[发明专利]一种自增强聚合物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技术领域，具体涉及一种自增强聚合物复合材料及其 制备方法。

背景技术

利用纤维增强改性是提高聚合物材料机械性能，扩大其应用范围的重要手 段。常见的增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、涤纶纤维、超高分 子量聚乙烯纤维、芳纶纤维等。无论是对于有机纤维还是无机纤维增强聚合物 复合材料都无法规避一个问题-聚合物基体与增强纤维的界面相容性，这也是决 定改性效果优劣的主要因素。目前常用的提高增强纤维-基体树脂界面相容性的 方法是纤维表面处理和添加第三元材料作为相间增容剂。

不同体系纤维表面处理方法的选择及工艺参数的调控、特殊结构相间增容 剂的合成及结构控制无疑会增加工艺环节，提高加工成本。而且不同复合材料 体系对于表面处理方法及相间增容剂有很强的选择性。因此，对于特定材料体 系，想要获得理想的界面增容及最佳的改性效果是比较困难的。

1975年，英国的Leeds大学的研究人员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(singlepolymercomposites,SPC)的概念-基体和增强相是 由同种聚合物的不同形态所构成，既自增强聚合物。这类复合材料基体与增强 相具有相同的分子结构单元，因此，二者具有理论上最佳的界面相容性。目前， 已有一些商品化的自增强材料，例如Amoco公司生产的Curv^TM产品，已经用于 车底护板、旅行箱、运动器材、防护用品、头盔等领域。该产品是将聚丙烯纤 维布层叠并在严格控温条件下加热而成型，在狭窄的加工温度窗内，聚丙烯纤 维仅在表面熔融，相互粘结，最终获得增强骨架和基体树脂均为聚丙烯的一元 复合材料。国内也有一些研究单位采用相同的方法研究尼龙自体增强材料，但 改性效果鲜有报导。这类加工方法虽然规避了复合材料界面相容性问题，针对 特定材料也获得了很好的改性效果。但是该方法对于材料加工过程中工艺参数 的要求极为严格：1)首先是温度控制，温度稍高会导致纤维晶区熔融，最后形 成完全均相材料，达不到纤维增强效果。温度稍低则有可能影响纤维之间的粘 结，导致复合材料在后期使用过程中的脱粘和性能快速劣化。2)其次是对加工 方法的限制。剪切作用和剪切过程中的传质传热会导致纤维晶区的快速熔融， 最终形成完全均相材料，因此这类复合材料难以通过传统的共混方法制备。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的自增强聚合物复合材料制备工艺要求严格 的技术问题，而提供一种自增强聚合物复合材料及其制备方法。

本发明首先提供一种自增强聚合物复合材料的制备方法，该方法包括：

步骤一：将聚乙烯纤维放入Co-60源或电子束中，在真空或氮气氛围下， 对聚乙烯纤维进行辐照交联，得到交联后的聚乙烯；

步骤二：将步骤一得到的交联后的聚乙烯与聚乙烯进行混炼，得到自增强 聚合物复合材料。

优选的是，所述步骤一的辐照剂量为30～300kGy。

优选的是，所述步骤一聚乙烯纤维为聚乙烯短切纤维或聚乙烯连续纤维。

优选的是，所述的聚乙烯纤维与聚乙烯的质量比为(10～100)：100。

优选的是，所述步骤二的聚乙烯为聚乙烯颗粒或聚乙烯粉末。

优选的是，所述步骤二的混炼温度为130～180℃。

本发明还提供上述制备方法得到的自增强聚合物复合材料。

本发明的有益效果

本发明提供一种自增强聚合物复合材料及其制备方法，该方法采用高能射 线辐射对聚合物纤维进行交联处理，改变纤维材料的加工性能，然后利用传统 工艺方法将其与同质的聚合物材料共混，制备具有两相结构的单一聚合物复合 材料。本发明辐射条件的改变可以实现增强纤维交联程度、耐热性能、加工性 能在一定区间内的变化，通过辐射条件和重量配比的调控，可以实现聚乙烯自 增强复合材料结构和性能的多样化。另外，交联结构不熔融的特点使得复合材 料可以在比较宽的温度窗内经受剪切作用，而不会破坏增强纤维聚集态结构。 与现有技术相对比，本发明的制备方法简单，不受制备工艺的局限，制备得到 的三维体型结构不溶不熔的特点使得增强纤维在热加工时，可以保持自身聚集 态结构和物理性能基本不变，并最终获得宏观均相、微观分相，且不存在明显 界面的复合材料。

具体实施方式

本发明首先提供一种自增强聚合物复合材料的制备方法，该方法包括：