本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種環(huán)保晶須復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料的研究是近年來非?；钴S的科研領(lǐng)域，并有望在未來對社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在復(fù)合材料眾多的研究方向中，將無機(jī)填料引入到聚合物中以獲得顯著的性能提高始終具有重要意義。這些復(fù)合材料在機(jī)械性能，電性能以及熱性能等方面對聚合物基體有很大的增強(qiáng)，在對機(jī)械性能和耐熱性要求較高的船舶汽車，航空航天等領(lǐng)域能夠廣泛應(yīng)用。有關(guān)于這類復(fù)合材料更重要的一點(diǎn)是增強(qiáng)體只需要很少的添加量就能夠獲得性能的提升，填料的分散性以及填料和基體之間的相互作用很大程度上決定了材料性能的好壞；
對于復(fù)合材料的制備和加工同時面臨著下面幾個問題：無機(jī)填料與聚合物基體從化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)到物化性質(zhì)都有很大不同，如何使其更好的分散在基體中，并且使兩相有較好界面粘接強(qiáng)度。另外對于材料而言，熔體粘度是一個非常重要的衡量加工難易程度的指標(biāo)。聚醚醚酮通常在 340°C 開始熔融，而到了 370°C才能夠擁有較好的流動性，無機(jī)填料的加入勢必會使熔體粘度增加，而導(dǎo)致加工溫度進(jìn)一步提高。盡管提高了加工溫度，復(fù)合材料的熔體粘度仍維持在一個較高的水平值，這不僅會阻礙正常的生產(chǎn)，降低效率，而且還會縮短加工設(shè)備的使用壽命。添加能夠降低熔體粘度的加工助劑是解決該問題的途徑之一；
磺化超支化聚合物擁有高度支化的三維結(jié)構(gòu)，能夠降低分子鏈的纏結(jié)，提高分子鏈的運(yùn)動能力，從而降低熔體粘度，改善材料在加工時的流變性能。超支化聚合物還兼具生產(chǎn)成本低，制備工藝簡單和易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，可以作為聚醚醚酮復(fù)合材料的粘度調(diào)節(jié)劑使用。同時它帶有的磺酸基能夠與碳酸鈣晶須發(fā)生相互反應(yīng)，所以不僅能夠增加晶須與樹脂基體間的相互作用，還能有效地降低復(fù)合加工過程中體系的粘度，提高晶須的分散性；
晶須是一種具有較高長徑比的棒狀單晶無機(jī)纖維，因其直徑尺寸較小及完善的晶體結(jié)構(gòu)，晶須展示出了較高的力學(xué)性能，是提高基體機(jī)械性能的有效增強(qiáng)體。但這種無機(jī)剛性填料的引入往往使加工時復(fù)合材料的熔體粘度增大，這不僅會縮短加工設(shè)備的使用壽命，而且還降低生產(chǎn)效率，亟待尋找到加工助劑能夠降低復(fù)合材料的熔體粘度。超支化聚合物具有高度支化的樹狀結(jié)構(gòu)，能夠大大降低聚合物分子鏈的纏結(jié)，提高聚合物分子鏈的運(yùn)動能力，降低體系的溶液熔體粘度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種環(huán)保晶須復(fù)合材料及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種環(huán)保晶須復(fù)合材料，它是由下述重量份的原料組成的：
聚乙烯醇縮丁醛0.6-1、丙酸鈣2-3、聚丙烯100-130、3-(三氟甲基)二苯酮24-30、對苯二酚7-9、碳酸鈣晶須10-13、碳酸鉀0.4-1、碳酸鈉0.2-0.5、環(huán)丁砜100-120、飽和十八碳酰胺0.7-1、羧酸甘油酯0.6-1、微晶石蠟3-4、山梨醇2-4、干酪素0.5-1、硅藻土7-10。
一種所述的環(huán)保晶須復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將上述丙酸鈣、飽和十八碳酰胺混合，加入到混合料重量27-30倍的去離子水中，攪拌均勻，得酰胺分散液；
（2）將上述3-(三氟甲基)二苯酮、對苯二酚、碳酸鉀、碳酸鈉混合，加入到環(huán)丁砜中，通入氮?dú)?，?00-220℃下反應(yīng)8-10小時，加入到去離子水中，靜置3-5小時，抽濾，將濾餅加入到上述酰胺分散液中，超聲3-4分鐘，過濾，將沉淀用無水乙醇、去離子水依次洗滌3-4次，再在30-40℃下真空干燥2-3小時，得超支化聚芳醚酮；
（3）將上述硅藻土在600-700℃下煅燒1-2小時，冷卻、磨成細(xì)粉，加入到10-12mol/l的氫氧化鈉中，在57-60℃下保溫攪拌40-50分鐘，過濾，將沉淀水洗3-4次，常溫干燥，得改性硅藻土粉；
（4）將上述超支化聚芳醚酮、改性硅藻土粉混合，加入到混合料重量10-14倍的、96-98%的硫酸溶液中，通入氮?dú)猓?0-75℃下保溫反應(yīng)6-8小時，將產(chǎn)物加入到2-3℃的水中，抽濾，水洗至中性，常溫干燥，得磺化聚芳醚酮；
（5）取上述微晶石蠟，加入到其重量10-13倍的無水乙醇中，加入上述羧酸甘油酯，送入到100-110℃的油浴中，保溫攪拌4-10分鐘，出料，與上述聚乙烯醇縮丁醛、碳酸鈣晶須混合，超聲3-4分鐘，得晶須醇分散液；
（6）將上述磺化聚芳醚酮加入到其重量27-30倍的二甲基酰胺中，攪拌均勻，加入上述晶須醇分散液，在80-85℃下保溫100-120分鐘，通入氮?dú)?，恒溫攪?-5小時，抽濾，將濾餅用二甲基酰胺洗滌3-4次，在120-130℃下真空干燥20-30小時，得磺化聚合物改性碳酸鈣；
（7）將上述磺化聚合物改性碳酸鈣與剩余各原料混合，攪拌均勻，送入擠出機(jī)，熔融擠出，冷卻，即得。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
本發(fā)明采用磺化處理使改性劑分子鏈上接枝的磺酸基，能夠與碳酸鈣晶須產(chǎn)生相互作用，從而使填料與基體結(jié)合得更為緊密，在受到應(yīng)力作用時，界面能夠很好地傳遞應(yīng)力給碳酸鈣晶須，使晶須消耗掉大部分的作用力，因而有效地提高了材料的力學(xué)性能，而超支化聚芳醚酮的超支化結(jié)構(gòu)改善了復(fù)合材料的加工性能，聚合物基體分子鏈提供了有效的解纏結(jié)，降低了復(fù)合材料的熔體粘度，有利于聚合物分子鏈的運(yùn)動，增強(qiáng)了兩相間的界面相互作用，另外能夠更有利于填料在基體中均勻分散，避免了晶須聚集、堆積和結(jié)塊，有助于改善復(fù)合材料的流變性能，提高成品材料的力學(xué)性能。本發(fā)明的復(fù)合材料不含有毒有害的揮發(fā)性物質(zhì)，安全環(huán)保性好，綜合性能優(yōu)越。
具體實(shí)施方式
一種環(huán)保晶須復(fù)合材料，它是由下述重量份的原料組成的：
聚乙烯醇縮丁醛0.6、丙酸鈣2、聚丙烯100、3(三氟甲基)二苯酮24、對苯二酚7、碳酸鈣晶須10、碳酸鉀0.4、碳酸鈉0.2、環(huán)丁砜100、飽和十八碳酰胺0.7、羧酸甘油酯0.6、微晶石蠟3、山梨醇2、干酪素0.5、硅藻土7。
一種所述的環(huán)保晶須復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將上述丙酸鈣、飽和十八碳酰胺混合，加入到混合料重量27倍的去離子水中，攪拌均勻，得酰胺分散液；
（2）將上述3(三氟甲基)二苯酮、對苯二酚、碳酸鉀、碳酸鈉混合，加入到環(huán)丁砜中，通入氮?dú)?，?00℃下反應(yīng)8小時，加入到去離子水中，靜置3小時，抽濾，將濾餅加入到上述酰胺分散液中，超聲3分鐘，過濾，將沉淀用無水乙醇、去離子水依次洗滌3次，再在30℃下真空干燥2小時，得超支化聚芳醚酮；
（3）將上述硅藻土在600℃下煅燒1小時，冷卻、磨成細(xì)粉，加入到10mol/l的氫氧化鈉中，在57℃下保溫攪拌40分鐘，過濾，將沉淀水洗3次，常溫干燥，得改性硅藻土粉；
（4）將上述超支化聚芳醚酮、改性硅藻土粉混合，加入到混合料重量10倍的、96%的硫酸溶液中，通入氮?dú)猓?0℃下保溫反應(yīng)6小時，將產(chǎn)物加入到2℃的水中，抽濾，水洗至中性，常溫干燥，得磺化聚芳醚酮；
（5）取上述微晶石蠟，加入到其重量10倍的無水乙醇中，加入上述羧酸甘油酯，送入到100℃的油浴中，保溫攪拌4分鐘，出料，與上述聚乙烯醇縮丁醛、碳酸鈣晶須混合，超聲3分鐘，得晶須醇分散液；
（6）將上述磺化聚芳醚酮加入到其重量27倍的二甲基酰胺中，攪拌均勻，加入上述晶須醇分散液，在80℃下保溫100分鐘，通入氮?dú)猓銣財嚢?小時，抽濾，將濾餅用二甲基酰胺洗滌3次，在120℃下真空干燥20小時，得磺化聚合物改性碳酸鈣；
（7）將上述磺化聚合物改性碳酸鈣與剩余各原料混合，攪拌均勻，送入擠出機(jī)，熔融擠出，冷卻，即得。
性能測試：
拉伸強(qiáng)度31.8MPa；
斷裂伸長率309%。