[发明专利]一种自增强聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，尤其是涉及一种自增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

为提高本体聚合物的强度和硬度，纤维增强体被广泛的用来结构性增强聚合物。但由于增强纤维与基体一般为两种不同组分的材料，如玻璃纤维增强聚丙烯，这使得材料的回收再利用很困难；同时由于增强体与基体间包括表面能在内的物理、化学性质的差异，使得在二者间直接形成良好界面作用来有效传递应力也较为困难。于是研究人员们试图开发基体和增强体具有相同化学组成和物理结构的复合材料。

英国的Leeds大学的研究人员在1975年以高密度聚乙烯体系为基础第一次提出了单一聚合物复合材料(single polymer composites，SPC)的概念——基体和增强体是由同种聚合物的不同形态所构成，国内称之为自增强聚合物。

Abo El Maaty等人首次尝试利用热压法来制备自增强PP复合材料。

Hine等人对PP织物利用热压来制备自增强PP复合材料进行了研究，研究发现PP织物热压最佳温度为182℃，在此温度下结晶度增加20％，其良好的机械性能是由于PP带与PP基体间形成的结晶层，并指出PP基体的分子量和结晶度以及增强PP织物的几何形状和织造方式都将影响最终复合材料的机械性能。

Loos等人对高度拉伸的等规PP增强等规PP基体的形态进行了研究，再次指出基体与增强纤维间结晶层的形成有利于提高复合材料的机械性能。

Houshyar等人对增强纤维含量对PP增强无规PPE复合材料的力学性能和热学性能进行了研究，研究指出随着纤维含量的增加，拉伸、弹性和储能模量也会增加。

目前自增强复合材料的主要制造方法有薄膜叠层法、熔融(溶液或粉末)浸渍法和热压法。

薄膜叠层法是将聚合物纤维均匀缠绕在一金属框上，再铺入基体薄膜，上下加以金属板施压，在纤维和基体二者熔融温度间的合适温度使得聚合物基体发生熔融并浸渍聚合物纤维，在随后的冷却过程中基体结晶并将分散的纤维粘结在一起而形成高性能的复合材料。该方法的缺点是基体熔融状态下的高粘度对纤维难以形成完美浸润，体系中的气泡无法完全排出，一定程度上影响复合材料的整体性能；

熔融(溶液或粉末)浸渍法类似于玻纤增强PP复合材料所用的熔融(溶液或粉末)浸渍法，也是利用高粘度的树脂浸渍纤维增强体，考虑到生产成本，一般用低分子量树脂浸渍纤维增强体。该方法生产过程比较缓慢，成本较高，纤维增强体可能因为局部溶解或熔融而使其机械性能降低；

热压法是聚合物纤维或条带在一定压力的限制下，在处于其熔融范围的温度作用下，纤维或条带表面发生选择性的适量熔融来填满纤维或条带间的空隙，同时纤维或条带的大部分高取向得以保留。该方法的工艺温度范围极窄(1-2℃)，限制了其在工艺上的应用，工工艺复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种宽热压温度窗口、聚丙烯高度取向的自增强聚丙烯复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自增强聚丙烯复合材料，为2-8层的片材经热压得到的层状结构的材料，各层的片材为经筒条带编织得到的平纹、斜纹、缎纹或三维的织物。

所述的片材为三层结构，片材的中间层为熔点高的等规聚丙烯，中间层的上下表面为熔点低的无规共聚聚丙烯构成的表面层。

一种自增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用螺杆共挤出制备由高熔点聚丙烯和低熔点聚丙烯组成的片材，然后将片材分割成5-20mm宽的条带，经过热拉伸后卷取成筒；

(2)将成筒条带编织成织物；

(3)将多层织物热压成复合材料，即得到自增强聚丙烯复合材料。

步骤(1)中所述的高熔点聚丙烯为等规聚丙烯。

步骤(1)中所述的低熔点聚丙烯为无规共聚聚丙烯。

步骤(1)中所述的片材为三层结构，高熔点聚丙烯构成为中间层，低熔点聚丙烯构成上下两个表面层，表面层的质量百分比在5％～10％。

步骤(1)中所述的热拉伸为一步或二步热拉伸，拉伸温度为120℃-140℃，拉伸倍数为5-30。

步骤(2)中所述的织物为平纹、斜纹、缎纹或三维的织物。

步骤(3)中所述的热压为双辊热压或平板热压，热压温度为160-190℃，时间为10-60s。

步骤(3)中所述的多层织物为2-8层的织物。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：