本發(fā)明涉及復(fù)合材料，具體涉及一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚丙烯具有質(zhì)輕、無毒、絕緣性好、易加工、耐腐蝕等優(yōu)點，是目前用量最大的通用塑料之一，隨著城市化進程的不斷加快，以聚丙烯為原料制備的塑料制品在各行各業(yè)都展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。

2、隨著塑料制品多元化、功能化的發(fā)展需求，對聚丙烯材料提出了更高的要求，聚丙烯材料在使用過程中需要承受各種外力和應(yīng)力，因此聚丙烯復(fù)合材料需要具備高強度性能，以確保塑料制品在受到外力作用時能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性，從而避免塑料制品在使用過程中發(fā)生破裂或損壞，提高塑料制品的安全性和可靠性，其次，聚丙烯屬于易燃材料，在燃燒時易釋放大量熱量并伴隨熔滴現(xiàn)象，極易引發(fā)火災(zāi)，對人們的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，從而限制了塑料制品的應(yīng)用范圍，因此，對聚丙烯進行阻燃改性尤為重要。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中，針對聚丙烯材料性能的提高，大多是通過填充改性的方式使聚丙烯材料的強度、阻燃等性能產(chǎn)生較大的提升，例如公開號為cn103540018b的發(fā)明專利公開了一種高強度聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，該發(fā)明通過在聚丙烯基體中同時添加礦物補強劑硫酸鋇母粒和纖維補強劑玻璃纖維進行改性，輔以其它助劑，使制備的聚丙烯復(fù)合材料具有優(yōu)異的光澤度、機械強度、收縮率和良好的尺寸穩(wěn)定性能，但是使用礦物和纖維等添加劑可使聚丙烯復(fù)合材料的強度得到有效增強，但是硫酸鋇母粒和玻璃纖維與聚丙烯基體之間的相容性較差，并且該聚丙烯復(fù)合材料不具備阻燃的功能，在實際生產(chǎn)中依舊存在缺陷?；诖?，本發(fā)明制備出一種具備優(yōu)異的阻燃性能和力學(xué)強度的聚丙烯復(fù)合材料具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中提到的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料及其制備方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，包括以下重量份的原料：60～80份聚丙烯、5～15份馬來酸酐接枝聚丙烯、5～10份補強填料、4～8份阻燃協(xié)效劑、8～10份鈦白粉、1～3份增塑劑、1～2份抗氧劑、0.5～1.5份潤滑劑。

4、進一步地，所述補強填料的制備方法包括以下步驟：

5、a1：將黃麻纖維超聲分散在n,n-二甲基甲酰胺溶液中，通氮氣保護，加入氯甲基二氯甲基硅烷和促進助劑，混勻后，將體系溫度升高至50～70℃，在該溫度條件下保溫攪拌3～5h，收集固體物料，洗滌，真空干燥，獲得改性黃麻纖維；

6、a2：將改性黃麻纖維和乙醇加入至氮氣保護的反應(yīng)釜中，攪拌均勻后，加入端羥基聚醚砜和碳酸鈉，加畢，開啟加熱，至反應(yīng)釜中溫度達(dá)60～70℃，保溫攪拌3～6h后，過濾物料，取固體樣品，使用去離子水洗滌樣品，干燥，制得補強填料。

7、進一步地，步驟a1中，所述黃麻纖維的直徑為2～10μm，長度為1～4mm。

8、進一步地，步驟a1中，所述促進助劑為吡啶或者三乙胺中的任一種。

9、進一步地，步驟a2中，所述端羥基聚醚砜的重均分子量為1000～5000。

10、進一步地，所述阻燃協(xié)效劑的制備方法包括以下步驟：

11、aa1：將瓜爾膠置于甲苯溶液中，超聲分散10～30min，通氮氣，排出空氣后，加入亞氨基二乙酸和催化劑，攪拌分散均勻，升高溫度至90～110℃，保溫攪拌4～6h，待物料自然冷卻，出料，獲得改性瓜爾膠；

12、aa2：在氮氣保護下，將改性瓜爾膠加入到二甲基亞砜溶液中，機械攪勻，加入磷酸三(2-氯乙基)酯和氫氧化鉀，在攪拌條件下將體系溫度升高至40～60℃，保溫4～8h，停止加熱并將氮氣撤去，降至室溫后出料，得到阻燃協(xié)效劑。

13、進一步地，步驟aa1中，所述催化劑為對甲苯磺酸、氨基磺酸或者三氟甲磺酸中的任一種。

14、進一步地，步驟aa1中，所述瓜爾膠和亞氨基二乙酸的質(zhì)量比為1:0.1～0.3。

15、進一步地，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛脂或者鄰苯二甲酸二異癸酯中的任一種；所述抗氧劑為抗氧劑1076、抗氧劑168或者抗氧劑2246中的任一種；所述潤滑劑為石蠟或者聚乙烯蠟中的任一種。

16、一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

17、（1）將聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、補強填料、阻燃協(xié)效劑、鈦白粉、增塑劑、抗氧劑和潤滑劑加入到攪拌機中，在500～700r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌混合20～40min，出料，獲得預(yù)混料；

18、（2）將步驟（1）獲得的預(yù)混料投入到雙螺桿擠出機中，設(shè)置擠出機的轉(zhuǎn)速為300～500r/min，熔融溫度為190～210℃，進行熔融擠出造粒，得到聚丙烯復(fù)合材料。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、（1）本發(fā)明制備的補強填料為表面接枝有端羥基聚醚砜的黃麻纖維，黃麻纖維在經(jīng)過有機改性后，提高了其在聚丙烯基體中的分散性，使之在使用過程中不易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，一方面利用黃麻纖維表面的剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，可有效增強聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)強度，實現(xiàn)對聚丙烯的補強，有利于提高聚丙烯復(fù)合材料及其制品的使用壽命，另一方面可利用黃麻纖維自身優(yōu)異的力學(xué)性能，與剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生協(xié)同，避免塑料制品在受到外力作用時，發(fā)生破裂或損壞等問題，進一步增強聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)強度，此外，補強填料結(jié)構(gòu)中的硅元素能夠與阻燃協(xié)效劑產(chǎn)生協(xié)同阻燃的效果，從而提高了聚丙烯復(fù)合材料的阻燃性能。

21、（2）本發(fā)明通過制備阻燃協(xié)效劑，對聚丙烯復(fù)合材料進行阻燃改性，阻燃協(xié)效劑結(jié)構(gòu)中的瓜爾膠可作為碳源，在燃燒過程中可以快速形成致密的膨脹碳層結(jié)構(gòu)，有效阻隔氧氣和熱量，阻止燃燒進一步進行，同時，瓜爾膠結(jié)構(gòu)中引入的氮-磷阻燃劑可以在聚丙烯復(fù)合材料發(fā)生燃燒時生成氮氣、氨氣等不可燃燒氣體，以及能夠產(chǎn)生促進聚丙烯復(fù)合材料快速脫水的磷酸衍生物，產(chǎn)生協(xié)效阻燃效果，從而增強了聚丙烯復(fù)合材料的阻燃性能，降低了火災(zāi)的破壞性和人員傷亡的風(fēng)險，此外，在熔融共混過程中，阻燃協(xié)效劑結(jié)構(gòu)中的羥基等基團可以與基體中的馬來酸酐接枝聚丙烯發(fā)生相互作用，提高聚丙烯復(fù)合材料的交聯(lián)密度，進而使制備的聚丙烯復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)強度，同時實現(xiàn)了在聚丙烯材料中固定阻燃劑的目的。

22、當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：60～80份聚丙烯、5～15份馬來酸酐接枝聚丙烯、5～10份補強填料、4～8份阻燃協(xié)效劑、8～10份鈦白粉、1～3份增塑劑、1～2份抗氧劑、0.5～1.5份潤滑劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，所述補強填料的制備方法包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，步驟a1中，所述黃麻纖維的直徑為2～10μm，長度為1～4mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，步驟a1中，所述促進助劑為吡啶或者三乙胺中的任一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，步驟a2中，所述端羥基聚醚砜的重均分子量為1000～5000。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，所述阻燃協(xié)效劑的制備方法包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，步驟aa1中，所述催化劑為對甲苯磺酸、氨基磺酸或者三氟甲磺酸中的任一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，步驟aa1中，所述瓜爾膠和亞氨基二乙酸的質(zhì)量比為1:0.1～0.3。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料，其特征在于，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛脂或者鄰苯二甲酸二異癸酯中的任一種；所述抗氧劑為抗氧劑1076、抗氧劑168或者抗氧劑2246中的任一種；所述潤滑劑為石蠟或者聚乙烯蠟中的任一種。

10.一種如權(quán)利要求1所述的基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于聚丙烯的高強度復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料包括以下原料：聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、補強填料、阻燃協(xié)效劑、鈦白粉、增塑劑、抗氧劑、潤滑劑；其中，補強填料是通過將黃麻纖維與端羥基聚醚砜進行化學(xué)連接，利用補強填料中黃麻纖維自身優(yōu)異的力學(xué)性能和剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，可有效增強聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)強度，阻燃協(xié)效劑是通過在瓜爾膠的結(jié)構(gòu)中引入氮?磷阻燃劑，從而提高聚丙烯復(fù)合材料的阻燃性能，降低火災(zāi)的破壞性和人員傷亡的風(fēng)險，有利于提高聚丙烯復(fù)合材料及其制品的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：李振峰,熊小金,熊圣全
受保護的技術(shù)使用者：江西笨曉熊環(huán)保材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10