[发明专利]一种石墨烯改性芳纶纤维增强聚丙烯复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯改性芳纶纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯（pp）是一种成本低、性能优异、用途广泛的高分子材料，属于热塑性树脂，强度和初始模量都较高，熔点低（160~175℃），因此易作为基体材料固结纤维，而且得到的聚丙烯复合材料具有韧性好、冲击性强、可再生利用等特点，可大大提高其应用范围。

纤维作为聚丙烯复合材料中的增强组分，其主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、氧化铝纤维等，由于价格等因素，除玻璃纤维外，其他纤维价格昂贵，不具备大量应用的前景。但是玻璃纤维在比强度、使用温度、化学稳定性等方面具有较大的局限性，不能完全满足现阶段的各种应用需求。因此，急需寻求一种新纤维以克服现有各种纤维在聚丙烯复合材料上的应用局限。

芳纶纤维是以天然芳纶矿石为原料，将矿石破碎后加入熔窑中，在1450~1500℃熔融后，通过喷丝板拉伸成连续纤维。芳纶纤维的性能优于玻璃纤维，在某些场合能替代碳纤维使用，成本低，替代性强，加之我国芳纶矿藏储量丰富，因此具有广阔的发展前景。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的芳纶纤维增强聚丙烯复合材料中芳纶纤维脆性大，在使用过程中易损伤和断裂，且与基体的相容性差，会大大影响聚丙烯复合材料的加工成型性能和力学性能的问题，提供了一种石墨烯改性芳纶纤维增强聚丙烯复合材料，本发明的石墨烯改性芳纶纤维增强聚丙烯复合材料配方科学，通过各组分之间的相互协同，具有优异的加工性能和力学性能。

本发明还提供了一种芳纶纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，该制备方法步骤简单，可操作性强，适合大规模工业化生产。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯改性芳纶纤维增强聚丙烯复合材料，由以下质量百分比的组分制成：石墨烯改性后的芳纶纤维10~20%，增韧剂10~15%，光稳定剂3.4-4.2%，抗氧剂1.7-2.6%，分散剂2~4%，聚丙烯树脂余量。本发明的复合材料以聚丙烯树脂作为基体材料，关键点是采用全新的采用石墨烯改性后的芳纶纤维作为增强组分，石墨烯改性后的芳纶纤维表面具有一层有机膜，同时在有机膜表面附着有石墨烯，有机膜一方面对纤维表面起到保护作用，使其在使用过程中不易损伤，另一方面对纤维束起到集束作用，提高纤维的韧性，不易断裂，最重要的是，有机膜可以与聚丙烯树脂之间形成较多的化学键，提高芳纶纤维与基体材料之间的相容性，大大改善复合材料的界面性能，因此本发明中省去了增容剂；而石墨烯可以提高芳纶纤维表面的粗糙度，增加与树脂的接触面积，使纤维与树脂之间产生铆钉效应，有效增加纤维与基体之间的结合力。本发明的聚丙烯复合材料配方科学，通过各组分之间的相互协同，具有优异的加工性能和力学性能。

作为优选，所述增韧剂为三元乙丙橡胶，光稳定剂为Tinuvin783，抗氧剂为IRGANOXB225，所述分散剂为HONEYWELLACumistA-6。芳纶纤维的加入会使复合材料变脆，增韧剂可以改善复合材料的断裂韧性和延展性，有利于提高复合材料的性能，优选三元乙丙橡胶；抗氧剂可为各类复配抗氧剂，主要防止制备过程中聚合物的氧化，优选IRGANOXB225；光稳定剂可为各类受阻胺光稳定剂，主要防止聚丙烯树脂的光热老化，优选Tinuvin783；分散剂为微粉化氧化聚乙烯蜡，主要是抗沉淀与抗粘连的作用，优选HONEYWELLACumistA-6。

一种石墨烯改性芳纶纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将芳纶纤维置于浸润液中浸泡30~60min后经分段烘干，得石墨烯改性后的芳纶纤维。

（2）按上述比例依次计量石墨烯改性后的芳纶纤维、增韧剂、光稳定剂、抗氧剂分散剂、聚丙烯树脂后，将各组分混合并喂入双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出造粒，得石墨烯改性芳纶纤维增强聚丙烯复合材料。

作为优选，步骤（1）中，所述芳纶纤维的直径为7~9μm，长度为4~6mm。