本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其是在蛋白質(zhì)類再生天然纖維/高分子復(fù)合材料中加入炭化天然纖維來增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。

背景技術(shù)：

纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料指的是由增強(qiáng)體(再生天然纖維)、基體(樹脂)、以及二者之間界面所組成的復(fù)合體系。增強(qiáng)體起骨架支撐的作用，基體起到連接的作用，而界面用于傳遞載荷。而再生天然纖維最常用來作增強(qiáng)的是木纖維和禽類毛纖維等。而用于做基體的樹脂一般要求熔點(diǎn)比較低，方便加工。普遍用的是高密度聚乙烯(hdpe)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)等熱塑性塑料。

纖維增強(qiáng)聚合物樹脂材料不僅有增強(qiáng)纖維的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有樹脂具有的性質(zhì)，主要特征是：力學(xué)強(qiáng)度高于一般樹脂、無天然纖維材料制品常見缺陷、加工方式范圍寬泛、綠色環(huán)?？苫厥赵倮玫鹊?。

雖然再生天然纖維/高分子樹脂復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)很多，但是相關(guān)的研究進(jìn)展仍處在探索階段還不成熟，再加上天然纖維與高分子樹脂之間存在一些技術(shù)難題亟待解決。

(1)天然纖維與高分子樹脂之間的界面問題。植物纖維中含有纖維素、果膠，動(dòng)物纖維中多為氨基酸、油脂等極性物質(zhì)，而選用的高分子樹脂多為非極性物質(zhì)，其界面難以相容，二者之間存在清晰明顯的界面，界面結(jié)合力弱，制品容易出現(xiàn)力學(xué)缺陷。

(2)天然纖維內(nèi)部存在強(qiáng)的作用力，不容易在基體內(nèi)分散均勻。

偶聯(lián)處理ff是處理天然纖維最為基本的方法，偶聯(lián)劑其分子結(jié)構(gòu)特殊，既有與聚合物中碳長(zhǎng)鏈相連的部分，也有與無機(jī)填料相連的部分，由于hdpe是非極性的，而ff還有大量極性基團(tuán)是極性的，極性不相容。ff與hdpe界面結(jié)合不好，通過偶聯(lián)劑的橋聯(lián)作用改善了這一情況。

同時(shí)，樹脂與填料之間的界面結(jié)合力增強(qiáng)，使復(fù)合材料的剛性得到提高，但是，復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度往往會(huì)有所下降，普遍使用的方法是加入增韌劑來提高復(fù)合材料的韌性。

聚合物增韌一般是天然纖維/高分子復(fù)合材料的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，最早采用彈性體來增韌聚合物，但是在提高復(fù)合材料韌性的同時(shí)，復(fù)合材料的剛性、強(qiáng)度發(fā)生大幅度下降。采用無機(jī)剛性粒子代替橡膠的增韌體系，雖然保證了復(fù)合材料的強(qiáng)度，但是由于無機(jī)粒子的加入影響了天然纖維在基質(zhì)內(nèi)的分散，以及會(huì)破壞天然纖維與樹脂之間的界面結(jié)合從而影響增韌效果，固研究無機(jī)粒子在樹脂間的分散程度與無機(jī)粒子的比表面積、表面極性、無機(jī)粒子與樹脂之間的界面作用等因素有關(guān)。因此，要提高復(fù)合材料的韌性，要求無機(jī)填料與樹脂之間的表面能、極性要匹配，樹脂的粘度也要變小。

炭化ff經(jīng)過活化改性后，其比表面積大幅提高，ff形成中孔多孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)過活化劑的活化，其孔通道進(jìn)一步拓寬，已廣泛應(yīng)用于離子吸附領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在保證hdpe/ff復(fù)合材料剛性的基礎(chǔ)上，添加炭化ff以改善復(fù)合材料的韌性，提供一種用于添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料，其組分及重量分?jǐn)?shù)為：

而且，所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑。

而且，所述硅烷偶聯(lián)劑為kh570，0.8-2份；所述的鋁酸酯偶聯(lián)劑為dll-411a，0.06-0.12份；所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑為ndz-201，0.06-0.12份。

而且，所述的ff為50旦的雞毛纖維。

一種添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

(1)用偶聯(lián)劑處理ff；

(2)將炭化ff活化處理；

(3)將步驟(1)偶聯(lián)劑處理的ff與hdpe與步驟(2)活化處理的炭化ff在開煉機(jī)中混合；

(4)將共混物進(jìn)行破碎，注塑成樣。

而且，所述的炭化ff的制備方法為：

(1)將ff在馬弗爐中加熱18-24h，溫度為210-230℃；

(2)將加熱后的炭化ff繼續(xù)在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)2-3h，溫度為400-450℃；

(3)將燒結(jié)后的炭化ff在微波爐中微波加熱1.5-2h，溫度調(diào)節(jié)為高溫大火。

而且，所述的炭化ff的活化處理的方法為：將炭化ff浸泡于濃度為10-30％的檸檬酸溶液中，浸泡20-24h，以微波為熱源進(jìn)行加熱，冷卻后水洗，酸洗2-3次，干燥得活化處理后的炭化ff。

而且，步驟(1)所述的用偶聯(lián)劑處理的ff的方法為：配置85-95wt％的乙醇水溶液，將硅烷偶聯(lián)劑kh570倒入乙醇溶液中磁力攪拌1.5-2h，超聲震蕩0.5-1h，將ff用乙醇溶液浸泡1-2h，在60-80℃的溫度條件下，水浴加熱且不斷攪拌，將處理后的硅烷偶聯(lián)劑kh570溶液逐滴滴加至盛有ff的乙醇水溶液中，攪拌0.5-1h，取出漿液中的ff，在60-70℃的真空烘箱中烘干備用。

而且，步驟(1)所述的用偶聯(lián)劑處理的ff的方法為：配置85-95wt％的乙醇水溶液，將鋁酸酯偶聯(lián)劑dl-411a或鈦酸酯偶聯(lián)劑ndz-201倒入乙醇溶液中磁力攪拌1.5-2h，超聲震蕩0.5-1h，將ff用乙醇溶液浸泡1-2h，將處理后的鋁酸酯偶聯(lián)劑dl-411a或鈦酸酯偶聯(lián)劑ndz-201溶液逐滴滴加至盛有ff的乙醇水溶液中，攪拌0.5-1h，取出漿液中的ff，在60-70℃的真空烘箱中烘干備用。

而且，步驟(3)所述的在開煉機(jī)中混合，設(shè)置開煉機(jī)前輥溫度為125-135℃，開煉機(jī)后輥溫度為120-130℃；步驟(4)所述的注塑條件為：注塑溫度為料筒溫度從加料口到噴嘴方向依次為：170℃、175℃、175℃、170℃，注塑壓力為50mpa，模具溫度為50℃。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1.本發(fā)明在hdpe/ff體系中添加增韌劑炭化ff，在保證復(fù)合材料的強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，改善了復(fù)合材料的韌性。

2本發(fā)明所用的增韌劑為ff自身進(jìn)行物理改性得到的炭化ff，對(duì)hdpe與ff兩相界面的結(jié)合無負(fù)面影響，并沒有影響硅烷偶聯(lián)劑對(duì)ff的偶聯(lián)效果，其分散效果沒有受到影響。

附圖說明

圖1為hdpe復(fù)合材料斷面sem圖；

圖2為hdpe/ff復(fù)合材料斷面sem圖；

圖3為hdpe/ff復(fù)合材料斷面sem圖(kh570用量為ff10wt％處理ff)；

圖4為hdpe/ff復(fù)合材料斷面sem圖(dl-411-a用量為ff1wt％處理ff)；

圖5為hdpe/ff復(fù)合材料斷面sem圖(ndz-201用量為ff1wt％處理ff)。

圖6為hdpe/ff復(fù)合材料斷面sem圖(kh570用量為ff10wt％處理ff)；

圖7為hdpe/ff復(fù)合材料斷面sem圖(kh570用量為ff10wt％處理ff基礎(chǔ)上添加20份炭化ff)；

圖8為hdpe/ff復(fù)合材料斷面sem圖(kh570用量為ff10wt％處理ff基礎(chǔ)上添加20份濃度為25％檸檬酸改性的炭化ff)。

圖9為kh570用量對(duì)材料抗拉伸強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖10為kh570用量對(duì)材料抗沖擊強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖11為kh570用量對(duì)材料彎曲強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖12為kh570用量對(duì)材料熔融指數(shù)的影響曲線圖；

圖13為dl-411-a用量對(duì)材料抗拉伸強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖14為dl-411-a用量對(duì)材料抗沖擊強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖15為dl-411-a用量對(duì)材料彎曲強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖16為dl-411-a用量對(duì)材料熔融指數(shù)的影響曲線圖；

圖17為ndz-201量對(duì)材料抗拉伸強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖18為ndz-201用量對(duì)材料抗沖擊強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖19為ndz-201用量對(duì)材料彎曲強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖20為ndz-201用量對(duì)材料熔融指數(shù)的影響曲線圖；

圖21為碳化ff用量對(duì)材料拉伸強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖22為碳化ff用量對(duì)材料缺口沖擊強(qiáng)度的影響曲線圖；

圖23為碳化ff用量對(duì)材料彎曲強(qiáng)度的影響曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明；下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1：

一種添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料，其配方為：

一種添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料的制備方法，其制備方法的步驟是：

(1)配置90wt％的乙醇水溶液，將kh570倒入乙醇溶液中磁力攪拌1h，超聲震蕩2h。將ff用乙醇浸泡1h，60-80℃的條件下水浴加熱且不斷攪拌，將處理后的kh570溶液逐滴滴加到盛有ff的乙醇漿液中，攪拌2h，取出漿液中的ff，在70℃的烘箱中烘干備用。

(2)將20gff在馬弗爐中加熱26h，溫度為215℃；將加熱后的炭化ff在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)2h，溫度為400℃；將炭化ff在微波爐中微波加熱2h，溫度調(diào)節(jié)為大火。將炭化ff浸泡于濃度為25％的檸檬酸溶液中，浸泡24h后，以微波為熱源進(jìn)行加熱，冷卻后，酸洗、水洗2～3次，干燥得改性的炭化ff。

(3)將偶聯(lián)處理的ff和hdpe以20:100比例與改性過的炭化ff在開煉機(jī)中混合，前輥溫度為120℃，后輥溫度為115℃。

(4)將共混物進(jìn)行破碎，注塑成樣。注塑溫度為料筒溫度(從加料口到噴嘴方向)：170℃、175℃、175℃、170℃，注塑壓力50mpa，模具溫度為50℃。

實(shí)施例2：

一種添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料，其配方為：

一種添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料的制備方法，其制備方法的步驟是：

(1)配置90wt％的乙醇水溶液，將dl-411a倒入乙醇溶液中磁力攪拌1h，超聲震蕩2h。將ff用乙醇浸泡1h，將處理后的dl-411a溶液逐滴滴加到盛有ff的乙醇漿液中，攪拌2h，取出漿液中的ff，在70℃的烘箱中烘干備用。

(2)將20gff在馬弗爐中加熱26h，溫度為215℃；將加熱后的炭化ff在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)2h，溫度為400℃；將炭化ff在微波爐中微波加熱2h，溫度調(diào)節(jié)為大火。將炭化ff浸泡于濃度為10-30％的檸檬酸溶液中，浸泡24h后，以微波為熱源進(jìn)行加熱，冷卻后，酸洗、水洗2～3次，干燥得改性的炭化ff。

(3)將偶聯(lián)處理的ff和hdpe以20:100比例與改性過的炭化ff在開煉機(jī)中混合，前輥溫度為120℃，后輥溫度為115℃。

(4)將共混物進(jìn)行破碎，注塑成樣。注塑溫度為料筒溫度(從加料口到噴嘴方向)：170℃、175℃、175℃、170℃，注塑壓力50mpa，模具溫度為50℃。

實(shí)施例3：

一種添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料，其配方為：

一種添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料的制備方法，其制備方法的步驟是：

(1)配置90wt％的乙醇水溶液，將ndz-201倒入乙醇溶液中磁力攪拌1h，超聲震蕩2h。將ff用乙醇浸泡1h，將處理后的ndz-201溶液逐滴滴加到盛有ff的乙醇漿液中，攪拌2h，取出漿液中的ff，在70℃的烘箱中烘干備用。

(2)將20gff在馬弗爐中加熱26h，溫度為215℃；將加熱后的炭化ff在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)2h，溫度為400℃；將炭化ff在微波爐中微波加熱2h，溫度調(diào)節(jié)為大火。將炭化ff浸泡于濃度為10-30％的檸檬酸溶液中，浸泡24h后，以微波為熱源進(jìn)行加熱，冷卻后，酸洗、水洗2～3次，干燥得改性的炭化ff。

(3)將偶聯(lián)處理的ff和hdpe以20:100比例與改性過的炭化ff在開煉機(jī)中混合，前輥溫度為120℃，后輥溫度為115℃。

(4)將共混物進(jìn)行破碎，注塑成樣。注塑溫度為料筒溫度(從加料口到噴嘴方向)：170℃、175℃、175℃、170℃，注塑壓力50mpa，模具溫度為50℃。

表1jeziorny修正后的avrami方程參數(shù)

(a)hdpe純料；

(b)hdpe/ff復(fù)合材料；

(c)hdpe/ff復(fù)合材料(添加ff10wt％kh570)；

(d)hdpe/ff復(fù)合材料(添加ff1wt％dl-411-a)；

(e)hdpe/ff復(fù)合材料(添加ff1wt％ndz-201)。

表2界面處理對(duì)hdpe/ff復(fù)合體系的力學(xué)性能以及馳豫行為的影響

(a)hdpe純料；

(b)hdpe/ff復(fù)合材料；

(c)hdpe/ff復(fù)合材料(添加ff10wt％kh570)；

(d)hdpe/ff復(fù)合材料(添加ff1wt％dl-411-a)；

(e)hdpe/ff復(fù)合材料(添加ff1wt％ndz-201)；

表3jeziorny修正后的avrami方程參數(shù)

(a)hdpe純料；

(c)hdpe/ff復(fù)合材料(添加ff10wt％kh570)；

(l)hdpe/ff復(fù)合材料(在添加ff10wt％kh570基礎(chǔ)上添加20份炭化ff)；

(m)hdpe/ff復(fù)合材料(在添加ff10wt％kh570基礎(chǔ)上添加20份經(jīng)過檸檬酸處理的炭化ff)；

添加炭化ff的hdpe/ff復(fù)合材料的馳豫行為及力學(xué)性能數(shù)據(jù)

表4炭化處理對(duì)hdpe/ff復(fù)合體系的力學(xué)性能以及馳豫行為的影響

(a)hdpe純料；

(b)hdpe/ff復(fù)合材料；

(c)hdpe/ff復(fù)合材料(添加ff10wt％kh570)；

(d)hdpe/ff復(fù)合材料(在添加ff10wt％kh570基礎(chǔ)上添加20份炭化ff)；

(e)hdpe/ff復(fù)合材料(在添加ff10wt％kh570基礎(chǔ)上添加20份經(jīng)過檸檬酸處理的炭化ff)。