本發(fā)明涉及一種聚丙烯復(fù)合材料，尤其涉及一種混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

混雜復(fù)合材料是指將兩種或兩種以上的增強(qiáng)體增強(qiáng)同一基體或多種基體而制成的復(fù)合材料?；祀s復(fù)合材料可以看成是兩種或多種纖維或顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的相互復(fù)合。按照基體分，混雜復(fù)合材料可分為金屬基混雜復(fù)合材料、陶瓷基混雜復(fù)合材料、樹脂基混雜復(fù)合材料和多種基體復(fù)合的混雜復(fù)合材料。按照增強(qiáng)體分，可以分為混雜纖維復(fù)合材料，混雜顆粒復(fù)合材料以及纖維和顆?；祀s復(fù)合材料。當(dāng)增強(qiáng)體和基體都多于一種的混雜復(fù)合材料稱為超混雜復(fù)合材料。

混雜復(fù)合材料，由于具有比強(qiáng)度、比模量高的特點(diǎn)，所以是航空、航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的理想材料?；祀s復(fù)合材料的應(yīng)用不僅推動了航空航天領(lǐng)域結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，而且對緩解目前國際能源不足的問題起到積極的作用。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由于具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、可設(shè)計等優(yōu)點(diǎn)在其他領(lǐng)域已得到大量的應(yīng)用，隨著研究不斷深入，許多基礎(chǔ)理論、方法已趨于完善，新型FRP材料不斷涌現(xiàn)，新應(yīng)用技術(shù)層出不窮，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用正呈現(xiàn)出高速發(fā)展的趨勢。在我國，尤其在國家各級科研計劃項(xiàng)目的支持下，F(xiàn)RP材料的研究開發(fā)及其在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用也得到飛速發(fā)展。纖維增強(qiáng)材料具有彈性材料的性質(zhì)，強(qiáng)度較高，但拉伸強(qiáng)度和韌性較差。

綜上所述，有必要開發(fā)一種混雜纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，包含以下組分：玻璃纖維10-30％、碳纖維10-50％、芳綸2-5％、竹纖維5-15％、堿式硫酸鎂晶須5-25％、聚丙烯10-30％、功能聚丙烯共聚物2-5％、環(huán)氧樹脂3-6％、粘結(jié)劑2-8％、填料5-30％。

優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為丁腈改性酚醛樹脂和橡膠粉的混合物。

優(yōu)選地，所述填料為葉蠟石粉、硫酸鋇、鉀長石、藍(lán)晶石、氧化鋁、氧化鐵、石墨粉中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述玻璃纖維為連續(xù)無堿玻璃纖維，其直徑為15-30μm。

優(yōu)選地，所述聚丙烯為均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中的一種或兩種。

優(yōu)選地，所述功能聚丙烯共聚物為聚丙烯/聚乙烯基吡咯烷酮嵌段共聚物，其熔融指數(shù)在230℃、2.16Kg的測試條件下為2.8-7.5g/min。

優(yōu)選地，所述功能聚丙烯共聚物中的聚乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量百分含量為60-80％。

優(yōu)選地，所述功能聚丙烯共聚物的制備方法如下：

S1.合成雙端基聚丙烯：將等規(guī)聚丙烯加入過量的濃硝酸中，加熱到100～120℃進(jìn)行回流反應(yīng)4.5～5.5h，然后對反應(yīng)液冷卻過濾后分別用水、丙酮沖洗至pH值為5.8～6.1，除盡殘余硝酸后干燥得雙端基聚丙烯；

S2.合成端羥基聚乙烯基吡咯烷酮：以N-乙烯基吡咯烷酮為單體，水作溶劑，過氧化氫為引發(fā)劑，濃氨水為活性劑，將上述物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至65～75℃進(jìn)行聚合反應(yīng)2.5～3.5h，反應(yīng)結(jié)束后用丙酮沉淀，并對沉淀物進(jìn)行干燥得端羥基聚乙烯基吡咯烷酮；

S3.合成功能聚丙烯共聚物：將雙端基聚丙烯和聚乙烯基吡咯烷酮按質(zhì)量比為1.8：3.0～10.0溶解在環(huán)己酮中，然后加入2-氯-1-甲基碘代吡啶和三乙胺，所述雙端基聚丙烯、2-氯-1-甲基碘代吡啶和三乙胺三者之間的質(zhì)量比為1.6：0.25～0.5：0.1～0.5；升溫至110～125℃反應(yīng)9～11.5h后進(jìn)行冷卻至室溫，然后過濾、真空干燥得到功能聚丙烯共聚物。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明通過添加自制的功能聚丙烯共聚物作為高分子表面活性劑，可以明顯提高混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料的表面張力，改善聚丙烯樹脂和玻纖的界面相容性；

(2)本發(fā)明利用價格低廉的竹纖維和堿式硫酸鎂晶須混雜增強(qiáng)改性酚醛樹脂，發(fā)揮竹纖維室溫耐磨性好，堿式硫酸鎂晶須高溫耐磨性佳的特點(diǎn)，從而獲得了摩擦系數(shù)適中、磨損率低的混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料；

(3)本發(fā)明的混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料具有較高的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和韌性，擴(kuò)大了材料的適用范圍。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

本發(fā)明公開了一種混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，包含以下組分：

玻璃纖維10％、碳纖維50％、芳綸2％、竹纖維5％、堿式硫酸鎂晶須5％、聚丙烯10％、功能聚丙烯共聚物5％、環(huán)氧樹脂3％、粘結(jié)劑2％、填料8％。

所述粘結(jié)劑為1wt％的丁腈改性酚醛樹脂和1wt％的橡膠粉，所述填料為葉蠟石粉、硫酸鋇、鉀長石、藍(lán)晶石的混合物。

所述玻璃纖維為連續(xù)無堿玻璃纖維，其直徑為15-30μm，所述聚丙烯為均聚聚丙烯；所述功能聚丙烯共聚物為聚丙烯/聚乙烯基吡咯烷酮嵌段共聚物，其熔融指數(shù)在230℃、2.16Kg的測試條件下為2.8-7.5g/min，所述功能聚丙烯共聚物中的聚乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量百分含量為60％。

實(shí)施例2：

本發(fā)明公開了一種混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，包含以下組分：

玻璃纖維30％、碳纖維10％、芳綸5％、竹纖維10％、堿式硫酸鎂晶須10％、聚丙烯15％、功能聚丙烯共聚物5％、環(huán)氧樹脂5％、粘結(jié)劑3％、填料7％。

所述粘結(jié)劑為2wt％的丁腈改性酚醛樹脂和1wt％的橡膠粉，所述填料為葉蠟石粉、硫酸鋇、鉀長石、藍(lán)晶石、氧化鋁、氧化鐵、石墨粉的混合物。

所述玻璃纖維為連續(xù)無堿玻璃纖維，其直徑為15-30μm，所述聚丙烯為共聚聚丙烯；所述功能聚丙烯共聚物為聚丙烯/聚乙烯基吡咯烷酮嵌段共聚物，其熔融指數(shù)在230℃、2.16Kg的測試條件下為2.8-7.5g/min，所述功能聚丙烯共聚物中的聚乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量百分含量為80％。

實(shí)施例3：

本發(fā)明公開了一種混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，包含以下組分：

玻璃纖維20％、碳纖維20％、芳綸5％、竹纖維7％、堿式硫酸鎂晶須13％、聚丙烯11％、功能聚丙烯共聚物3％、環(huán)氧樹脂6％、粘結(jié)劑8％、填料7％。

所述粘結(jié)劑為5wt％的丁腈改性酚醛樹脂和3wt％的橡膠粉，所述填料為葉蠟石粉、硫酸鋇、鉀長石、氧化鋁、氧化鐵的混合物。

所述玻璃纖維為連續(xù)無堿玻璃纖維，其直徑為15-30μm，所述聚丙烯為均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的混合物；所述功能聚丙烯共聚物為聚丙烯/聚乙烯基吡咯烷酮嵌段共聚物，其熔融指數(shù)在230℃、2.16Kg的測試條件下為2.8-7.5g/min，所述功能聚丙烯共聚物中的聚乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量百分含量為70％。

實(shí)施例4：

本發(fā)明還公開了功能聚丙烯共聚物的制備方法，步驟如下：

S1.合成雙端基聚丙烯：將等規(guī)聚丙烯加入過量的濃硝酸中，加熱到120℃進(jìn)行回流反應(yīng)4.5h，然后對反應(yīng)液冷卻過濾后分別用水、丙酮沖洗至pH值為5.8，除盡殘余硝酸后干燥得雙端基聚丙烯；

S2.合成端羥基聚乙烯基吡咯烷酮：以N-乙烯基吡咯烷酮為單體，水作溶劑，過氧化氫為引發(fā)劑，濃氨水為活性劑，將上述物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至75℃進(jìn)行聚合反應(yīng)3.5h，反應(yīng)結(jié)束后用丙酮沉淀，并對沉淀物進(jìn)行干燥得端羥基聚乙烯基吡咯烷酮；

S3.合成功能聚丙烯共聚物：將雙端基聚丙烯和聚乙烯基吡咯烷酮按質(zhì)量比為1.8：3.0溶解在環(huán)己酮中，然后加入2-氯-1-甲基碘代吡啶和三乙胺，所述雙端基聚丙烯、2-氯-1-甲基碘代吡啶和三乙胺三者之間的質(zhì)量比為1.6：0.25：0.1；升溫至110℃反應(yīng)11.5h后進(jìn)行冷卻至室溫，然后過濾、真空干燥得到功能聚丙烯共聚物。

實(shí)施例5：

本發(fā)明還公開了功能聚丙烯共聚物的制備方法，步驟如下：

S1.合成雙端基聚丙烯：將等規(guī)聚丙烯加入過量的濃硝酸中，加熱到100℃進(jìn)行回流反應(yīng)5.5h，然后對反應(yīng)液冷卻過濾后分別用水、丙酮沖洗至pH值為6.1，除盡殘余硝酸后干燥得雙端基聚丙烯；

S2.合成端羥基聚乙烯基吡咯烷酮：以N-乙烯基吡咯烷酮為單體，水作溶劑，過氧化氫為引發(fā)劑，濃氨水為活性劑，將上述物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至75℃進(jìn)行聚合反應(yīng)3.5h，反應(yīng)結(jié)束后用丙酮沉淀，并對沉淀物進(jìn)行干燥得端羥基聚乙烯基吡咯烷酮；

S3.合成功能聚丙烯共聚物：將雙端基聚丙烯和聚乙烯基吡咯烷酮按質(zhì)量比為1.8：10.0溶解在環(huán)己酮中，然后加入2-氯-1-甲基碘代吡啶和三乙胺，所述雙端基聚丙烯、2-氯-1-甲基碘代吡啶和三乙胺三者之間的質(zhì)量比為1.6：0.5：0.5；升溫至125℃反應(yīng)9h后進(jìn)行冷卻至室溫，然后過濾、真空干燥得到功能聚丙烯共聚物。

經(jīng)測試，本發(fā)明的實(shí)施例1-3中混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料的性能如下表所示：

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明通過添加自制的功能聚丙烯共聚物作為高分子表面活性劑，可以明顯提高混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料的表面張力，改善聚丙烯樹脂和玻纖的界面相容性；

(2)本發(fā)明利用價格低廉的竹纖維和堿式硫酸鎂晶須混雜增強(qiáng)改性酚醛樹脂，發(fā)揮竹纖維室溫耐磨性好，堿式硫酸鎂晶須高溫耐磨性佳的特點(diǎn)，從而獲得了摩擦系數(shù)適中、磨損率低的混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料；

(3)本發(fā)明的混雜纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料具有較高的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和韌性，擴(kuò)大了材料的適用范圍。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)該指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。