[发明专利]一种含天然麻纤维的形状记忆聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，特别涉及一种含天然麻纤维的形状记忆聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，汽车轻量化成为汽车行业发展的一个趋势，因此越来越多的汽车零部件采用塑料来替代金属，减轻汽车重量。另外汽车保险杠在使用过程中难免经受外力冲击，有时会产生不可回复的变形，此时保险杠的可回复特性尤为重要。

形状记忆高分子材料近些年来的发展突飞猛进，其中热致形状记忆高分子材料是其中的重点。高分子材料要达到形状记忆功能，必须具有固定相和可逆相两种相态，当形状记忆高分子产生形变时，升高温度，可逆相的分子链段开始解冻，产生的形变在内应力的作用下回复到起始状态，而固定相此时起着物理交联点固定形状的作用。

董保健、李树材等人的《PP/PET/POE-g-MAH形状记忆合金的制备与性能研究》一文中，以POE-g-MAH作为PP/PET共混体系反应性增容剂，采用熔融共混法制备出一种具有物理交联结构的PP/PET热致形状记忆共混合金。增容剂POE-g-MAH的加入增大了PP和PET两者之间的界面粘结力，有助于提高共混合金的形状记忆性能和力学性能，并保持了共混合金良好的耐热性能。

气凝胶（aerogel）是一种轻质、多孔、非晶态的固体材料，颗粒尺寸介于1-100 nm之间，是典型的纳米材料，其孔隙率可达80%-99.8%，具有非常优异的性能，其密度最低达1kg/m³。聚合物交联的二氧化硅气凝胶具有优良的韧性和一定的强度，气凝胶内部的微粒结构包含初次粒子和二次粒子，聚合物交联的效果相当于在凝胶表面形成了一层“涂层”，“涂层”的存在使得二次粒子之间有一定的缓冲作用，当施加一定的外力时，二次粒子之间会发生滑移，而初次粒子保持不变，当外力撤除时，样品能回复到原来的形状。

因此，本发明研究利用二氧化硅气凝胶开发一种用于汽车保险杠的质轻、高弹性、具有形状记忆的聚丙烯复合材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种含天然麻纤维的形状记忆聚丙烯复合材料，具有优异的形状记忆性能，外力作用下产生的形变可通过加热来回复，满足汽车保险杠材料对形状记忆的要求。

一种含天然麻纤维的形状记忆聚丙烯复合材料，由以下重量份的原料组成：聚丙烯45-66份，正硅酸甲酯12-17份，3-氨丙基三乙氧基硅烷6-12份，马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物4-8份，成核剂1-2份，抗氧剂168 0.5-2份，乙腈50-70份，去离子水25-35份，滑石粉3-7份，偶氮二异丁腈4-8份，苯乙烯20-30份，氯苯溶液适量，甲醇适量，天然麻纤维3-9份，硅油乳液2-4份，碳酸锆钾1-2份；

所述的硅油乳液由以下重量份原料组成：硅油1-2份，十六醇0.8-1份，十二烷基磺酸钠0.5-1份。

具体步骤如下：

（1）二氧化硅凝胶的制备：

将正硅酸甲酯、乙腈和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合成A溶液，去离子水和乙腈混合成B溶液，将A溶液冷却至0℃以下，倒入B溶液中迅速搅拌混合均匀，置室温中形成凝胶，老化放置3-4天，用甲醇洗涤得到二氧化硅湿凝胶，备用；

（2）制备聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶：

将二氧化硅湿凝胶置于溶于偶氮二异丁腈和苯乙烯的氯苯溶液，浸渍2-4天，转移至氯苯溶液中，在70-75℃下反应22-25小时，用氯苯溶液洗涤两次，接着用甲醇进行溶剂置换，超临界干燥即可得到聚苯乙烯交联的块状气凝胶，球磨粉碎至尺寸在20-80目筛间，过筛得到聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶粉体；

（3）天然麻纤维的改性：

①、将硅油、十六醇与十二烷基磺酸钠混合，加入少量45-55℃的去离子水，经机械强力搅拌并超声波分散40-60分钟形成硅油乳液；

②、将天然麻纤维放入硅油乳液中，在75-85℃下超声振荡条件下反应2-4小时，将处理过的天然麻纤维在真空干燥箱中干燥，备用；

（4）混合：

①、将聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、抗氧剂168、成核剂加入到搅拌机中搅拌均匀，之后加入步骤（2）得到的聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶粉体继续搅拌30-50分钟；

②、接着加入步骤（3）得到的改性天然麻纤维、碳酸锆钾继续搅拌15-20分钟，得混合料；

（5）将搅拌均匀的混合料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，共混熔融挤出造粒，得到一种含天然麻纤维的形状记忆聚丙烯复合材料。