本發(fā)明公開了一種纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料，屬于熱塑性高分子復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：目前，熱塑性復(fù)合材料已成為樹脂基復(fù)合材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)，已有一些熱塑性復(fù)合材料在航空、航天及其他領(lǐng)域得到應(yīng)用。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯的生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，原料來源廣泛，成本相對較低，因此玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯是開發(fā)應(yīng)用較早的熱塑性復(fù)合材料品種之一。界面是復(fù)合材料極為重要的微結(jié)構(gòu)，它是外加載荷從基體向增強(qiáng)材料傳遞的紐帶。聚丙烯是一種分子鏈缺乏活性基團(tuán)的非極性聚合物，很難與玻璃纖維形成有效的界面結(jié)合，人們通過對纖維及基體的改性提高了兩者的界面結(jié)合。結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚丙烯有較強(qiáng)的結(jié)晶能力，與其他的纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料一樣，纖維的表面可能對聚丙烯產(chǎn)生結(jié)晶成核效應(yīng)，在界面形成橫晶，界面橫晶的出現(xiàn)改變了復(fù)合體系的界面結(jié)構(gòu)，將對界面的應(yīng)力傳遞行為及體系的破壞行為產(chǎn)生很大的影響。專利cn201210290291.3公開了一種玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，其采用兩種不同的共聚聚丙烯作為基體樹脂，在相容劑和偶聯(lián)劑的作用下，可以獲得晶粒尺寸細(xì)小而且均勻化的聚丙烯晶粒，提高了拉伸強(qiáng)度，同時加入片狀結(jié)構(gòu)的絹云母，防止產(chǎn)品彎曲變形，在玻璃纖維表面覆蓋偶聯(lián)劑可使纖維與聚丙烯間形成化學(xué)結(jié)合，但化學(xué)結(jié)合后會誘導(dǎo)結(jié)晶，是產(chǎn)生橫晶的主要原因。一般來說，結(jié)晶度增加，聚丙烯的屈服強(qiáng)度、彈性模量、表面硬度也隨之增加，然而聚丙烯有可能隨結(jié)晶度的提高而變脆，韌性降低，隨著晶體尺寸的增大，晶體與晶體由于收縮而產(chǎn)生的微裂紋增大，聚丙烯材料也將變脆，從而降低復(fù)合體系的承載能力。因此，在實(shí)際加工過程中，應(yīng)該避免體系中橫晶的產(chǎn)生，從而提高材料的綜合機(jī)械性能，拓寬聚丙烯粒料的應(yīng)用范圍。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：針對傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料在制備過程中，體系中易產(chǎn)生橫晶，導(dǎo)致產(chǎn)品變脆，韌性降低的問題，提供了一種纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料，其特征在于：是由以下重量份數(shù)的原料組成：20～30份改性玻璃纖維，10～12份接枝改性聚丙烯，80～90份聚丙烯和0.6～0.8份抗氧劑；具體制備方法如下：（1）改性玻璃纖維：將玻璃纖維浸漬于堿液中，經(jīng)過濾和水洗后，將玻璃纖維浸泡于貽貝足粘蛋白溶液中，待浸泡結(jié)束，將玻璃纖維與水按質(zhì)量比為1：8～1：10混合攪拌，并在攪拌過程中滴加玻璃纖維質(zhì)量8～10%的鈦酸四丁酯，待反應(yīng)結(jié)束，過濾，得濾渣，并將所得濾渣與活化酵母液混合發(fā)酵，再經(jīng)干燥和炭化，即得改性玻璃纖維；（2）纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料的合成：將接枝改性聚丙烯、聚丙烯和抗氧劑在攪拌機(jī)中混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)中，并將改性玻璃纖維由擠出機(jī)玻纖加入口連續(xù)加入，擠出造粒，即可。所述的玻璃纖維為無堿玻璃纖維或中堿玻璃纖維中的一種。所述的接枝改性聚丙烯為馬來酸酐接枝改性聚丙烯，甲基丙烯酸接枝改性聚丙烯或衣康酸接枝改性聚丙烯中的一種。所述的抗氧劑是由抗氧劑1010和抗氧劑168按質(zhì)量比為2：1～4：1混合而成。步驟（1）所述的堿液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～5%的氫氧化鈉溶液。步驟（1）所述的貽貝足粘蛋白溶液中，還可以加入貽貝足粘蛋白溶液質(zhì)量0.8～1.2倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的乙酸溶液。步驟（1）所述的玻璃纖維與水混合過程中，還可以加入水質(zhì)量0.5～0.8倍的無水乙醇。步驟（1）所述的活化酵母液是由以下重量份數(shù)的原料組成：6～8份活性干酵母，2～5份糖蜜與70～90份溫度為33～35℃的溫水。步驟（1）所述的炭化條件為：于炭化爐中，以20～30ml/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以3～5℃/min速率程序升溫至600～800℃，保溫炭化3～5h后，隨爐冷卻至室溫。步驟（2）所述的雙螺桿擠出機(jī)擠出工藝參數(shù)為：一區(qū)170～185℃，二區(qū)180～195℃，三區(qū)190～205℃，四區(qū)200～215℃，五區(qū)205～220℃，六區(qū)195～210℃，七區(qū)185～200℃，八區(qū)180～190℃，九區(qū)175～185℃，機(jī)頭180～200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為280～350r/min。本發(fā)明的有益效果是：（1）本發(fā)明首先利用堿液在浸漬過程中侵蝕玻璃纖維，在玻璃纖維表面形成腐蝕凹坑，再配合貽貝足粘蛋白優(yōu)異的粘附性能，粘附于堿浸玻璃纖維表面及凹坑中，并通過添加乙酸溶液防止貽貝足粘蛋白在使用過程中失效，隨后利用貽貝足粘蛋白的吸附性能，吸附體系中水解產(chǎn)生的二氧化鈦，并通過添加無水乙醇，緩解體系中鈦酸四丁酯的水解速率，且一旦形成二氧化鈦晶核即被吸附，在玻璃纖維凹坑和表面牢固包覆一層納米二氧化鈦，再與酵母菌混合發(fā)酵，使酵母菌吸附生長于玻璃纖維表面，在炭化過程中，玻璃纖維表面及凹坑中的有機(jī)質(zhì)被炭化，形成凹凸不平的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，提高玻璃纖維表面的粗糙度，提升纖維表面的浸潤性，從而增強(qiáng)玻璃纖維與聚丙烯樹脂之間的機(jī)械咬合強(qiáng)度；（2）本發(fā)明通過添加少量接枝改性的聚丙烯，通過接枝改性聚丙烯與少量玻璃纖維表面發(fā)生部分反應(yīng)結(jié)合，提高纖維與基體樹脂之間的結(jié)合強(qiáng)度，而由于體系中絕大部分玻璃纖維與聚丙烯樹脂基體并非采用化學(xué)結(jié)合，因此可有效避免體系中橫晶產(chǎn)生，使產(chǎn)品在保持其他機(jī)械性能的同時，韌性得到大大提高，從而獲得綜合機(jī)械性能優(yōu)異的復(fù)合材料。具體實(shí)施方式按質(zhì)量比為1：10～1：15，將玻璃纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～5%氫氧化鈉溶液混合倒入燒杯中，并將燒杯移入超聲振蕩儀，于超聲頻率為40khz條件下，超聲振蕩45～60min，過濾，得堿浸玻璃纖維，并用去離子水洗滌堿浸玻璃纖維直至洗滌液呈中性，再按質(zhì)量比為1：10～1：12，將洗滌后的玻璃纖維與質(zhì)量濃度為1.2～1.8g/l的貽貝足粘蛋白溶液混合，并加入貽貝足粘蛋白溶液質(zhì)量0.8～1.2倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的乙酸溶液，用玻璃棒攪拌混合浸泡3～5h，在浸泡過程中，以3～5ml/min速率向貽貝足粘蛋白溶液中通入空氣，待浸泡結(jié)束，過濾，收集浸泡后的玻璃纖維，并將浸泡后的玻璃纖維與去離子水按質(zhì)量比為1：8～1：10混合倒入反應(yīng)釜中，再加入去離子水質(zhì)量0.5～0.8倍的無水乙醇，于溫度為40～45℃，轉(zhuǎn)速為300～500r/min條件下，向反應(yīng)釜中滴加浸泡后的玻璃纖維質(zhì)量8～10%的鈦酸四丁酯，控制滴加速率為8～10g/min，待滴加結(jié)束，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)2～4h，過濾，得濾渣，再加所得濾渣與活化酵母液按質(zhì)量比為1：30～1：40混合倒入發(fā)酵罐中，于溫度為33～35℃，轉(zhuǎn)速為180～200r/min條件下，恒溫攪拌密閉發(fā)酵3～6h，過濾，得發(fā)酵濾餅，并用去離子水洗滌所得發(fā)酵濾餅3～5次，隨后將洗滌后的發(fā)酵濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的發(fā)酵濾餅轉(zhuǎn)入炭化爐，以20～30ml/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以3～5℃/min速率程序升溫至600～800℃，保溫炭化3～5h后，隨爐冷卻至室溫，出料，得改性玻璃纖維；再按重量份數(shù)計，依次取20～30份改性玻璃纖維，10～12份接枝改性聚丙烯，80～90份聚丙烯和0.6～0.8份抗氧劑，首先將接枝改性聚丙烯、聚丙烯和抗氧劑加入攪拌機(jī)，以800～1000r/min轉(zhuǎn)速高速攪拌混合2～4h，得混合料，再將所得混合料轉(zhuǎn)入雙螺桿擠出機(jī)，并將改性玻璃纖維由擠出機(jī)玻纖加入口連續(xù)加入，于一區(qū)溫度為170～185℃，二區(qū)溫度為180～195℃，三區(qū)溫度為190～205℃，四區(qū)溫度為200～215℃，五區(qū)溫度為205～220℃，六區(qū)溫度為195～210℃，七區(qū)溫度為185～200℃，八區(qū)溫度為180～190℃，九區(qū)溫度為175～185℃，機(jī)頭溫度為180～200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為280～350r/min條件下，擠出造粒，即得纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料。其中所述的玻璃纖維為無堿玻璃纖維或中堿玻璃纖維中的一種。其中所述的接枝改性聚丙烯為馬來酸酐接枝改性聚丙烯，甲基丙烯酸接枝改性聚丙烯或衣康酸接枝改性聚丙烯中的一種。其中所述的活化酵母液是由以下重量份數(shù)的原料組成：6～8份活性干酵母，2～5份糖蜜與70～90份溫度為33～35℃的溫水。實(shí)例1按質(zhì)量比為1：10，將玻璃纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氧化鈉溶液混合倒入燒杯中，并將燒杯移入超聲振蕩儀，于超聲頻率為40khz條件下，超聲振蕩45min，過濾，得堿浸玻璃纖維，并用去離子水洗滌堿浸玻璃纖維直至洗滌液呈中性，再按質(zhì)量比為1：10，將洗滌后的玻璃纖維與質(zhì)量濃度為1.2g/l的貽貝足粘蛋白溶液混合，并加入貽貝足粘蛋白溶液質(zhì)量0.8倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的乙酸溶液，用玻璃棒攪拌混合浸泡3h，在浸泡過程中，以3ml/min速率向貽貝足粘蛋白溶液中通入空氣，待浸泡結(jié)束，過濾，收集浸泡后的玻璃纖維，并將浸泡后的玻璃纖維與去離子水按質(zhì)量比為1：8混合倒入反應(yīng)釜中，再加入去離子水質(zhì)量0.5倍的無水乙醇，于溫度為40℃，轉(zhuǎn)速為300r/min條件下，向反應(yīng)釜中滴加浸泡后的玻璃纖維質(zhì)量8%的鈦酸四丁酯，控制滴加速率為8g/min，待滴加結(jié)束，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)2h，過濾，得濾渣，再加所得濾渣與活化酵母液按質(zhì)量比為1：30混合倒入發(fā)酵罐中，于溫度為33℃，轉(zhuǎn)速為180r/min條件下，恒溫攪拌密閉發(fā)酵3h，過濾，得發(fā)酵濾餅，并用去離子水洗滌所得發(fā)酵濾餅3次，隨后將洗滌后的發(fā)酵濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的發(fā)酵濾餅轉(zhuǎn)入炭化爐，以20ml/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以3℃/min速率程序升溫至600℃，保溫炭化3h后，隨爐冷卻至室溫，出料，得改性玻璃纖維；再按重量份數(shù)計，依次取20份改性玻璃纖維，10份接枝改性聚丙烯，80份聚丙烯和0.6份抗氧劑，首先將接枝改性聚丙烯、聚丙烯和抗氧劑加入攪拌機(jī)，以800r/min轉(zhuǎn)速高速攪拌混合2h，得混合料，再將所得混合料轉(zhuǎn)入雙螺桿擠出機(jī)，并將改性玻璃纖維由擠出機(jī)玻纖加入口連續(xù)加入，于一區(qū)溫度為170℃，二區(qū)溫度為180℃，三區(qū)溫度為190℃，四區(qū)溫度為200℃，五區(qū)溫度為205℃，六區(qū)溫度為195℃，七區(qū)溫度為185℃，八區(qū)溫度為180℃，九區(qū)溫度為175℃，機(jī)頭溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為280r/min條件下，擠出造粒，即得纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料。其中所述的玻璃纖維為無堿玻璃纖維。其中所述的接枝改性聚丙烯為馬來酸酐接枝改性聚丙烯。其中所述的活化酵母液是由以下重量份數(shù)的原料組成：6份活性干酵母，2份糖蜜與70份溫度為33℃的溫水。實(shí)例2按質(zhì)量比為1：15，將玻璃纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%氫氧化鈉溶液混合倒入燒杯中，并將燒杯移入超聲振蕩儀，于超聲頻率為40khz條件下，超聲振蕩60min，過濾，得堿浸玻璃纖維，并用去離子水洗滌堿浸玻璃纖維直至洗滌液呈中性，再按質(zhì)量比為1：12，將洗滌后的玻璃纖維與質(zhì)量濃度為1.8g/l的貽貝足粘蛋白溶液混合，并加入貽貝足粘蛋白溶液質(zhì)量1.2倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的乙酸溶液，用玻璃棒攪拌混合浸泡5h，在浸泡過程中，以5ml/min速率向貽貝足粘蛋白溶液中通入空氣，待浸泡結(jié)束，過濾，收集浸泡后的玻璃纖維，并將浸泡后的玻璃纖維與去離子水按質(zhì)量比為1：10混合倒入反應(yīng)釜中，再加入去離子水質(zhì)量0.8倍的無水乙醇，于溫度為45℃，轉(zhuǎn)速為500r/min條件下，向反應(yīng)釜中滴加浸泡后的玻璃纖維質(zhì)量10%的鈦酸四丁酯，控制滴加速率為10g/min，待滴加結(jié)束，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)4h，過濾，得濾渣，再加所得濾渣與活化酵母液按質(zhì)量比為1：40混合倒入發(fā)酵罐中，于溫度為35℃，轉(zhuǎn)速為200r/min條件下，恒溫攪拌密閉發(fā)酵6h，過濾，得發(fā)酵濾餅，并用去離子水洗滌所得發(fā)酵濾餅5次，隨后將洗滌后的發(fā)酵濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的發(fā)酵濾餅轉(zhuǎn)入炭化爐，以30ml/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以5℃/min速率程序升溫至800℃，保溫炭化5h后，隨爐冷卻至室溫，出料，得改性玻璃纖維；再按重量份數(shù)計，依次取30份改性玻璃纖維，12份接枝改性聚丙烯，90份聚丙烯和0.8份抗氧劑，首先將接枝改性聚丙烯、聚丙烯和抗氧劑加入攪拌機(jī)，以1000r/min轉(zhuǎn)速高速攪拌混合4h，得混合料，再將所得混合料轉(zhuǎn)入雙螺桿擠出機(jī)，并將改性玻璃纖維由擠出機(jī)玻纖加入口連續(xù)加入，于一區(qū)溫度為185℃，二區(qū)溫度為195℃，三區(qū)溫度為205℃，四區(qū)溫度為215℃，五區(qū)溫度為220℃，六區(qū)溫度為210℃，七區(qū)溫度為200℃，八區(qū)溫度為190℃，九區(qū)溫度為185℃，機(jī)頭溫度為200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min條件下，擠出造粒，即得纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料。其中所述的玻璃纖維為無堿玻璃纖維。其中所述的接枝改性聚丙烯為馬來酸酐接枝改性聚丙烯。其中所述的活化酵母液是由以下重量份數(shù)的原料組成：8份活性干酵母，5份糖蜜與90份溫度為35℃的溫水。實(shí)例3按質(zhì)量比為1：10，將玻璃纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氧化鈉溶液混合倒入燒杯中，并將燒杯移入超聲振蕩儀，于超聲頻率為40khz條件下，超聲振蕩45min，過濾，得堿浸玻璃纖維，并用去離子水洗滌堿浸玻璃纖維直至洗滌液呈中性，再按質(zhì)量比為1：10，將洗滌后的玻璃纖維與質(zhì)量濃度為1.2g/l的貽貝足粘蛋白溶液混合，浸泡3h，在浸泡過程中，以3ml/min速率向貽貝足粘蛋白溶液中通入空氣，待浸泡結(jié)束，過濾，收集浸泡后的玻璃纖維，并將浸泡后的玻璃纖維與去離子水按質(zhì)量比為1：8混合倒入反應(yīng)釜中，于溫度為40℃，轉(zhuǎn)速為300r/min條件下，向反應(yīng)釜中滴加浸泡后的玻璃纖維質(zhì)量8%的鈦酸四丁酯，控制滴加速率為8g/min，待滴加結(jié)束，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)2h，過濾，得濾渣，再加所得濾渣與活化酵母液按質(zhì)量比為1：30混合倒入發(fā)酵罐中，于溫度為33℃，轉(zhuǎn)速為180r/min條件下，恒溫攪拌密閉發(fā)酵3h，過濾，得發(fā)酵濾餅，并用去離子水洗滌所得發(fā)酵濾餅3次，隨后將洗滌后的發(fā)酵濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的發(fā)酵濾餅轉(zhuǎn)入炭化爐，以20ml/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以3℃/min速率程序升溫至600℃，保溫炭化3h后，隨爐冷卻至室溫，出料，得改性玻璃纖維；再按重量份數(shù)計，依次取20份改性玻璃纖維，10份接枝改性聚丙烯，80份聚丙烯和0.6份抗氧劑，首先將接枝改性聚丙烯、聚丙烯和抗氧劑加入攪拌機(jī)，以800r/min轉(zhuǎn)速高速攪拌混合2h，得混合料，再將所得混合料轉(zhuǎn)入雙螺桿擠出機(jī)，并將改性玻璃纖維由擠出機(jī)玻纖加入口連續(xù)加入，于一區(qū)溫度為170℃，二區(qū)溫度為180℃，三區(qū)溫度為190℃，四區(qū)溫度為200℃，五區(qū)溫度為205℃，六區(qū)溫度為195℃，七區(qū)溫度為185℃，八區(qū)溫度為180℃，九區(qū)溫度為175℃，機(jī)頭溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為280r/min條件下，擠出造粒，即得纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料。其中所述的玻璃纖維為無堿玻璃纖維。其中所述的接枝改性聚丙烯為馬來酸酐接枝改性聚丙烯。其中所述的活化酵母液是由以下重量份數(shù)的原料組成：6份活性干酵母，2份糖蜜與70份溫度為33℃的溫水。分別將本發(fā)明實(shí)例1至3所得纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料與傳統(tǒng)市售纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料（對比例）于90℃條件下干燥4h，再于注塑機(jī)中注塑制成樣條，并對樣條性能進(jìn)行檢測，具體檢測方法如下所述：拉伸性能和缺口沖擊強(qiáng)度：萬能制樣機(jī)上制備拉伸和無缺口沖擊樣條，采用美國instron萬能強(qiáng)力試驗儀按astm-d638標(biāo)準(zhǔn)測試其拉伸性能；采用懸臂梁沖擊儀按astm-d256測試缺口沖擊性能；耐熱溫度測定：升溫速率為120℃/h，壓力為1.85mpa；mfr測定：220℃，5.0kg載荷；檢測結(jié)果如表1所示：表1拉伸強(qiáng)度/mpa彎曲強(qiáng)度/mpa彎曲模量/gpa斷裂伸長率/%缺口沖擊強(qiáng)度/（kj/m2）耐熱溫度/℃mfr/（g/10min）對比例32.445.24.114.54.5112.614.5實(shí)例196.8123.65.224.513.2158.915.2實(shí)例299.9132.85.428.913.8163.515.8實(shí)例390.5116.85.122.112.9156.915.0由表1所示檢測結(jié)果可知，本發(fā)明所得纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料機(jī)械性能均有提升，根據(jù)斷裂伸長率和缺口沖擊強(qiáng)度可知，材料韌性得到大大提高。當(dāng)前第1頁12