[發明專利]聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 200810200045.8
• 申請日: 2008-09-18
• 公開（公告）號: CN101353434A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 程先華;孫志永;俞亮;吳建軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08J5/06
• 分類號: C08J5/06;C08L23/12;C08L79/04;B29C43/58
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 毛翠瑩

技術領域

本發明涉及一種聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復合材料的制備方法，具體涉及一種采用經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合材料的方法，以求提高復合材料的綜合性能。

背景技術

聚丙烯(PP)作為通用塑料，其原料來源豐富、價格便宜、易于成型加工、產品綜合性能優良，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生翹曲變形等。與傳統工程塑料相比，聚丙烯還存在與其他極性聚合物和無機填料的相容性差等缺陷，從而限制了其應用范圍。通過各種物理、化學方法對其進行改性處理，可以使其性能得到改善，擴大應用范圍，滿足不同的需求。增強復合是對聚丙烯進行改性的十分有效、簡便和經濟實用的方法。目前用于增強聚丙烯的纖維主要有玻璃纖維、碳纖維以及天然纖維。由于各種纖維性質不同，對于增強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-phenylene?benzobisthiasole，簡稱PBO纖維)不僅具有優良的強度、模量、耐熱性和抗燃性，而且具有優異的耐沖擊性、耐摩擦性和尺寸穩定性，其性能遠優于現有的各種有機與無機纖維。將PBO纖維用于填充聚丙烯，將使聚丙烯獲得良好的力學性能和摩擦學性能。但是由于PBO纖維分子鏈呈剛棒狀伸直鏈結構，其分子規則有序的取向結構在賦予PBO纖維上述優異性能的同時也導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PBO纖維與樹脂基體結合的界面粘接性能差，界面剪切強度低，影響了復合材料綜合性能的發揮。所以，為了充分發揮纖維的增強效果，必須對纖維表面進行改性處理，使纖維表面粗化，或者增加纖維表面極性官能團數量，提高纖維表面的自由能，從而提高PBO纖維與樹脂基體的界面粘接強度。

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劑法、化學接枝法等化學方法。現有的PBO纖維表面改性方法存在著處理速度慢，工藝復雜，對纖維損傷大，過程難以控制，效果不穩定等缺點，制約了PBO纖維在復合材料領域的應用，影響了PBO纖維增強樹脂基復合材料的性能，難以滿足高性能的樹脂基復合材料對界面性能的要求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種聚對苯撐苯并雙噁唑纖維/聚丙烯復合材料的制備方法，具有工藝簡單、低成本和高效率的特點，能很好的改善PBO纖維和聚丙烯基體的界面結合力，從而提高復合材料的綜合性能。

為實現上述目的，在本發明的技術方案中，先采用稀土改性劑對PBO纖維進行表面改性處理，再將處理后的PBO纖維同聚丙烯粉料進行機械共混，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。

本發明的復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，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行機械共混，控制PBO纖維的質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℃/小時的速度升溫至180～200℃，保溫3-6小時，使模壓料成型，隨后采用隨爐降溫的方式，降溫到80℃，具體降溫時間視環境條件而定，在整個降溫過程中壓力始終保持恒定，當溫度降到80℃以下后將壓力去掉，將模壓成型后的復合材料連同模具一起取出并冷卻，獲得PBO纖維/聚丙烯復合材料。可以再機械加工成PBO纖維/聚丙烯復合材料試樣或零件。

本發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，對環境無污染。采用經過稀土表面處理的PBO纖維填充聚丙烯制成的復合材料，力學性能好，拉伸強度、彎曲強度和沖擊韌性得到顯著提高。

具體實施方式

以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。以下實施例不構成對本發明的限定。

實施例1：