[發明專利]在滌綸纖維增強等規聚丙烯復合材料中制備β橫晶的方法

無效

• 申請號: 201010127488.6
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101798421A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 鄭國強;郝曉瓊;申長雨;張雷;張勤星;王松杰;張曉黎;劉春太
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L67/02;D01F6/92;C08J5/06
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

一、技術領域：

本發明涉及一種纖維增強聚丙烯復合材料，特別是涉及一種在滌綸纖維增 強等規聚丙烯復合材料中制備β橫晶的方法。

二、背景技術：

等規聚丙烯(iPP)因其具有良好的可塑性、耐化學品性和低比重，特別是 其熱性能與機械性能的優異結合，使其在注塑、薄膜、纖維生產中得到大量的 應用，現已廣泛應用于汽車制造、家用電器、日常用品和包裝材料等生產領域， 成為僅次于聚乙烯的第二大通用塑料。但它的機械強度差和耐熱性一般，制約 了它的使用范圍。現在對iPP的改性研究主要集中在對它進行增韌，提高其沖擊 強度。

通過加入無機粒子或有機填料來改善iPP的韌性是一種簡單、有效、又經濟 的方法。纖維增強樹脂基復合材料是復合材料中的一個大類。增強纖維包括各 種天然纖維、合成纖維及無機纖維等。在之前研究的iPP復合體系中，更多的是 在iPP基體中加入玻璃纖維來實現增強，并且這種方法已經大量在工業上進行生 產。纖維的引入使得材料的硬度、抗張強度和熱變形溫度大大提高，因此纖維 增強iPP引起許多研究者和技術人員的關注。

iPP的結晶度、晶型以及晶體的結構形態對其性能起至關重要的作用。iPP 結晶結構有α、β、γ、δ和擬六方態五種不同晶型。單斜晶系的α晶型最為穩定， 目前商品化的iPP中主要為此類型，但其韌性差，導致其抗沖擊性能差。γ、δ、 和擬六方晶是聚丙烯中不常見的晶型，均不穩定，β晶屬六方晶系，需要特殊條 件才能生成。β-iPP的楊氏模量和屈服強度低于α-iPP，無論低于或高于玻璃化轉 變溫度(Tg)，韌性都優于α-iPP，具有較高的沖擊強度、熱變形溫度。由于β晶型 iPP具有良好的沖擊韌性，使其近年在改性方面得到重視。此外，β晶型在通常條 件下很難得到，需在特殊條件或工藝下獲得。該β晶型iPP形成途徑一般有：選取 合適的熔融溫度及結晶度、溫度梯度、剪切取向、使用成核劑。前三種方法在 實際工業生產中局限性大、難以實施，添加能誘導生產β晶型的特效成核劑是目 前獲得較高β晶型iPP材料的可行途徑。

在以結晶性聚合物為基體樹脂的纖維或織物增強復合材料中，纖維周圍垂 直于纖維軸方向會形成一層被稱為橫穿結晶的結晶層。之前的研究發現，在滌 綸(聚對苯二甲酸乙二醇酯簡稱PET)纖維增強的等規聚丙烯(iPP)中，橫晶 層以α晶型為主，很少會形成β橫晶。但是在一些特殊情況下，比如在iPP熔體中 拉伸纖維或控制纖維的引入溫度時，可以在纖維周圍形成β橫晶層。閆壽科等曾 進行過這方面的研究，他們是通過控制PET纖維的引入溫度來調節纖維周圍β橫 晶的形成。之前Varga等發現，當在熔融iPP中拉伸PET纖維，依靠界面間的應力 作用來誘導纖維周圍形成β橫晶。但這些研究都是在動態環境下生成β橫晶層， 如果在靜態環境下則很難生成β橫晶，所以這些方法跟實際的工業生產相差甚 遠，不利于指導工業生產。本發明公開了一種可以不改變結晶的環境，直接在 靜態環境下能夠形成β橫晶的方法。

三、發明內容：

本發明要解決的技術問題是提供一種在滌綸纖維增強等規聚丙烯復合材料 中制備β橫晶的方法。本發明方法工藝流程簡單高效，所用材料的組成和配比 均能有效控制。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案是：

本發明提供一種在滌綸纖維增強等規聚丙烯復合材料中制備β橫晶的方法， 所述方法包括以下步驟：

a、滌綸纖維的加工處理：將95～99％滌綸(聚對苯二甲酸乙二醇酯簡稱PET 或滌綸，本發明采用的滌綸為滌綸粒料或粉料)和1～5％β成核劑加入到哈克混 煉室中熔融共混，共混溫度為260～300℃，共混時間為10～18min，共混后將 熔融態的共混物通過拔絲方法制成滌綸纖維；

b、將步驟a制成的滌綸纖維清洗干凈、烘干，烘干后將其和等規聚丙烯(市 場銷售的聚丙烯粒料)在哈克混煉室中熔融共混，共混溫度為170～220℃，共 混時間為10～18min，制備成滌綸纖維增強等規聚丙烯復合材料；所述步驟a制 成的滌綸纖維和等規聚丙烯二者的加入量分別為2～8％和92～98％；

c、消除步驟b制成的滌綸纖維增強等規聚丙烯復合材料的熱歷史，采用DSC 和WAXD方法驗證制備的復合材料中β晶型的存在，采用偏光顯微鏡POM觀 察驗證制備的復合材料中β橫晶的存在。