CN112679844A - 一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，其中包括聚丙烯、改性碳纤维、羟基磷灰石、耐磨剂、碳酸钠、改性填料等组分，本申请加入了改性碳纤维，制备时先通过电泳沉积，在碳纤维表面沉积氧化石墨烯，制备得到预处理碳纤维，由于氧化石墨烯的存在，碳纤维表面的粗糙度大大提高，其与聚丙烯基体之间的接触面积大大增加，且氧化石墨烯表面含有大量活性基团，可与聚丙烯之间存在氢键、化学交联，进一步改善了预处理碳纤维与聚丙烯之间的界面性能，从而提高复合材料的力学性能。本申请工艺设计合理，组分配比适宜，制备得到的聚丙烯具有较高的强度和耐磨性，力学性能优异，可应用于多个领域，实用性较高。

Description

一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料技术领域，具体为一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯，又叫PP，这是一种无色、无臭、无毒、半透明固体物质，也是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料，其具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，可应用于多个领域。
现如今市面上的聚丙烯材料大多具有优异的力学性能，但在实际应用时我们发现在一些对强度要求较高的环境中，聚丙烯的强度依旧无法满足我们的需求，且其耐磨性能较差，实际应用带来不便。
针对该情况，我们公开了一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种高强度耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯复合材料各组分原料包括：以重量计，聚丙烯90-100份、改性碳纤维10-15份、羟基磷灰石5-8份、抗氧剂0.5-1份、增塑剂2-3份、润滑剂2-3份、光稳定剂3-4份、耐磨剂5-7份、碳酸钠10-12份、改性填料10-15份。
较优化的方案，所述改性碳纤维由预处理碳纤维表面硅烷偶联剂改性处理制得；所述预处理碳纤维为表面沉积氧化石墨烯的碳纤维。
较优化的方案，所述改性填料为羧基化碳化硅和玻璃纤维，所述羧基化碳化硅和玻璃纤维的质量比为1：1。
较优化的方案，所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为对苯二胺。
较优化的方案，所述光稳定剂为羟基二苯甲酮、羟基苯并三唑中的任意一种。
较优化的方案，所述耐磨剂为六硼化钙纳米线。
较优化的方案，一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散，真空干燥，氩气环境下真空烧结，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸钙溶液，混合搅拌，加入异丙醇溶液，超声分散，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，取出碳纤维，去离子水超声清洗，干燥，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌，超声分散，加入硅烷偶联剂，超声分散，65-75℃水浴下反应，洗涤干燥，得到改性碳纤维；
(4)取碳化硅粉末，置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，再置于冰水浴中，氮气环境下加入2-溴异丁酰溴，升温至60-65℃，搅拌反应，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到物料A；
取物料A、溴化亚铜和甲基丙烯酸缩水甘油酯，密闭环境下振荡反应，反应温度为30-35℃，反应后置于60-65℃水浴下，静置，离心过滤，洗涤干燥，得到物料B；
取物料B、溴化亚铜、丙烯酸甲酯和五甲基二乙烯三胺，密闭环境下振荡反应，反应温度为30-35℃，静置，离心过滤，洗涤干燥，再置于氢氧化钠溶液中浸泡20-22h，得到羧基化碳化硅；
(5)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌，再加入羧基化碳化硅、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
较优化的方案，包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散1-2h，70-80℃下真空干燥，氩气环境下真空烧结，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸钙溶液，混合搅拌10-20min，加入异丙醇溶液，超声分散1-2h，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，沉积电压为120-160V，沉积时间为1-2min，取出碳纤维，去离子水超声清洗5-10min，干燥20-24h，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌10-20min，超声分散30-40min，加入硅烷偶联剂，超声分散20-30min，65-75℃水浴下反应5-6h，洗涤干燥，得到改性碳纤维；
(4)取碳化硅粉末，置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，再置于冰水浴中，氮气环境下加入2-溴异丁酰溴，升温至60-65℃，搅拌反应18-20h，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到物料A；
取物料A、溴化亚铜和甲基丙烯酸缩水甘油酯，密闭环境下振荡反应1-1.2h，反应温度为30-35℃，反应后置于60-65℃水浴下，静置20-24h，离心过滤，洗涤干燥，得到物料B；
取物料B、溴化亚铜、丙烯酸甲酯和五甲基二乙烯三胺，密闭环境下振荡反应1-1.5h，反应温度为30-35℃，静置20-24h，离心过滤，洗涤干燥，再置于氢氧化钠溶液中浸泡20-22h，得到羧基化碳化硅；
(5)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌10-20min，再加入羧基化碳化硅、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应20-30min，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
较优化的方案，步骤(3)中，硅烷偶联剂为KH550。
较优化的方案，步骤(2)中，烧结温度为1400-1500℃，烧结时间为2.5-3h。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本申请公开了一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，其中包括聚丙烯、改性碳纤维、羟基磷灰石、耐磨剂、碳酸钠、改性填料等组分，本申请加入了改性碳纤维，制备时先通过电泳沉积，在碳纤维表面沉积氧化石墨烯，制备得到预处理碳纤维，在预处理纤维制备时，电泳沉积过程中加入了硝酸钙溶液，氧化石墨烯纳米粒子吸附钙离子而带正电，在电场作用下，氧化石墨烯通过电荷吸附作用沉积至碳纤维表面形成包裹层，由于氧化石墨烯的存在，碳纤维表面的粗糙度大大提高，其与聚丙烯基体之间的接触面积大大增加，且氧化石墨烯表面含有大量活性基团，可与聚丙烯之间存在氢键、化学交联，进一步改善了预处理碳纤维与聚丙烯之间的界面性能，从而提高复合材料的力学性能。
接着本申请对预处理碳纤维进行表面硅烷偶联剂改进，硅烷偶联剂选择为KH550，KH550为氨基官能团硅烷，通过硅烷偶联剂改性预处理碳纤维，以引入氨基，氨基的存在不仅能够进一步提高预处理碳纤维与聚丙烯之间的交联，同时由于改性填料中含有大量的羧基，改性填料与碳纤维之间也存在交联，从而在聚丙烯树脂基体中相互缠结交联，以进一步提高复合材料的强度。
本申请引入了改性填料，改性填料包括羧基化碳化硅和玻璃纤维，碳化硅、玻璃纤维均具有较优异的力学性能，将其作为填料引入聚丙烯基体中，能够有效提高复合材料的强度；同时在制备时，本申请对碳化硅进行表面羧基化改性，利用2-溴异丁酰溴作为引发剂，其羰基上的溴元素与碳化硅表面羟基反应生成酯，从而在碳化硅中引入溴元素，接着利用ATRP反应在碳化硅表面引发丙烯酸甲酯聚合反应，氢氧化钠溶液中水解后生成丙烯酸，从而引入羧基；羧基的存在可有效提高碳化硅填料与聚丙烯基体、氧化石墨烯之间的交联，协同作用以提高复合材料力学性能。
但在该过程中，由于碳化硅表面羟基与2-溴异丁酰溴反应生成的酯在后续氢氧化钠溶液浸泡时同样会被水解，从而影响羧基的接枝情况，为解决该问题，本申请引入了甲基丙烯酸缩水甘油酯，先使其在碳化硅表面聚合并形成保护层，将碳化硅表面羟基与2-溴异丁酰溴反应生成的酯保护起来，再进行后续羧基化反应，避免羧基脱落。
在聚丙烯复合材料制备过程中，本申请还引入了羟基磷灰石，羟基磷灰石的存在既可作为填料进行补强，也可与改性碳纤维、改性填料之间通过氢键、化学交联，以提高基体交联密度和强度；同时，在后续制备过程中，由于羟基磷灰石可释放钙离子，氧化石墨烯表面同样吸附有钙离子，钙离子可与碳酸根离子反应生成无定型的碳酸钙，而碳化硅表面羧基也可与碳酸根离子反应，使得碳化硅、氧化石墨烯、羟基磷灰石之间通过碳酸钙物理交联，以进一步提高聚丙烯复合材料的力学性能。
本申请中耐磨剂选择为六硼化钙纳米线，六硼化钙具有低密度、高熔点、高硬度、高化学稳定性等优异的性质，在聚丙烯材料中引入六硼化钙作为耐磨剂，可有效提高聚丙烯复合材料的耐磨性能和强度。同时六硼化钙纳米线结构也可与碳纤维、玻璃纤维相互交联缠绕，提高基体交联强度。
本申请公开了一种高强度耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，工艺设计合理，组分配比适宜，制备得到的聚丙烯具有较高的强度和耐磨性，力学性能优异，可应用于多个领域，实用性较高。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散1h，70℃下真空干燥，氩气环境下真空烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为3h，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸钙溶液，混合搅拌10min，加入异丙醇溶液，超声分散1h，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，沉积电压为120V，沉积时间为1min，取出碳纤维，去离子水超声清洗5min，干燥20h，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌10min，超声分散30min，加入硅烷偶联剂，超声分散20min，65℃水浴下反应6h，洗涤干燥，得到改性碳纤维；其中硅烷偶联剂为KH550；
(4)取碳化硅粉末，置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，再置于冰水浴中，氮气环境下加入2-溴异丁酰溴，升温至60℃，搅拌反应20h，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到物料A；
取物料A、溴化亚铜和甲基丙烯酸缩水甘油酯，密闭环境下振荡反应1h，反应温度为35℃，反应后置于60℃水浴下，静置20h，离心过滤，洗涤干燥，得到物料B；
取物料B、溴化亚铜、丙烯酸甲酯和五甲基二乙烯三胺，密闭环境下振荡反应1h，反应温度为30℃，静置24h，离心过滤，洗涤干燥，再置于氢氧化钠溶液中浸泡20h，
得到羧基化碳化硅；
(5)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌10min，再加入羧基化碳化硅、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应20min，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
本实施例中，所述聚丙烯复合材料各组分原料包括：以重量计，聚丙烯90份、改性碳纤维10份、羟基磷灰石5份、抗氧剂0.5份、增塑剂2份、润滑剂2份、光稳定剂3份、耐磨剂5份、碳酸钠10份、改性填料10份。
所述改性填料为羧基化碳化硅和玻璃纤维，所述羧基化碳化硅和玻璃纤维的质量比为1：1。所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为对苯二胺。所述光稳定剂为羟基二苯甲酮。所述耐磨剂为六硼化钙纳米线。
实施例2：
一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散1.5h，75℃下真空干燥，氩气环境下真空烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为2.8h，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸钙溶液，混合搅拌15min，加入异丙醇溶液，超声分散1.5h，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，沉积电压为145V，沉积时间为1.5min，取出碳纤维，去离子水超声清洗8min，干燥22h，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌15min，超声分散35min，加入硅烷偶联剂，超声分散25min，70℃水浴下反应5.5h，洗涤干燥，得到改性碳纤维；其中硅烷偶联剂为KH550；
(4)取碳化硅粉末，置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，再置于冰水浴中，氮气环境下加入2-溴异丁酰溴，升温至63℃，搅拌反应19h，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到物料A；
取物料A、溴化亚铜和甲基丙烯酸缩水甘油酯，密闭环境下振荡反应1.1h，反应温度为32℃，反应后置于63℃水浴下，静置22h，离心过滤，洗涤干燥，得到物料B；
取物料B、溴化亚铜、丙烯酸甲酯和五甲基二乙烯三胺，密闭环境下振荡反应1.3h，反应温度为32℃，静置22h，离心过滤，洗涤干燥，再置于氢氧化钠溶液中浸泡21h，得到羧基化碳化硅；
(5)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌15min，再加入羧基化碳化硅、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应25min，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
本实施例中，所述聚丙烯复合材料各组分原料包括：以重量计，聚丙烯95份、改性碳纤维12份、羟基磷灰石6份、抗氧剂0.8份、增塑剂2.5份、润滑剂2.5份、光稳定剂3.5份、耐磨剂6份、碳酸钠11份、改性填料13份。
所述改性填料为羧基化碳化硅和玻璃纤维，所述羧基化碳化硅和玻璃纤维的质量比为1：1。所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为对苯二胺。所述光稳定剂为羟基苯并三唑。所述耐磨剂为六硼化钙纳米线。
实施例3：
一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散2h，80℃下真空干燥，氩气环境下真空烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为2.5h，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸钙溶液，混合搅拌20min，加入异丙醇溶液，超声分散2h，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，沉积电压为160V，沉积时间为1min，取出碳纤维，去离子水超声清洗10min，干燥20h，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌20min，超声分散40min，加入硅烷偶联剂，超声分散30min，65℃水浴下反应6h，洗涤干燥，得到改性碳纤维；其中硅烷偶联剂为KH550；
(4)取碳化硅粉末，置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，再置于冰水浴中，氮气环境下加入2-溴异丁酰溴，升温至65℃，搅拌反应18h，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到物料A；
取物料A、溴化亚铜和甲基丙烯酸缩水甘油酯，密闭环境下振荡反应1.2h，反应温度为35℃，反应后置于65℃水浴下，静置24h，离心过滤，洗涤干燥，得到物料B；
取物料B、溴化亚铜、丙烯酸甲酯和五甲基二乙烯三胺，密闭环境下振荡反应1.5h，反应温度为30℃，静置24h，离心过滤，洗涤干燥，再置于氢氧化钠溶液中浸泡22h，得到羧基化碳化硅；
(5)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌20min，再加入羧基化碳化硅、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应30min，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
本实施例中，所述聚丙烯复合材料各组分原料包括：以重量计，聚丙烯100份、改性碳纤维15份、羟基磷灰石8份、抗氧剂1份、增塑剂3份、润滑剂3份、光稳定剂4份、耐磨剂7份、碳酸钠12份、改性填料15份。
所述改性填料为羧基化碳化硅和玻璃纤维，所述羧基化碳化硅和玻璃纤维的质量比为1：1。所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为对苯二胺。所述光稳定剂为羟基苯并三唑。所述耐磨剂为六硼化钙纳米线。
对比例1：对比例1在实施例2的基础上进行改进，对比例1中并没有加入耐磨剂，其他工艺参数和组分含量与实施例2一致。
对比例2：对比例2在实施例2的基础上进行改进，对比例2中并没有加入碳酸钠，其他工艺参数和组分含量与实施例2一致。
对比例3：对比例3在实施例2的基础上进行改进，对比例3中并没有加入碳酸钠和羟基磷灰石，其他工艺参数和组分含量与实施例2一致。
对比例4：对比例4在实施例2的基础上进行改进，对比例4中加入碳化硅粉末，其他工艺参数和组分含量与实施例2一致。
一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散1.5h，75℃下真空干燥，氩气环境下真空烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为2.8h，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸钙溶液，混合搅拌15min，加入异丙醇溶液，超声分散1.5h，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，沉积电压为145V，沉积时间为1.5min，取出碳纤维，去离子水超声清洗8min，干燥22h，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌15min，超声分散35min，加入硅烷偶联剂，超声分散25min，70℃水浴下反应5.5h，洗涤干燥，得到改性碳纤维；其中硅烷偶联剂为KH550；
(4)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌15min，再加入碳化硅粉末、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应25min，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
本实施例中，所述聚丙烯复合材料各组分原料包括：以重量计，聚丙烯95份、改性碳纤维12份、羟基磷灰石6份、抗氧剂0.8份、增塑剂2.5份、润滑剂2.5份、光稳定剂3.5份、耐磨剂6份、碳酸钠11份、改性填料13份。
所述改性填料为碳化硅粉末和玻璃纤维，所述碳化硅粉末和玻璃纤维的质量比为
1：1。所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为对苯二胺。所述光稳定剂为羟基苯并三唑。所述耐磨剂为六硼化钙纳米线。
对比例5：对比例5在实施例2的基础上进行改进，对比例5中加入硝酸镁溶液，其他工艺参数和组分含量与实施例2一致。
一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散1.5h，75℃下真空干燥，氩气环境下真空烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为2.8h，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸镁溶液，混合搅拌15min，加入异丙醇溶液，超声分散1.5h，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，沉积电压为145V，沉积时间为1.5min，取出碳纤维，去离子水超声清洗8min，干燥22h，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌15min，超声分散35min，加入硅烷偶联剂，超声分散25min，70℃水浴下反应5.5h，洗涤干燥，得到改性碳纤维；其中硅烷偶联剂为KH550；
(4)取碳化硅粉末，置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，再置于冰水浴中，氮气环境下加入2-溴异丁酰溴，升温至63℃，搅拌反应19h，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到物料A；
取物料A、溴化亚铜和甲基丙烯酸缩水甘油酯，密闭环境下振荡反应1.1h，反应温度为32℃，反应后置于63℃水浴下，静置22h，离心过滤，洗涤干燥，得到物料B；
取物料B、溴化亚铜、丙烯酸甲酯和五甲基二乙烯三胺，密闭环境下振荡反应1.3h，反应温度为32℃，静置22h，离心过滤，洗涤干燥，再置于氢氧化钠溶液中浸泡21h，得到羧基化碳化硅；
(5)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌15min，再加入羧基化碳化硅、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应25min，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
本实施例中，所述聚丙烯复合材料各组分原料包括：以重量计，聚丙烯95份、改性碳纤维12份、羟基磷灰石6份、抗氧剂0.8份、增塑剂2.5份、润滑剂2.5份、光稳定剂3.5份、耐磨剂6份、碳酸钠11份、改性填料13份。
所述改性填料为羧基化碳化硅和玻璃纤维，所述羧基化碳化硅和玻璃纤维的质量比为1：1。所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为对苯二胺。所述光稳定剂为羟基苯并三唑。所述耐磨剂为六硼化钙纳米线。
检测试验：
1、取实施例1-3、对比例1-5制备的聚丙烯加工成板材，分别依据GB/T 1040-1992《塑料拉伸性能试验方法》检测其拉伸强度和断裂伸长率。
2、耐磨性能：成型尺寸150×100×3.2mm的样板，参照测试方法SAE J948：2003，测试时负载500g/轮，350转后观察材料表面磨损情况。
具体检测数据如下所示：
Figure BDA0002837439990000111
Figure BDA0002837439990000121
结论：本申请工艺设计合理，组分配比适宜，制备得到的聚丙烯具有较高的强度和耐磨性，力学性能优异，可应用于多个领域，实用性较高。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯复合材料各组分原料包括：以重量计，聚丙烯90-100份、改性碳纤维10-15份、羟基磷灰石5-8份、抗氧剂0.5-1份、增塑剂2-3份、润滑剂2-3份、光稳定剂3-4份、耐磨剂5-7份、碳酸钠10-12份、改性填料10-15份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述改性碳纤维由预处理碳纤维表面硅烷偶联剂改性处理制得；所述预处理碳纤维为表面沉积氧化石墨烯的碳纤维。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述改性填料为羧基化碳化硅和玻璃纤维，所述羧基化碳化硅和玻璃纤维的质量比为1：1。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为对苯二胺。
5.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述光稳定剂为羟基二苯甲酮、羟基苯并三唑中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述耐磨剂为六硼化钙纳米线。
7.一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散，真空干燥，氩气环境下真空烧结，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸钙溶液，混合搅拌，加入异丙醇溶液，超声分散，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，取出碳纤维，去离子水超声清洗，干燥，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌，超声分散，加入硅烷偶联剂，超声分散，65-75℃水浴下反应，洗涤干燥，得到改性碳纤维；
(4)取碳化硅粉末，置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，再置于冰水浴中，氮气环境下加入2-溴异丁酰溴，升温至60-65℃，搅拌反应，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到物料A；
取物料A、溴化亚铜和甲基丙烯酸缩水甘油酯，密闭环境下振荡反应，反应温度为30-35℃，反应后置于60-65℃水浴下，静置，离心过滤，洗涤干燥，得到物料B；
取物料B、溴化亚铜、丙烯酸甲酯和五甲基二乙烯三胺，密闭环境下振荡反应，反应温度为30-35℃，静置，离心过滤，洗涤干燥，再置于氢氧化钠溶液中浸泡20-22h，得到羧基化碳化硅；
(5)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌，再加入羧基化碳化硅、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
8.根据权利要求7所述的一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)准备物料；
(2)取碳粉、二氧化硅混合，加入乙醇溶液溶解，超声分散1-2h，70-80℃下真空干燥，氩气环境下真空烧结，随炉冷却，研磨粉碎，过50目筛，得到碳化硅粉末；
(3)取氧化石墨烯和硝酸钙溶液，混合搅拌10-20min，加入异丙醇溶液，超声分散1-2h，得到电解液；
以碳纤维为负极，铜片为正极，置于电解液中进行电泳沉积，沉积电压为120-160V，沉积时间为1-2min，取出碳纤维，去离子水超声清洗5-10min，干燥20-24h，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纤维和无水乙醇，混合搅拌10-20min，超声分散30-40min，加入硅烷偶联剂，超声分散20-30min，65-75℃水浴下反应5-6h，洗涤干燥，得到改性碳纤维；
(4)取碳化硅粉末，置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，再置于冰水浴中，氮气环境下加入2-溴异丁酰溴，升温至60-65℃，搅拌反应18-20h，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到物料A；
取物料A、溴化亚铜和甲基丙烯酸缩水甘油酯，密闭环境下振荡反应1-1.2h，反应温度为30-35℃，反应后置于60-65℃水浴下，静置20-24h，离心过滤，洗涤干燥，得到物料B；
取物料B、溴化亚铜、丙烯酸甲酯和五甲基二乙烯三胺，密闭环境下振荡反应1-1.5h，反应温度为30-35℃，静置20-24h，离心过滤，洗涤干燥，再置于氢氧化钠溶液中浸泡20-22h，得到羧基化碳化硅；
(5)取聚丙烯、改性碳纤维和羟基磷灰石，去离子水溶解，混合搅拌10-20min，再加入羧基化碳化硅、玻璃纤维和碳酸钠溶液，搅拌反应20-30min，加入抗氧剂、增塑剂、光稳定剂、润滑剂和耐磨剂，混合均匀后干燥，再置于双螺杆挤出机中，熔融混炼，挤出成型，得到成品。
9.根据权利要求8所述的一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，硅烷偶联剂为KH550。
10.根据权利要求8所述的一种高强度耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，烧结温度为1400-1500℃，烧结时间为2.5-3h。
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