚己内酯/玄武岩纤维复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚己内酯/玄武岩纤维复合材料的制备技术领域，特别是利用玄武岩纤维增强聚己内酯的技术领域。
背景技术
随着环境保护和经济发展的要求，生物可降解的高分子如聚己内酯、聚乳酸等作为新型的可降解高分子材料日益受到关注。它们具有良好的热塑性、生物相容性、生物可降解性及组织可吸收性，因此不仅在通用塑料领域，在生物医学工程方面如药物控制释放基材、多孔的组织工程支架，包装等方面也具有潜在的应用价值。
聚己内酯是一种良好的生物降解材料，与其他高分子材料相比具有良好的相容性，已被广泛应用于生物医用材料、环境友好材料、生态纤维材料等领域。但单一的聚己内酯在性能上存在一定缺点，如聚己内酯的玻璃化转变温度为-60℃，室温下呈橡胶态，表现为优异的韧性，断裂伸长率高，但它的拉伸强度低。此外聚己内酯材料的生命周期短、半结晶性、熔点低，限制了其更为广泛的应用。
可以通过将聚己内酯与其它聚合物共混或者采用纳米复合技术进行改性，旨在改善聚己内酯材料的性能，控制聚己内酯的结晶性能和降解周期。而聚己内酯的有机-无机填充改性是值得关注的课题，应用各向异性的填料填充改性的方法可以提高聚己内酯材料的力学强度乃至综合性能。
玄武岩纤维是玄武岩石料在1450～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩纤维具有强度高、模量高、耐高温性能佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、压缩强度和剪切强度高、比玻璃纤维吸湿性低6~8倍、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比高，是一种纯天然的无机非金属材料。玄武岩纤维作为一种性能优异的新型材料，已经在许多领域得到广泛关注。
发明内容
本发明目的在于提出一种高性能的聚己内酯/玄武岩纤维复合材料的制备方法。
本发明技术方案是：在70～80℃温度条件下，将聚己内酯和经硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维置于密炼机中熔融共混5～8min，出料，取得聚己内酯/玄武岩纤维复合材料。
本发明以硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维作为增强剂，采用硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维来填充聚己内酯，在提升材料力学性能的同时，还能控制聚己内酯的成核难易及结晶速率。玄武岩纤维经硅烷偶联剂改性后，与聚己内酯基体的相容性变好，使得与基体的相互作用变强，增强效果优于未改性的玄武岩填充的聚己内酯复合材料。
另外，本发明所述聚己内酯和玄武岩纤维的混合质量比为95∶5～80∶20。
对于玄武岩纤维增强的聚己内酯复合材料来说，并非所有组分比下制得的共混物都能满足玄武岩纤维作为聚己内酯增强剂的条件。首先，必须仍以聚己内酯组分为主体，这样才能发挥聚己内酯自身优势；其次，对于玄武岩纤维填充聚己内酯复合体系而言，加入量太少不利于形成纤维网络，达不到增强效果；而玄武岩纤维加入量太大，体系的有效粘度显著增大，阻碍分子链的运动，不利于聚己内酯基体的加工成型。因此，选用混合质量比为95∶5～80∶20，这样才能达到最佳的增强效果，复合材料的力学性能更优异。
附图说明
图1为实施例1、2、3和对比例1、2得到的材料在拉伸过程中的应力-应变曲线。
具体实施方式
下面结合附图及最佳实施方式对本发明作进一步说明，以使公众对发明的内容有整体和充分的了解，而并非对本发明保护范围的限定。前述部分已经充分公开了本发明可以实施的保护范围，因此凡依照本发明公开内容进行的任何领域公知的等同替换，均属于对本发明的侵犯。
本发明的其他优点和效果将在下面的具体实施方式中继续描述。
以下各例中，聚己内酯为数均分子量约40,000～60,000，熔融指数约为7g/10min(160℃/2.16kg)，熔融温度为50～70℃的生物可降解及生物相容的高分子树脂。玄武岩纤维为直径7～15μm，长度2-5mm，弹性模量91～110Gpa，密度2.63～2.65g/cm3的无机非金属材料。
一、实施例1：
玄武岩纤维采用常规的偶联剂改性的方法进行表面处理，简述如下：先将玄武岩纤维浸润在质量浓度为2%的硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌使玄武岩纤维均匀分散，将分散好的混合液于80℃温度下水浴静置4h，抽滤，乙醇洗涤，烘干，取得硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维。实施例2、3中玄武岩改性同此法。
将干燥后的聚己内酯与硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维按95∶5的比例置于密炼机中于温度80℃、转子转速50 r/min下熔融共混5min，制得聚己内酯/玄武岩纤维复合材料。
二、实施例2：
将干燥后的聚己内酯与硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维按90∶10的比例置于密炼机中于温度70℃、转子转速50 r/min下熔融共混8min，制得聚己内酯/玄武岩纤维复合材料。
三、实施例3：
将干燥后的聚己内酯与硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维按80∶20的比例置于密炼机中于温度75℃、转子转速50 r/min下熔融共混6min，制得聚己内酯/玄武岩纤维复合材料。
四、对比例1：
将干燥后的聚己内酯置于密炼机中于温度80℃，转子转速50 r/min下熔融共混6min，制得聚己内酯纯料。
五、对比例2
将干燥后的聚己内酯与玄武岩纤维按95：5的比例置于密炼机中于温度80℃、转子转速50 r/min下熔融共混6min，制得聚己内酯/玄武岩纤维复合材料。
六、分析
图1为实施例1、2、3和对比例1、2对应的五种材料在拉伸过程中的应力-应变曲线。拉伸行为按照ASTM D638测试，拉伸速率为50 mm/min，室温下记录位移随载荷的变化。
下表给出了对比例1、2和实施例1、2、3对应的试样的力学性能指标。
试样 杨氏模量(MPa) 拉伸强度(MPa)
对比例1 385.4±6.5 17.8±1.1
对比例2 530.7±8.2 21.1±1.2
实施例1 742.5±5.8 22.0±0.8
实施例2 740.8±4.5 21.9±0.5
实施例1 750.6±7.3 22.2±0.9
由上表可见：与对比例1对应的纯聚己内酯样相比，实施例1、2、3对应的共混体系的杨氏模量和拉伸强度均呈现显著的上升趋势。且相较于对比例2，在相同的玄武岩纤维填充量下，偶联剂表面改性后的玄武岩纤维与基体界面相容性变好，实施例1对应的复合材料的力学强度和模量明显提升，这也进一步证明了偶联剂改性的玄武岩纤维可以很好的增强聚己内酯，从而得到综合性能更佳的聚己内酯复合材料。

Claims (2)

1.一种聚己内酯/玄武岩纤维复合材料的制备方法，其特征在于在70～80℃温度条件下，将聚己内酯基体树脂和经硅烷偶联剂改性后的玄武岩纤维置于密炼机中熔融共混5～8min，出料，取得聚己内酯/玄武岩纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚己内酯树脂和硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维的混合质量比为95～80:5～20。
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