專利名稱：聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，具 體涉及一種采用經(jīng)過稀土改性劑處理的聚對苯撐苯并雙噁唑纖維填充聚丙烯制 備復(fù)合材料的方法，以求提高復(fù)合材料的綜合性能。
背景技術(shù)：
聚丙烯(PP)作為通用塑料，其原料來源豐富、價(jià)格便宜、易于成型加工、 產(chǎn)品綜合性能優(yōu)良，用途非常廣泛。但聚丙烯也存在一些不足，如耐寒性差、 低溫易脆裂、收縮率大、抗蠕變性差以及容易產(chǎn)生翹曲變形等。與傳統(tǒng)工程塑 料相比，聚丙烯還存在與其他極性聚合物和無機(jī)填料的相容性差等缺陷，從而 限制了其應(yīng)用范圍。通過各種物理、化學(xué)方法對其進(jìn)行改性處理，可以使其性 能得到改善，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，滿足不同的需求。增強(qiáng)復(fù)合是對聚丙烯進(jìn)行改性的 十分有效、簡便和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。目前用于增強(qiáng)聚丙烯的纖維主要有玻璃纖 維、碳纖維以及天然纖維。由于各種纖維性質(zhì)不同，對于增強(qiáng)聚丙烯的制備工 藝和性能的影響也有所不同。
聚對苯撐苯并雙噁唑纖維(Poly-p-phenylenebenzobisthiasole，簡稱PBO纖 維)不僅具有優(yōu)良的強(qiáng)度、模量、耐熱性和抗燃性，而且具有優(yōu)異的耐沖擊性、 耐摩擦性和尺寸穩(wěn)定性，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的各種有機(jī)與無機(jī)纖維。將PB0纖 維用于填充聚丙烯，將使聚丙烯獲得良好的力學(xué)性能和摩檫學(xué)性能。但是由于 PB0纖維分子鏈呈剛棒狀伸直鏈結(jié)構(gòu)，其分子規(guī)則有序的取向結(jié)構(gòu)在賦予PB0纖 維上述優(yōu)異性能的同時(shí)也導(dǎo)致纖維表面非常光滑且活性低，幾乎與所有樹脂基 體都不能很好地浸潤，以至于PB0纖維與樹脂基體結(jié)合的界面粘接性能差，界 面剪切強(qiáng)度低，影響了復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮。所以，為了充分發(fā)揮纖維的 增強(qiáng)效果，必須對纖維表面進(jìn)行改性處理，使纖維表面粗化，或者增加纖維表 面極性官能團(tuán)數(shù)量，提高纖維表面的自由能，從而提高PB0纖維與樹脂基體的
界面粘接強(qiáng)度。
目前，PBO纖維的表面改性處理方法主要有電暈法、冷等離子體法、輻照法 等物理方法以及偶聯(lián)劑法、化學(xué)接枝法等化學(xué)方法?，F(xiàn)有的PB0纖維表面改性 方法存在著處理速度慢，工藝復(fù)雜，對纖維損傷大，過程難以控制，效果不穩(wěn) 定等缺點(diǎn)，制約了 PBO纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用，影響了PBO纖維增強(qiáng)樹脂 基復(fù)合材料的性能，難以滿足高性能的樹脂基復(fù)合材料對界面性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聚對苯撐苯并雙噁唑纖 維/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，具有工藝簡單、低成本和高效率的特點(diǎn)，能很 好的改善PBO纖維和聚丙烯基體的界面結(jié)合力，從而提高復(fù)合材料的綜合性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，先采用稀土改性劑對PBO纖維 進(jìn)行表面改性處理，再將處理后的PBO纖維同聚丙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，然后 將混合粉料放入不銹鋼模具中熱壓成型，制成復(fù)合材料。其中，稀土改性劑的 組分包括稀土化合物、乙醇、乙二胺四乙酸、氯化銨、硝酸和尿素。
本發(fā)明的復(fù)合材料制備方法具體如下
首先，對PBO纖維采用稀土改性劑處理，將PBO纖維浸入改性劑中，浸泡 2 5小時(shí)，過濾后烘干。所采用的稀土改性劑的各組分重量百分比為稀土化 合物2 10%，乙醇72 95%，乙二胺四乙酸1 10%，氯化銨1 5%，硝酸 0.5 1%，尿素0.5 2%。
然后將處理后的PBO纖維與聚丙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，控制PBO纖維的質(zhì) 量百分比為混合粉料的10 20%，攪拌均勻后將混合粉料放入平板硫化機(jī)模具 中，升溫至120 140°C，保持30 40分鐘，然后控制壓力在8 12MPa，再以 30'C/小時(shí)的速度升溫至180 200°C，保溫3-6小時(shí)，使模壓料成型，隨后采用 隨爐降溫的方式，降溫到8(TC，具體降溫時(shí)間視環(huán)境條件而定，在整個(gè)降溫過 程中壓力始終保持恒定，當(dāng)溫度降到80'C以下后將壓力去掉，將模壓成型后的 復(fù)合材料連同模具一起取出并冷卻，獲得PBO纖維/聚丙烯復(fù)合材料?？梢栽贆C(jī) 械加工成PBO纖維/聚丙烯復(fù)合材料試樣或零件。 本發(fā)明所述的稀土化合物可以為氯化鑭、氯化鈰、氧化鑭或氧化鈰。 本發(fā)明所述的聚對苯撐苯并雙噁唑纖維為長度為3 15mm的短切纖維；所
述聚丙烯為均聚聚丙烯。
本發(fā)明采用了稀土改性劑處理PBO纖維表面，工藝方法簡單，成本低，對
環(huán)境無污染。采用經(jīng)過稀土表面處理的PBO纖維填充聚丙烯制成的復(fù)合材料，
力學(xué)性能好，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性得到顯著提高。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。 實(shí)施例1:
所用的原材料包括均聚聚丙烯T30S,齊魯石油化工公司塑料廠生產(chǎn)；PBO 纖維，日本東洋紡公司生產(chǎn)。稀土改性劑各組分重量百分比如下氯化鑭2%， 乙醇93%,乙二胺四乙酸2%，氯化銨1%，硝酸0.5%，尿素1.5%。
先對PBO纖維采用上述稀土改性劑處理，將PBO纖維在室溫下浸入改性劑 中，浸泡2小時(shí)，過濾后，烘干。
將處理后的PBO纖維同聚丙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，PBO纖維的質(zhì)量百分比 為混合粉料的10%，攪拌均勻后將混合粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型，先將 爐溫升溫至120°C ，保持30分鐘，對預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，此時(shí)壓力控制在8MPa， 然后再以3(TC/小時(shí)的速度升溫至18(TC，保溫3小時(shí)，使模壓料成型，隨后采 用隨爐降溫的方式，降溫到8(TC，在整個(gè)降溫過程中壓力保持恒定，當(dāng)溫度降 到8(TC以下后將壓力去掉，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出并冷卻， 獲得PBO纖維/聚丙烯復(fù)合材料。
按照上述方法制得的復(fù)合材料按照GB1449-83標(biāo)準(zhǔn)測試其彎曲強(qiáng)度，結(jié)果 為98.4Mpa。
作為對照例，在相同的纖維含量及復(fù)合材料制備工藝條件下，未處理的PBO 纖維填充聚丙烯復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度為63.5MPa，經(jīng)偶聯(lián)劑處理的PBO纖維填充 聚丙烯復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度為75.8MPa。由此可以看出，本發(fā)明的稀土改性劑處理
對于PBO纖維/聚丙烯復(fù)合材料的彎曲性能提高最為有效。 實(shí)施例2:
所用的原材料為聚丙烯Q/shC001-1998，錦州石化公司；PBO纖維，日 本東洋紡公司生產(chǎn)。稀土改性劑各組分重量百分比氯化鈰7%;乙醇76%; 乙二胺四乙酸(EDTA) 9%;氯化銨5%;硝酸1%;尿素2%。
先對PBO纖維采用上述稀土改性劑處理，將PBO纖維在室溫下浸入改性劑 中，浸泡3小時(shí)，過濾后烘干。
將處理后的PBO纖維同聚丙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，PBO纖維的質(zhì)量百分比 為混合粉料的15%，攪拌均勻后將混合粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型，先將 爐溫升溫至120°C，保持40分鐘，對預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，此時(shí)壓力控制在 10MPa，然后再以3(TC/小時(shí)的速度升溫至180°C，保溫5小時(shí)，使模壓料成型， 隨后采用隨爐降溫的方式，降溫到80°C，具體降溫時(shí)間視環(huán)境條件而定，在整 個(gè)降溫過程中壓力始終保持恒定，當(dāng)溫度降到80'C以下后將壓力去掉，將模壓 成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出并冷卻，獲得PBO纖維/聚丙烯復(fù)合材料。 按照上述方法制備復(fù)合材料后加工成V形缺口試樣，試樣的形狀尺寸符合 GB/T1043-93規(guī)定(I型試樣，A型缺口 )。
采用Charpy沖擊試驗(yàn)機(jī)(型號為XJ-40A，吳忠材料試驗(yàn)機(jī)廠)，按 GB/T1043-93規(guī)定進(jìn)行Charpy沖擊實(shí)驗(yàn)，得到材料沖擊韌性為28.4 kJ/m2。作為 對照例，在相同的纖維含量及復(fù)合材料制備工藝條件下，未處理的復(fù)合材料沖 擊韌性為11.7 kJ/m2，經(jīng)偶聯(lián)劑處理的復(fù)合材料沖擊韌性為15.8 kJ/m2?？梢钥?出本發(fā)明的經(jīng)稀土改性劑處理的復(fù)合材料沖擊韌性最好。 實(shí)施例3
材料同實(shí)施例l，只改變稀土改性劑的配比氧化鑭10%;乙醇82%;乙 二胺四乙酸5%;氯化銨2%;硝酸0.5%;尿素0.5%。
先對PBO纖維采用上述稀土改性劑處理，將PBO纖維在室溫下浸入改性劑 中，浸泡4小時(shí)，過濾后烘千。
將處理后的PBO纖維同聚丙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，PBO纖維的質(zhì)量百分比
為混合粉料的20%，攪拌均勻后將混合粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型，先將 爐溫升溫至140°C，保持30分鐘，保持壓力在12MPa，然后再以3(TC/小時(shí)的 速度升溫至20(TC，保溫6小時(shí)，使模壓料成型，隨后采用隨爐降溫的方式，降 溫到8(TC，在整個(gè)降溫過程中保持壓力恒定，當(dāng)溫度降到8(TC以下后去掉壓力， 將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出并冷卻，獲得PBO纖維/聚丙烯復(fù)合 材料。按照GB1447-83標(biāo)準(zhǔn)測試復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為30.6Mpa。作為對照例， 在相同的纖維含量及復(fù)合材料制備工藝條件下，未處理的13.4MPa，偶聯(lián)劑處理 的20.1Mpa?？梢钥闯霰景l(fā)明的經(jīng)稀土改性劑處理的復(fù)合材料拉伸性能最好。
權(quán)利要求
1、一種聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于先將聚對苯撐苯并雙噁唑纖維浸入稀土改性劑中浸泡2～5小時(shí)，過濾后烘干，將處理后的聚對苯撐苯并雙噁唑纖維同聚丙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，控制聚對苯撐苯并雙噁唑纖維的質(zhì)量百分比為混合粉料的10～20％，攪拌均勻后將混合粉料放入平板硫化機(jī)模具中，升溫至120～140℃，保持30～40分鐘，然后控制壓力在8～12MPa，再以30℃/小時(shí)的速度升溫至180～200℃，保溫3-6小時(shí)，使模壓料成型，隨后采用隨爐降溫的方式降溫到80℃，在整個(gè)降溫過程中保持壓力恒定，當(dāng)溫度降到80℃以下后將壓力去掉，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出并冷卻，獲得聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復(fù)合材料；其中，所述稀土改性劑的組分重量百分比為稀土化合物2～10％，乙醇72～95％，乙二胺四乙酸1～10％，氯化銨1～5％，硝酸0.5～1％，尿素0.5～2％。
2、 如權(quán)利要求1的聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所述的稀土化合物為氯化鑭、氯化鈰、氧化鑭或氧化鈰。
3、 如權(quán)利要求1的聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所述聚對苯撐苯并雙噁唑纖維為長度為3 15mm的短切纖維；所述 聚丙烯為均聚聚丙烯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，先采用稀土改性劑對聚對苯撐苯并雙噁唑纖維進(jìn)行表面改性處理，然后將處理后的聚對苯撐苯并雙噁唑纖維同聚丙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，控制聚對苯撐苯并雙噁唑纖維的質(zhì)量百分比為混合粉料的10～20％，然后將混合粉料放入平板硫化機(jī)模具中熱壓成型，制成復(fù)合材料。其中，稀土改性劑的組分包括稀土化合物、乙醇、乙二胺四乙酸、氯化銨、硝酸和尿素。本發(fā)明工藝方法簡單，成本低，對環(huán)境無污染，采用本發(fā)明的工藝方法制成的復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能。
文檔編號C08L79/00GK101353434SQ20081020004
公開日2009年1月28日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者亮 俞, 吳建軍, 孫志永, 程先華 申請人:上海交通大學(xué)