本發(fā)明涉及了一種復合材料及其制備方法，尤其是涉及了一種玻璃纖維-納米羥基磷灰石-聚乳酸三元復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

由于其易于成型且生物相容性好，聚乳酸被在生物醫(yī)藥領(lǐng)域被廣泛研究。然而由于其機械強度的不足，導致其應用相當局限。目前已經(jīng)有不少研究應用納米磷灰石于聚乳酸，然而盡管拉伸、彎曲性能有所提高，其沖擊性能反而更為降低。

玻璃纖維在復合材料中的應用非常廣泛，能顯著提高聚合物材料的綜合性能，然而通過片材形式加入納米羥基磷灰石-聚乳酸材料尚未見相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述問題，提出一種玻璃纖維-納米羥基磷灰石-聚乳酸三元復合材料及其制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一、一種玻璃纖維-納米羥基磷灰石-聚乳酸三元復合材料：

主要由同向玻璃纖維片材、納米羥基磷灰石和聚乳酸堆垛層壓而成。

所述同向玻璃纖維片材、納米羥基磷灰石和聚乳酸堆垛層壓是將同向玻璃纖維片材與由納米羥基磷灰石和聚乳酸混合制成的納米材料片材以三明治結(jié)構(gòu)相層疊而成。

所述的同向玻璃纖維片材由玻璃纖維束絲纏繞在紙筒外，再涂上聚乳酸-氯仿溶液的黏合劑，烘干后取出紙筒而制成。

所述三元復合材料中，同向玻璃纖維片材的質(zhì)量占比為20％，納米羥基磷灰石的質(zhì)量占比為4％，剩余的為聚乳酸。

二、一種多層同向玻璃纖維片材和熱塑性塑料復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)同向玻璃纖維片材制備：

1.1)將少量聚乳酸溶解于氯仿中作為黏合劑；

聚乳酸溶解于氯仿的質(zhì)量濃度是5％。

1.2)將長度在50cm以上的玻璃纖維束絲纏繞在紙筒上，并涂上黏合劑進行黏合；

1.3)黏合后進行烘干，烘干溫度50攝氏度，烘干時間在48小時以上；

1.4)取下紙筒，將紙筒外的玻璃纖維層剪成所需尺寸，獲得同向玻璃纖維片材；

所述黏合劑的涂覆量為同向玻璃纖維片材的不到1％。

(2)納米羥乙基磷灰石-聚乳酸材料制備

2.1)用四位天平精確稱量所需質(zhì)量的納米羥乙基磷灰石，用超聲波細胞破碎機分散納米羥乙基磷灰石，然后加入氯仿中，獲得含有羥基磷灰石的氯仿溶液；

2.2)用四位天平精確稱量所需質(zhì)量的聚乳酸顆粒，在稱量前所有聚乳酸必須在50攝氏度下烘干24小時；

2.3)將聚乳酸顆粒投入含有羥基磷灰石的氯仿溶液中，獲得納米羥基磷灰石-聚乳酸溶液；

2.4)將納米羥基磷灰石-聚乳酸溶液倒入四氟乙烯模具，靜置三天獲得用于三元復合材料制備的納米材料片材；

(3)復合材料制備：

3.1)將納米材料片材與同向玻璃纖維片材進行堆垛成多層材料，堆垛后置于模具框中；

3.2)然后將模具框置于平板硫化機中壓制成型，得到所述玻璃纖維-納米羥基磷灰石-聚乳酸三元復合材料。

所述步驟2.1)中，納米羥乙基磷灰石的質(zhì)量為最終制成的三元復合材料質(zhì)量的4％，氯仿加入量為所制成的納米材料片材質(zhì)量的12倍。

所述步驟2.1)中用超聲波細胞破碎機分散處理的功率為300w，用時15分鐘，取決于納米羥基磷灰石的用量。

所述步驟2.3)將聚乳酸顆粒投入含有羥基磷灰石的氯仿溶液需進行攪拌，攪拌是在45攝氏度下以300-600rpm的速度進行攪拌4小時，攪拌速度逐漸提高從300rpm到600rpm。

所述步驟2.2)中聚乳酸顆粒的總質(zhì)量為最終制成的三元復合材料質(zhì)量的76％。

所述步驟3.2)中，壓制成型的溫度170攝氏度，壓力20mpa，其中繼續(xù)寧三次泄壓放氣過程，每次2s，總成型時間為5min。

所述步驟3.1)中，納米材料片材與同向玻璃纖維片材進行堆垛是將同向玻璃纖維片材置于兩層納米材料片材之間，構(gòu)成一個三明治結(jié)構(gòu)，將多個三明治結(jié)構(gòu)進行層疊。

所述的玻璃纖維包括二氧化硅玻璃纖維或者含有多種氧化物的玻璃纖維，多種氧化物如五氧化二磷、氧化硼、氧化鈉、氧化鎂等。

含有多種氧化物的玻璃纖維可以采用p2o5–cao–mgo–na2o(p45b0)，p2o5–cao–mgo–na2o–b2o3(p45b5)，p2o5–cao–mgo–na2o–fe2o3(p45fe3)以及p2o5–cao–mgo–na2o–b2o3–fe2o3(p45b5fe3)。

本發(fā)明利用紙筒與聚乳酸溶液制備同向玻璃纖維片材。在氯仿溶液中，利用超聲波細胞破碎機分散納米羥基磷灰石，再加入、溶解聚乳酸顆粒，利用模具制備納米材料。將納米羥基磷灰石-聚乳酸片材(如聚丙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯等)與玻璃纖維片材根據(jù)需求進行堆垛，熱壓成型，制得玻璃纖維-納米羥基磷灰石-聚乳酸三元復合材料及其制備方法。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的復合材料能克服聚乳酸塑料的機械強度不足，改性后所得復合材料的機械性能很難全面加強，能有效增強拉伸與彎曲性能，會顯著降低沖擊強度。

本發(fā)明材料面向生物醫(yī)療應用，其中羥基磷灰石與聚乳酸均具有良好的生物兼容性，通過同向玻璃纖維片層則有效增強該三元復合材料的機械性能，具有巨大的生物醫(yī)療應用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1制備獲得的復合材料的掃描電鏡截面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明的實施例如下：

實施例1

(1)同向玻璃纖維片材制備：

1.1)將少量聚乳酸溶解于氯仿中作為玻璃纖維片材黏合劑；

1.2)將長度在50cm以上的長玻璃纖維束絲(含有多種氧化物)纏繞在一個紙筒上，并涂上聚乳酸溶液進行黏合；

1.3)將玻璃纖維連同紙筒一起進行烘干，溫度40攝氏度，時間72小時；

1.4)取出紙筒，將玻璃纖維剪成所需尺寸，即得同向玻璃纖維片材；

(2)納米羥乙基磷灰石-聚乳酸材料制備

2.1)取氯仿溶液置于燒杯之中，氯仿用量為納米聚乳酸材料片材的12倍；

2.2)用四位天平精確稱量所需質(zhì)量的納米羥乙基磷灰石，用量為三元復合材料質(zhì)量分數(shù)的4％，為納米聚乳酸材料質(zhì)量分數(shù)的5％；

2.3)用超聲波細胞破碎機分散已經(jīng)加入氯仿溶液中的納米羥乙基磷灰石，功率為300w，用時15分鐘；

2.4)用四位天平精確稱量所需質(zhì)量的聚乳酸顆粒，在稱量前所有聚乳酸必須在50攝氏度下烘干24小時；

2.5)將聚乳酸顆粒投入含有羥基磷灰石的氯仿溶液，在45攝氏度下以400rpm的速度進行攪拌4小時，攪拌速度逐步提高，從最初的300rpm到最終的600rpm；

2.6)將納米羥基磷灰石-聚乳酸溶液倒入四氟乙烯模具，靜置三天即得用于三元復合材料制備的納米材料片材；

(3)復合材料制備：

3.1)將納米材料片材與同向玻璃纖維片材進行堆垛成多層材料，堆垛后置于模具框中；

3.3)然后將模具框置于平板硫化機中壓制成型，溫度170攝氏度，壓力20mpa，其中有三次泄壓放氣過程，每次2s，總成型時間為5min，得到所述玻璃纖維-納米羥基磷灰石-聚乳酸三元復合材料。

其掃描電鏡圖如圖1所示，圖中的左上角、右上角、左下角、右下角的四張子圖分別表示p2o5–cao–mgo–na2o(p45b0)，p2o5–cao–mgo–na2o–b2o3(p45b5)，p2o5–cao–mgo–na2o–fe2o3(p45fe3)與p2o5–cao–mgo–na2o–b2o3–fe2o3(p45b5fe3)這四種玻璃纖維與聚乳酸納米材料(數(shù)字為元素所代表氧化物的質(zhì)量比，如p＝p2o5)，圖中可見多種玻璃纖維與納米材料在其接觸界面均形成了緊密的結(jié)合，并直接對材料機械性能起到了一個加強作用。

本實施例在四層竹纖維片材加強的情況下，所得復合材料彎曲模量為7gpa，拉伸、彎曲與懸臂梁沖擊強度分別達到72mpa、84mpa與73mpa。

原聚丙烯材料彎曲模量僅為2.3gpa，拉伸、彎曲與懸臂梁沖擊強度分別為34mpa、37mpa與35mpa。