CN113402740A - 一种聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，所述诱导方法包括将竹纤维进行纳米二氧化钛改性的步骤，优选地，通过纳米二氧化钛悬浮液浸润竹纤维进行所述纳米二氧化钛改性，所述纳米二氧化钛悬浮液包括纳米二氧化钛、KH‑570硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水，其中纳米二氧化钛与KH‑570硅烷偶联剂的摩尔比为1:1。本发明通过高效分散的纳米二氧化钛对竹纤维进行改性，提高聚丙烯分子链在纤维束表面的异相成核效率，可诱导形成界面横晶结构，从而提高了亲水性竹纤维与疏水性聚丙烯之间的界面相容性，对竹纤维增强热塑性聚合物复合材料的利用具有重要意义。

Description

一种聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法。
背景技术
植物纤维增强热塑高分子复合材料具有易成型、加工能耗低、可回收利用、对环境相对友好等优势，是复合材料领域的长期研究热点。该材料制得的产品可广泛用于园林建筑、汽车内装饰、包装材料、室内装修材料等。竹纤维有“植物玻璃纤维”的美誉，是竹子的承载结构单元，力学强度极为优异，具有制备高性能纤维增强复合材料的巨大潜力。过去20多年来，竹纤维增强热塑性高分子复合材料(简称竹塑复合材料)研究已经在国际范围内广泛开展。然而，深入分析表明，现有技术制备的竹塑复合材料相对木塑复合材料的抗弯性能优势不明显。这主要是因为亲水的竹纤维与疏水的热塑高分子之间的界面相容性很差，导致应力传递效率低，无法充分发挥竹纤维的强度优势，从而阻碍其工程应用。
目前，研究者们提出以下方法增强竹纤维与聚丙烯的界面相容性。其一，对竹纤维进行表面处理使其与塑料基体的表面性能相匹配，从而实现界面增强。中国专利CN108677521A提出一种碱处理竹纤维的方法来提高竹纤维与聚丙烯的界面相容性；中国专利CN103866570A提出一种三聚氰胺甲醛树脂表面处理剂和多聚磷酸铵复配的表面改性剂，通过喷施法附着于竹纤维表面，可以提高竹纤维与聚丙烯的界面相容性。其二，通过对塑料基体进行化学处理来提高竹塑复合材料的界面结合性能(Abdul Khalila H P S,Bhata IU H,Jawaidb M,Zaidonc A,Hermawand D,Hadi Y S.Bamboo fibre reinforcedbiocomposites：A review.Materials&Design,2012,42:353-368.)。其三，加入偶联剂或相容剂提高竹塑复合材料的界面相容性。中国专利CN110105781A提出在竹粉与聚乙烯复合体系中加入聚丙烯酰基多巴胺可以改善复合材料的界面结合强度。
但是，上述方法或多或少存在如下问题：工艺复杂；增加生产成本；带来潜在的环境问题。因此，学术界和工业界一直在努力寻找一种成本可行，更加绿色、环保的界面增强新方法。
发明内容
本发明提供一种聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，该方法为一种绿色环保的界面增强技术，有效解决了竹纤维与热塑高分子之间界面相容性差，应力传递效率低，无法充分发挥竹纤维的强度优势等问题。
本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，包括将竹纤维进行纳米二氧化钛改性的步骤。
横晶层是指聚丙烯等半晶热塑高分子与纤维形成复合材料时，在纤维表面通过异相成核生长形成的特殊结晶薄层，其厚度一般为几十到上百个微米。本发明研究发现，相较于传统的对竹纤维进行碱改性、表面改性剂改性或对塑料基体进行化学处理等，通过诱导半晶热塑高分子在天然纤维表面形成横晶层来改善复合材料界面结合性能更绿色环保。
横晶层的生长与等温结晶工艺、成型方式有关，还与纤维和半晶热塑高分子的种类、表面物理和化学特性密切相关，想要形成横晶层并非易事，通常需要一定的诱导。但目前的诱导方法都存在一些问题，例如诱导横晶层生长的效率较低、生产成本较高，而且带来潜在的环境污染问题。
本发明研究发现，采用纳米二氧化钛对竹纤维进行改性，其中竹纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，结晶度40-50％，表面形态较为复杂，可以实现纳米二氧化钛粒子、竹纤维以及聚丙烯球晶的晶格匹配程度有利于竹塑复合材料界面横晶层的高效生长，其中纳米二氧化钛粒子利用附生效应理论的晶格几何尺寸匹配机制，可在较短时间内构筑结构致密的界面横晶层，同时纳米二氧化钛具有良好的光屏蔽效应，可以赋予复合材料较高的抗老化性能，从而提高复合材料的附加值。
优选地，通过纳米二氧化钛悬浮液浸润竹纤维进行所述纳米二氧化钛改性，所述纳米二氧化钛悬浮液包括纳米二氧化钛、KH-570硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水，其中纳米二氧化钛与KH-570硅烷偶联剂的摩尔比为1:1。
本发明纳米二氧化钛悬浮液的配制很关键，其直接影响着竹纤维改性效果，进而关系着横晶结构的生长。本发明经过大量实验发现，采用纳米二氧化钛、KH-570硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水进行配制，并将纳米二氧化钛与KH-570硅烷偶联剂的摩尔比控制为1:1，有利于形成长时间稳定不分层的纳米二氧化钛悬浮液。
优选地，所述竹纤维获得方法包括：将竹材预先处理为所需尺寸的竹切片后，沿竹纤维与薄壁细胞的边界将薄壁细胞切除。更优选地，分离所得竹纤维需在显微镜下进一步剥离表面残留的薄壁细胞。
优选地，所述竹材为毛竹。
优选地，所述竹纤维的长度为0.5～1.5cm，宽度为40～300μm，厚度为25～120μm。其中，竹纤维的厚度需要严格控制，竹纤维厚度过大，不利于形成横晶结构；竹纤维厚度过小，则其对复合材料的力学性能增强作用不显著。此时，竹纤维也可称之为竹纤维束。
优选地，所述纳米二氧化钛为20～40nm的锐钛矿纳米二氧化钛，由于其表面能高并具有大量羟基，在有机介质中易发生团聚而难以得到有效的分散，因此需利用KH-570硅烷偶联剂对纳米二氧化钛改性，提高其分散性。
优选地，所述纳米二氧化钛悬浮液的制备方法包括：将所述纳米二氧化钛通过高频超声分散于无水乙醇中，KH-570硅烷偶联剂分散于去离子水中，将前述两个分散体系混合后75～85℃水浴加热搅拌1～2h，冷却后再进行高频超声处理。
纳米二氧化钛悬浮液的制备方法也较为关键，若直接将各组分混合搅拌或超声分散，所得悬浮液分散不均匀，且悬浮液不稳定，短时间内快速出现分层现象，影响竹纤维改性效果。
其中，所述高频超声可通过细胞破碎仪实现，超声时间为20min，超声功率为250～300W，超声工作模式为工作2s-间歇4s，优选在冰水浴条件下进行，防止超声发热升温。
优选地，所述纳米二氧化钛悬浮液中纳米二氧化钛的浓度为0.035～0.063mol/L。
上述技术方案中，纳米二氧化钛浓度过低时，竹纤维表面附着量过少，不能诱导聚丙烯在竹纤维表面形成横晶层结构；浓度过高时，纳米二氧化钛悬浮液不稳定，即使利用硅烷偶联剂进行改性，短时间内也会发生团聚现象，同时，附着在竹纤维表面的纳米二氧化钛会剥落。大颗粒的纳米二氧化钛也不能诱导聚丙烯在竹纤维表面形成横晶层结构。
在本发明的优选实施方式中，所述纳米二氧化钛悬浮液中溶质与溶剂质量比为纳米二氧化钛：无水乙醇：去离子水＝0.5:100:50或0.7:100:50或0.9:100:50。
在本发明的优选实施方式中，将占所述纳米二氧化钛悬浮液的质量分数为3～5％的竹纤维加入所述纳米二氧化钛悬浮液中，搅拌1～2h，取出后在60℃下烘干，得到纳米二氧化钛改性竹纤维。
在本发明一个优选实施方式中，所述聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法包括以下步骤：
步骤(1)竹纤维束分离：将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用石蜡切片机制取纵切片，在显微镜下沿竹纤维与薄壁细胞的边界将薄壁细胞切除，得到所需纤维束；
步骤(2)纳米二氧化钛悬浮液配制：将纳米二氧化钛通过高频超声分散于无水乙醇中，KH-570硅烷偶联剂分散于去离子水中，两者混合后80℃水浴加热搅拌1h，冷却后再进行高频超声处理；其中纳米二氧化钛与KH-570硅烷偶联剂摩尔比为1:1，所述纳米二氧化钛悬浮液中纳米二氧化钛的浓度为0.035～0.063mol/L；
步骤(3)竹纤维改性：将步骤(1)中得到的纤维束放入步骤(2)所得的纳米二氧化钛悬浮液中，纤维束占纳米二氧化钛悬浮液的4％，常温搅拌1h，取出后在60℃条件下烘干。
本发明还提供上述诱导方法在制备聚丙烯/竹纤维界面横晶结构中的应用，包括将纳米二氧化钛改性后的竹纤维与聚丙烯复合的步骤。
优选地，将纳米二氧化钛改性后的竹纤维于190～200℃与熔融的聚丙烯复合，再以10～15℃/min降温至135～145℃，等温结晶15min，形成聚丙烯/竹纤维界面横晶结构。
本发明通过高效分散的纳米二氧化钛对竹纤维进行改性，提高聚丙烯分子链在纤维束表面的异相成核效率，可诱导形成界面横晶结构，从而提高了亲水性竹纤维与疏水性聚丙烯之间的界面相容性，对竹纤维增强热塑性聚合物复合材料的利用具有重要意义。
附图说明
图1为实施例1中的0.035mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束的电镜照片；
图2为实施例1中的聚丙烯/0.035mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维等温结晶15min界面横晶结构偏光显微镜照片；
图3为实施例2中的0.049mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束的电镜照片；
图4为实施例2中的聚丙烯/0.049mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维等温结晶15min界面横晶结构偏光显微镜照片；
图5为实施例3中的0.063mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束的电镜照片；
图6为实施例3中的聚丙烯/0.063mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维等温结晶15min界面横晶结构偏光显微镜照片；
图7为对比例1中的0.077mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束的电镜照片；
图8为对比例1中的聚丙烯/0.077mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维等温结晶15min界面晶体结构偏光显微镜照片；
图9为对比例2中的未改性竹纤维束的电镜照片；
图10为对比例2中的聚丙烯/未改性竹纤维等温结晶15min界面晶体结构偏光显微镜照片；
图11为对比例3中的0.035mol/L纳米氧化锌改性竹纤维束的电镜照片；
图12为对比例3中的聚丙烯/0.035mol/L纳米氧化锌改性竹纤维等温结晶15min界面晶体结构偏光显微镜照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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作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
将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用石蜡切片机制取厚度为25μm左右的纵切片，在显微镜下切取宽度约为50±10μm的纤维束。
配制纳米二氧化钛悬浮液，该悬浮液的浓度为0.035mol/L。纳米二氧化钛预先在110±2℃条件下干燥12h，取0.5g烘干后的纳米二氧化钛通过高频超声分散于100g无水乙醇中，取1.5mLKH-570硅烷偶联剂分散于50g去离子水中搅拌2min，两者混合后80℃水浴加热搅拌1h，冷却后再进行高频超声处理。其中高频超声通过细胞破碎仪实现，超声时间为20min，超声功率为270W，超声工作模式为工作2s-间歇4s，并在冰水浴条件下进行，防止超声发热升温。
将6g纤维束放入152.1g浓度为0.035mol/L纳米二氧化钛悬浮液中，常温搅拌1h，取出后在60℃条件下烘干，得到0.035mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束。
厚度为1mm的聚丙烯薄膜置于加热台载玻片上，于190℃条件下加热5min，以消除热历史，改性竹纤维束置于聚丙烯熔体中，在其表面覆盖一层聚丙烯薄膜至完全熔融，盖玻片封片，制得微型复合材料。以10℃/min的降温速度降温至135℃，等温结晶15min，形成聚丙烯/竹纤维界面横晶结构。等温结晶后的聚丙烯/竹纤维复合材料在冰水中迅速冷冻，固定界面横晶结构。结晶过程通过偏光显微镜观察拍照。
图1为0.035mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束的电镜照片(纳米二氧化钛与KH-570硅烷偶联剂的摩尔比为1:1)。
图2为聚丙烯/0.035mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维等温结晶15min界面横晶结构偏光显微镜照片(纳米二氧化钛与KH-570硅烷偶联剂的摩尔比为1:1)。
实施例2
将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用石蜡切片机制取厚度为25μm左右的纵切片，在显微镜下切取宽度约为50±10μm的纤维束。
配制纳米二氧化钛悬浮液，该悬浮液的浓度为0.049mol/L。纳米二氧化钛预先在110±2℃条件下干燥12h，取0.7g烘干后的纳米二氧化钛通过高频超声分散于100g无水乙醇中，取2.1mLKH-570硅烷偶联剂分散于50g去离子水中搅拌2min，两者混合后80℃水浴加热搅拌1h，冷却后再进行高频超声处理。其中高频超声通过细胞破碎仪实现，超声时间为20min，超声功率为270W，超声工作模式为工作2s-间歇4s，并在冰水浴条件下进行，防止超声发热升温。
将6g纤维束放入152.9g浓度为0.049mol/L纳米二氧化钛悬浮液中，常温搅拌1h，取出后在60℃条件下烘干，得到0.049mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束。
厚度为1mm的聚丙烯薄膜置于加热台载玻片上，于190℃条件下加热5min，以消除热历史，改性竹纤维束置于聚丙烯熔体中，在其表面覆盖一层聚丙烯薄膜至完全熔融，盖玻片封片，制得微型复合材料。以10℃/min的降温速度降温至135℃，等温结晶15min，形成聚丙烯/竹纤维界面横晶结构。等温结晶后的聚丙烯/竹纤维复合材料在冰水中迅速冷冻，固定界面横晶结构。结晶过程通过偏光显微镜观察拍照。
图3为0.049mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束的电镜照片。
图4为聚丙烯/0.049mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维等温结晶15min界面横晶结构偏光显微镜照片。
实施例3
将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用石蜡切片机制取厚度为25μm左右的纵切片，在显微镜下切取宽度约为50±10μm的纤维束。
配制纳米二氧化钛悬浮液，该悬浮液的浓度为0.063mol/L。纳米二氧化钛预先在110±2℃条件下干燥12h，取0.9g烘干后的纳米二氧化钛通过高频超声分散于100g无水乙醇中，取2.7mLKH-570硅烷偶联剂分散于50g去离子水中搅拌2min，两者混合后80℃水浴加热搅拌1h，冷却后再进行高频超声处理。其中高频超声通过细胞破碎仪实现，超声时间为20min，超声功率为270W，超声工作模式为工作2s-间歇4s，并在冰水浴条件下进行，防止超声发热升温。
将6g纤维束放入153.7g浓度为0.063mol/L纳米二氧化钛悬浮液中，常温搅拌1h，取出后在60℃条件下烘干，得到0.063mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束。
厚度为1mm的聚丙烯薄膜置于加热台载玻片上，于190℃条件下加热5min，以消除热历史，改性竹纤维束置于聚丙烯熔体中，在其表面覆盖一层聚丙烯薄膜至完全熔融，盖玻片封片，制得微型复合材料。以10℃/min的降温速度降温至135℃，等温结晶15min，形成聚丙烯/竹纤维界面横晶结构。等温结晶后的聚丙烯/竹纤维复合材料在冰水中迅速冷冻，固定界面横晶结构。结晶过程通过偏光显微镜观察拍照。
图5为0.063mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束的电镜照片。
图6为聚丙烯/0.063mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维结晶15min界面横晶结构偏光显微镜照片。
对比例1
将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用石蜡切片机制取厚度为25μm左右的纵切片，在显微镜下切取宽度约为50±10μm的纤维束。
配制纳米二氧化钛悬浮液，该悬浮液的浓度为0.077mol/L。纳米二氧化钛预先在110±2℃条件下干燥12h，取1.1g烘干后的纳米二氧化钛通过高频超声分散于100g无水乙醇中，取3.3mLKH-570硅烷偶联剂分散于50g去离子水中搅拌2min，两者混合后80℃水浴加热搅拌1h，冷却后再进行高频超声处理。其中高频超声通过细胞破碎仪实现，超声时间为20min，超声功率为270W，超声工作模式为工作2s-间歇4s，并在冰水浴条件下进行，防止超声发热升温。
将6g纤维束放入154.4g浓度为0.077mol/L纳米二氧化钛悬浮液中，常温搅拌1h，取出后在60℃条件下烘干，得到0.077mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束。
厚度为1mm的聚丙烯薄膜置于加热台载玻片上，于190℃条件下加热5min，以消除热历史，改性竹纤维束置于聚丙烯熔体中，在其表面覆盖一层聚丙烯薄膜至完全熔融，盖玻片封片，制得微型复合材料。以10℃/min的降温速度降温至135℃，等温结晶15min。等温结晶后的聚丙烯/竹纤维复合材料在冰水中迅速冷冻，固定界面晶体结构。结晶过程通过偏光显微镜观察拍照。
图7为0.077mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束的电镜照片。
图8为聚丙烯/0.077mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维结晶15min界面晶体结构偏光显微镜照片。
实施例1-3、对比例1中纳米二氧化钛悬浮液在1h内的平均分散粒径如表1所示。
表1纳米二氧化钛悬浮液在1h内的平均分散粒径
Figure BDA0003118138220000101
如表1所示，按实施例1-3的方法均可得到稳定的纳米二氧化钛悬浮液，其粒径在1h内几乎没有变化。而对比例1中，纳米二氧化钛浓度达到0.077mol/L时，悬浮液不稳定，其粒径在1h内迅速增大。
对比例2
将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用石蜡切片机制取厚度为25μm左右的纵切片，在显微镜下切取宽度约为50±10μm的纤维束。
厚度为1mm的聚丙烯薄膜置于加热台载玻片上，于190℃条件下加热5min，以消除热历史，未改性竹纤维束置于聚丙烯熔体中，在其表面覆盖一层聚丙烯薄膜至完全熔融，盖玻片封片。以10℃/min的降温速度降温至135℃，等温结晶15min。结晶过程通过偏光显微镜观察拍照，等温结晶后的聚丙烯/未改性竹纤维复合材料在冰水中迅速冷冻，固定晶体结构。
图9为未改性竹纤维束的电镜照片。
图10为聚丙烯/未改性竹纤维等温结晶15min界面晶体结构偏光显微镜照片。
对比例3
将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用石蜡切片机制取厚度为25μm左右的纵切片，在显微镜下切取宽度约为50±10μm的纤维束。
配制纳米氧化锌悬浮液，该悬浮液的浓度为0.035mol/L。纳米二氧化钛预先在110±2℃条件下干燥12h，取0.35g烘干后的纳米氧化锌通过高频超声分散于100g无水乙醇中，高频超声通过细胞破碎仪实现，超声时间为20min，超声功率为270W，超声工作模式为工作2s-间歇4s，并在冰水浴条件下进行，防止超声发热升温。
将6g纤维束放入100.35g浓度为0.035mol/L纳米氧化锌悬浮液中，常温搅拌1h，取出后在60℃条件下烘干，得到0.035mol/L纳米氧化锌改性竹纤维束。
厚度为1mm的聚丙烯薄膜置于加热台载玻片上，于190℃条件下加热5min，以消除热历史，改性竹纤维束置于聚丙烯熔体中，在其表面覆盖一层聚丙烯薄膜至完全熔融，盖玻片封片，制得微型复合材料。以10℃/min的降温速度降温至135℃，等温结晶15min。等温结晶后的聚丙烯/竹纤维复合材料在冰水中迅速冷冻，固定界面晶体结构。结晶过程通过偏光显微镜观察拍照。
图11为0.035mol/L纳米氧化锌改性竹纤维束的电镜照片。
图12为聚丙烯/0.035mol/L纳米氧化锌改性竹纤维等温结晶15min界面晶体结构偏光显微镜照片。
实施例1-3和对比例1-3中界面横晶结构偏光显微镜照片是在等温结晶过程下拍摄记录的，等温结晶15min横晶层宽度列于表2中。
表2各实施例及对比例中等温结晶15min横晶层宽度
Figure BDA0003118138220000121
如表2所示，按实施例1-3的方法均可产生界面横晶结构，而对比例1-3中未生成横晶结构，说明按照本发明方法可以诱导界面横晶结构的产生。
实施例4
将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用滑走切片机制取厚度为120μm左右的纵切片，在显微镜下切取宽度约为300μm的纤维束。
配制纳米二氧化钛悬浮液，该悬浮液的浓度为0.035mol/L。纳米二氧化钛预先在110±2℃条件下干燥12h，取0.5g烘干后的纳米二氧化钛通过高频超声分散于100g无水乙醇中，取1.5mLKH-570硅烷偶联剂分散于50g去离子水中搅拌2min，两者混合后80℃水浴加热搅拌1h，冷却后再进行高频超声处理。所述高频超声分散通过细胞破碎仪实现，超声时间为20min，超声功率为270W，超声工作模式为工作2s-间歇4s，并在冰水浴条件下进行，防止超声发热升温。
将6g纤维束放入152.1g浓度为0.035mol/L纳米二氧化钛悬浮液中，常温搅拌1h，取出后在60℃条件下烘干，得到0.035mol/L纳米二氧化钛改性竹纤维束。
厚度为2mm的聚丙烯薄膜置于加热台载玻片上，于190℃条件下加热5min，以消除热历史，改性竹纤维束一端约600μm置于聚丙烯熔体中，在其表面覆盖一层聚丙烯薄膜至完全熔融，盖玻片封片。以10℃/min的降温速度降温至135℃，等温结晶19-20min，形成聚丙烯/竹纤维界面横晶结构，等温结晶后的聚丙烯/竹纤维复合材料在冰水中迅速冷冻，固定界面横晶结构。改性纤维束另一端约0.5cm置于两聚丙烯薄膜熔体之间，自然冷却后固定。
利用动态热机械分析仪纤维拉伸模式对上述样品进行纤维拔出实验，拔出速度为50μm/min，计算得到界面剪切强度。
对比例4
将竹材预先处理为长1cm的竹块，利用滑走切片机制取厚度为120μm左右的纵切片，在显微镜下切取宽度约为300μm的纤维束。
厚度为2mm的聚丙烯薄膜置于加热台载玻片上，于190℃条件下加热5min，以消除热历史，未改性竹纤维束一端约600μm置于聚丙烯熔体中，在其表面覆盖一层聚丙烯薄膜至完全熔融，盖玻片封片。以10℃/min的降温速度降温至135℃，等温结晶19-20min，等温结晶后的聚丙烯/竹纤维复合材料在冰水中迅速冷冻，固定晶体结构。未改性竹纤维束另一端约0.5cm置于两聚丙烯薄膜熔体之间，自然冷却后固定。
利用动态热机械分析仪纤维拉伸模式对上述样品进行纤维拔出实验，拔出速度为50μm/min，计算得到界面剪切强度。
实施例4和对比例4中所述界面剪切强度数据列于表3中。
表3实施例4和对比例4中界面剪切强度
实施例4 对比例4
横晶层宽度(μm) 60.64±6.91 -
界面剪切强度(MPa) 9.34 6.53
如表3所示，实施例4和对比例4相比界面剪切强度提高约43.0％，说明本发明通过高效分散纳米二氧化钛对竹纤维进行改性诱导界面横晶结构可有效提高竹纤维与聚丙烯界面力学强度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，包括将竹纤维进行纳米二氧化钛改性的步骤。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，通过纳米二氧化钛悬浮液浸润竹纤维进行所述纳米二氧化钛改性，所述纳米二氧化钛悬浮液包括纳米二氧化钛、KH-570硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水，其中纳米二氧化钛与KH-570硅烷偶联剂的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，所述竹纤维获得方法包括：将竹材预先处理为所需尺寸的竹切片后，沿竹纤维与薄壁细胞的边界将薄壁细胞切除；
优选地，所述竹材为毛竹。
4.根据权利要求1～3任一项所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，所述竹纤维的长度为0.5～1.5cm，宽度为40～300μm，厚度为25～120μm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛为20～40nm的锐钛矿纳米二氧化钛。
6.根据权利要求2～5任一项所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛悬浮液的制备方法包括：将所述纳米二氧化钛通过高频超声分散于无水乙醇中，KH-570硅烷偶联剂分散于去离子水中，两者混合后75～85℃水浴加热搅拌1～2h，冷却后再进行高频超声处理。
7.根据权利要求6所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，所述高频超声的超声功率为250～300W，超声工作模式为工作2s-间歇4s；
和/或，所述高频超声在冰水浴条件下进行。
8.根据权利要求2～7任一项所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛悬浮液中纳米二氧化钛的浓度为0.035～0.063mol/L。
9.根据权利要求8所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法，其特征在于，将占所述纳米二氧化钛悬浮液的质量分数为3～5％的竹纤维加入所述纳米二氧化钛悬浮液中，搅拌1～2h，取出后在60℃下烘干，得到纳米二氧化钛改性竹纤维。
10.权利要求1～9任一项所述的聚丙烯/竹纤维界面横晶结构的诱导方法在制备聚丙烯/竹纤维界面横晶结构中的应用，其特征在于，包括将纳米二氧化钛改性后的竹纤维与聚丙烯复合的步骤；
优选地，将纳米二氧化钛改性后的竹纤维于190～200℃与熔融的聚丙烯复合，再以10～15℃/min降温至135～145℃，等温结晶15min，形成聚丙烯/竹纤维界面横晶结构。
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