本发明涉及功能性塑料技术领域，具体涉及一种负载铁粉多孔碳取向增强塑料片材的方法。
背景技术：
由碳纤维和基体树脂形成的碳纤维增强塑料（以下也有时称作cfrp[carbonfiberreinforcedplastic]）的机械特性、轻质性、耐腐蚀性等优异，因此在各种用途中广泛展开应用。但也存在诸多缺陷。如果无机增强填料添加量过大，与轻量化趋势背道而驰，同时会造成复合材料力学性能下降。
为了获得优异的成型性（赋型性）而使用了由不连续碳纤维形成的基材的cfrp中，目前为止尚不存在机械特性具有那样高的各向异性的cfrp。如此，难以得到兼顾赋型性和特定方向的机械特性的材料。连续玻纤预浸片材增强热塑性塑料蜂窝复合片材具有优异的拉伸强度、弯曲强度模量、高低温冲击强度等，并具有相对较低的密度和可回收利用等特点；但是已有技术由多层材料复合生产的塑料蜂窝复合片材，上下表层材料和蜂窝芯层多采用粘结剂粘结，但连接牢固性不足，极易发生脱胶分层，直接影响片材的使用寿命。
干式碳纤维基材中含浸基体树脂成型为cfrp的方法中，使用利用连续的碳纤维形成的基材而成型得到的cfrp的机械特性优异，但在赋型或成型阶段由于连续碳纤维难以活动，因此成型为期望形状的成型性（赋型性）差。另一方面，使用利用不连续的碳纤维形成的基材而成型得到的cfrp中，由于碳纤维容易活动，因此成型性（赋型性）优异，但只能得到机械特性低的成型品。
磁性塑料主要是指带有磁性的塑料制品，具有密度小、耐冲击强度大等特点，其制品可进行切割、切削、钻孔、焊接、层压和压花等加工，被广泛应用于电子、电气、仪器仪表、通讯、文教、医疗卫生及日常生活中的诸多领域。同时，可加工成尺寸精度高、薄壁、复杂性状的制品，可成型带嵌件制品，实现电磁设备的小型化、轻量化、精密化和高性能化。因此，在某些新的领域，烧结磁体正在逐步被磁性塑料代替。同时，磁性塑料比烧结磁体耗能低，完全符合国家建设资源节约型、环境友好型社会的战略部署。我国的磁性塑料发展较晚，但近年来发展迅速，已经进入了实用阶段，广泛用于航空航天、汽车、彩电、计算机、复印机等领域。在计算机软驱电机、复印机显影辊、定影辊、汽车集成仪表、机械手、机器人的控制元件等方面，磁性塑料已经取代了传统烧结磁体。
但现有的磁性塑料多是在塑料中直接添加铁粉，成为复合的磁性塑料，但是铁粉与塑料本体的结合较差，导致磁性塑料的性能不稳定；或者粉末在塑料本体中易于团聚，分散性差，使得磁性塑料不均一。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种负载铁粉多孔碳取向增强塑料片材的方法，解决了机械性能不好、力学性能较差的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种负载铁粉多孔碳取向增强塑料片材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1准备原料：按重量份，聚烯烃树脂80-85份，偶联剂8-10份，天然纤维30-40份，水溶性乳液12-15份，造孔剂3-5份，铁粉悬浮液12-15份，分散剂3-5份，填充剂15-18份，塑化剂5-7份，抗静电剂8-12份；
s2制备铁粉悬浮液：将s1步骤中铁粉加入有机醇溶液中搅拌8-15min，得到铁粉悬浮液待用；
s3活化天然纤维：将s1步骤中天然纤维在氮气氛围中水蒸气活化30-45min得到活化天然纤维；
s4制备多孔碳：将s3步骤中活化之后的天然纤维加入水溶性乳液中混合3-5min，再加入造孔剂混合1-2min，在-5℃-0℃的温度下冷冻2-3h，再放入50℃-60℃的烘箱中2-3h，再放入高温碳化炉中在500℃-700℃下煅烧30-45min，得到多孔碳待用；
s5制备负载铁粉多孔碳：将s2步骤中制备得到的铁粉悬浮液与s4步骤中制备得到的多孔碳搅拌混合30-45min后静置30-45min，再放入50℃-60℃的烘箱中45-60min，得到负载铁粉多孔碳待用；
s6塑料片材的制备：将s5步骤制备得到负载铁粉多孔碳与偶联剂、分散剂、填充剂、塑化剂和抗静电剂在温度20-35℃下搅拌10-15min，加入聚烯烃树脂混合，压延制得到片材；
s7磁化：将s5步骤中片材放置在磁化室中，加热至塑料片材软化，磁化10-15min，利用冷辊定型，得到成品。
所述聚烯烃树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚1-丁烯树脂或环烯烃树脂；
所述偶联剂为kh560硅烷偶联剂；
所述水溶性乳液为水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液；
所述分散剂为氧化聚乙烯蜡；
所述填充剂为硅藻土或滑石粉
所述塑化剂为马来酸二异丁酯；
所述抗静电剂为乙氧基月桂酷胺或甘油一硬脂酸酯。
所述造孔剂为无机发泡剂和有机发泡剂按照质量比为1：（6-8）混合而成。其中，所述无机发泡剂为碳酸氢钠；所述有机发泡剂石油醚、乙醚、二氯甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷中的至少一种。碳酸氢钠作为发泡主料的发泡效率高，且使用条件较为简单，在70-80℃即可达到非常高的发泡效率，与有机发泡剂混合使用可物质利用率高，提升总体的发气量。
所述铁粉悬浮液为铁粉与有机醇溶液按照质量比为1：（4-6）混合而成。其中，所述铁粉为粒径小于2微米；所述有机醇溶液为乙二醇或丙三醇。
所述磁化室中磁场强度≥5600gs。
利用天然纤维自身的纤维状特性，通过碳化并赋予铁粉，在分散于聚烯烃片材后，在热塑性聚烯烃片材软化状态时进行磁化，其中的纤维状多孔碳发生微移动，由于纤维横向受阻力大，因此在纵向移动明显，使纤维状的磁化多孔碳发生取向，另一方面使团聚的多孔碳拉伸开，从而达到增强塑料片材的目的。
本发明的有益效果是：通过添加造孔剂并煅烧制得多孔碳材料后使其负载铁粉，得到负载铁粉多孔碳不同于传统的多孔碳，其具有一定的纤维状特性，分散于聚烯烃中，在外加磁场作用下，一方面，使纤维状的磁化多孔碳发生取向增强，另一方面使团聚的多孔碳拉伸开，从而达到增强塑料片材的目的。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种利用负载铁粉多孔碳取向增强塑料片材，原料重量份：聚乙烯树脂85份，kh560硅烷偶联剂9份，天然纤维35份，水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液15份，造孔剂4份，铁粉悬浮液14份，氧化聚乙烯蜡4份，硅藻土18份，马来酸二异丁酯6份，乙氧基月桂酷胺10份。
具体地，所述造孔剂为无机发泡剂和有机发泡剂按照质量比为1：7混合而成。
具体地，所述无机发泡剂为碳酸氢钠；所述有机发泡剂石油醚。
具体地，所述铁粉悬浮液为铁粉与有机醇溶液按照质量比为1：5混合而成。
具体地，所述有机醇溶液为乙二醇。
上述利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材的制备方法，包括如下步骤：
s1准备原料：按上述重量份准备聚乙烯树脂、kh560硅烷偶联剂、天然纤维、水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液、造孔剂、铁粉、有机醇溶液、氧化聚乙烯蜡、硅藻土、马来酸二异丁酯和乙氧基月桂酷胺；
s2制备铁粉悬浮液：将s1步骤中铁粉加入有机醇溶液中搅拌12min，得到铁粉悬浮液待用；
s3活化天然纤维：将s1步骤中天然纤维在氮气氛围中水蒸气活化40min得到活化天然纤维；
s4制备多孔碳：将s3步骤中活化之后的天然纤维加入水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液中混合4min，再加入造孔剂混合2min，在-5℃-0℃的温度下冷冻2.5h，再放入55℃的烘箱中2.5h，再放入高温碳化炉中在600℃下煅烧40min，得到多孔碳待用；
s5制备负载铁粉多孔碳：将s2步骤中制备得到的铁粉悬浮液与s4步骤中制备得到的多孔碳搅拌混合40min后静置40min，再放入55℃的烘箱中50min，得到负载铁粉多孔碳待用；
s6塑料片材的制备：将s4步骤制备得到负载铁粉多孔碳与kh560硅烷偶联剂、氧化聚乙烯蜡、硅藻土、马来酸二异丁酯和乙氧基月桂酷胺在温度30℃下搅拌12min，在加入聚乙烯树脂混合，压延制得到片材；
s7磁化：将s5步骤中片材放置在磁化室中，加热至塑料片材软化，磁化10min，利用冷辊定型，得到成品。磁场强度5800gs。
实施例2
一种利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材，原料重量份：聚丙烯树脂82份，kh560硅烷偶联剂10份，天然纤维40份，水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液15份，造孔剂5份，铁粉悬浮液15份，氧化聚乙烯蜡5份，滑石粉18份，马来酸二异丁酯7份，甘油一硬脂酸酯12份。
具体地，所述造孔剂为无机发泡剂和有机发泡剂按照质量比为1：8混合而成。
具体地，所述无机发泡剂为碳酸氢钠；所述有机发泡剂为乙醚。
具体地，所述铁粉悬浮液为铁粉与有机醇溶液按照质量比为1：6混合而成。
具体地，所述有机醇溶液为丙三醇。
上述利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材的制备方法，包括如下步骤：
s1准备原料：按上述重量份准备聚丙烯树脂、kh560硅烷偶联剂、天然纤维、水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液、造孔剂、铁粉、有机醇溶液、氧化聚乙烯蜡、滑石粉、马来酸二异丁酯和甘油一硬脂酸酯；
s2制备铁粉悬浮液：将s1步骤中铁粉加入有机醇溶液中搅拌15min，得到铁粉悬浮液待用；
s3活化天然纤维：将s1步骤中天然纤维在氮气氛围中水蒸气活化45min得到活化天然纤维；
s4制备多孔碳：将s3步骤中活化之后的天然纤维加入水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液中混合5min，再加入造孔剂混合1min，在-5℃-0℃的温度下冷冻3h，再放入60℃的烘箱中2h，再放入高温碳化炉中在700℃下煅烧30min，得到多孔碳待用；
s5制备负载铁粉多孔碳：将s2步骤中制备得到的铁粉悬浮液与s4步骤中制备得到的多孔碳搅拌混合45min后静置45min，再放入60℃的烘箱中45min，得到负载铁粉多孔碳待用；
s6塑料片材的制备：将s4步骤制备得到负载铁粉多孔碳与kh560硅烷偶联剂、氧化聚乙烯蜡、滑石粉、马来酸二异丁酯和甘油一硬脂酸酯在温度35℃下搅拌10min，在加入聚丙烯树脂混合，压延制得到片材；
s7磁化：将s5步骤中片材放置在磁化室中，加热至塑料片材软化，磁化15min，利用冷辊定型，得到成品。磁场强度6000gs。
实施例3
一种利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材，原料重量份：聚1-丁烯树脂80份，kh560硅烷偶联剂8份，天然纤维30份，水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液12份，造孔剂3份，铁粉悬浮液12份，氧化聚乙烯蜡3份，硅藻土15份，马来酸二异丁酯5份，乙氧基月桂酷胺8份。
具体地，所述造孔剂为无机发泡剂和有机发泡剂按照质量比为1：6混合而成。
具体地，所述无机发泡剂为碳酸氢钠；所述有机发泡剂二氯甲烷。
具体地，所述铁粉悬浮液为铁粉与有机醇溶液按照质量比为1：4混合而成。
具体地，所述有机醇溶液为丙三醇。
上述利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材的制备方法，包括如下步骤：
s1准备原料：按上述重量份准备聚1-丁烯树脂、kh560硅烷偶联剂、天然纤维、水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液、造孔剂、铁粉、有机醇溶液、氧化聚乙烯蜡、硅藻土、马来酸二异丁酯和乙氧基月桂酷胺；
s2制备铁粉悬浮液：将s1步骤中铁粉加入有机醇溶液中搅拌8min，得到铁粉悬浮液待用；
s3活化天然纤维：将s1步骤中天然纤维在氮气氛围中水蒸气活化30min得到活化天然纤维；
s4制备多孔碳：将s3步骤中活化之后的天然纤维加入水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液中混合3-5min，再加入造孔剂混合2min，在-5℃-0℃的温度下冷冻2.0h，再放入60℃的烘箱中2h，再放入高温碳化炉中在500℃下煅烧45min，得到多孔碳待用；
s5制备负载铁粉多孔碳：将s2步骤中制备得到的铁粉悬浮液与s4步骤中制备得到的多孔碳搅拌混合30min后静置30min，再放入50℃的烘箱中60min，得到负载铁粉多孔碳待用；
s6塑料片材的制备：将s4步骤制备得到负载铁粉多孔碳与kh560硅烷偶联剂、氧化聚乙烯蜡、硅藻土、马来酸二异丁酯和乙氧基月桂酷胺在温度20℃下搅拌15min，在加入聚1-丁烯树脂混合，压延制得到片材；
s7磁化：将s5步骤中片材放置在磁化室中，加热至塑料片材软化，磁化10min，利用冷辊定型，得到成品。磁场强度5800gs。
实施例4
一种利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材，原料重量份：环烯烃树脂聚苯乙烯83份，kh560硅烷偶联剂9份，天然纤维38份，水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液14份，造孔剂4份，铁粉悬浮液14份，氧化聚乙烯蜡4份，滑石粉17份，马来酸二异丁酯6份，甘油一硬脂酸酯12份。
具体地，所述造孔剂为无机发泡剂和有机发泡剂按照质量比为1：8混合而成。
具体地，所述无机发泡剂为碳酸氢钠；所述有机发泡剂石油醚和乙醚。
具体地，所述铁粉悬浮液为铁粉与有机醇溶液按照质量比为1：6混合而成。
具体地，所述有机醇溶液为乙二醇。
上述利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材的制备方法，包括如下步骤：
s1准备原料：按上述重量份准备环烯烃树脂、kh560硅烷偶联剂、天然纤维、水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液、造孔剂、铁粉、有机醇溶液、氧化聚乙烯蜡、滑石粉、马来酸二异丁酯和甘油一硬脂酸酯；
s2制备铁粉悬浮液：将s1步骤中铁粉加入有机醇溶液中搅拌13min，得到铁粉悬浮液待用；
s3活化天然纤维：将s1步骤中天然纤维在氮气氛围中水蒸气活化35min得到活化天然纤维；
s4制备多孔碳：将s3步骤中活化之后的天然纤维加入水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液中混合4min，再加入造孔剂混合2min，在-5℃-0℃的温度下冷冻2.8h，再放入55℃的烘箱中2.8h，再放入高温碳化炉中在650℃下煅烧35min，得到多孔碳待用；
s5制备负载铁粉多孔碳：将s2步骤中制备得到的铁粉悬浮液与s4步骤中制备得到的多孔碳搅拌混合35min后静置35min，再放入55℃的烘箱中55min，得到负载铁粉多孔碳待用；
s6塑料片材的制备：将s4步骤制备得到负载铁粉多孔碳与kh560硅烷偶联剂、氧化聚乙烯蜡、滑石粉、马来酸二异丁酯和甘油一硬脂酸酯在温度25℃下搅拌14min，在加入环烯烃树脂混合，压延制得到片材；
s7磁化：将s5步骤中片材放置在磁化室中，加热至塑料片材软化，磁化15min，利用冷辊定型，得到成品。磁场强度6500gs。
制备得到的塑料片材厚度为2mm，拉伸强度29.5mpa。
对比例1
一种利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材，原料重量份：环烯烃树脂聚苯乙烯83份，kh560硅烷偶联剂9份，天然纤维38份，水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液14份，造孔剂4份，铁粉悬浮液14份，氧化聚乙烯蜡4份，滑石粉17份，马来酸二异丁酯6份，甘油一硬脂酸酯12份。
具体地，所述造孔剂为无机发泡剂和有机发泡剂按照质量比为1：8混合而成。
具体地，所述无机发泡剂为碳酸氢钠；所述有机发泡剂石油醚和乙醚。
具体地，所述铁粉悬浮液为铁粉与有机醇溶液按照质量比为1：6混合而成。
具体地，所述有机醇溶液为乙二醇。
上述利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材的制备方法，包括如下步骤：
s1准备原料：按上述重量份准备环烯烃树脂、kh560硅烷偶联剂、天然纤维、水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液、造孔剂、铁粉、有机醇溶液、氧化聚乙烯蜡、滑石粉、马来酸二异丁酯和甘油一硬脂酸酯；
s2制备铁粉悬浮液：将s1步骤中铁粉加入有机醇溶液中搅拌13min，得到铁粉悬浮液待用；
s3活化天然纤维：将s1步骤中天然纤维在氮气氛围中水蒸气活化35min得到活化天然纤维；
s4制备多孔碳：将s3步骤中活化之后的天然纤维加入水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液中混合4min，再加入造孔剂混合2min，在-5℃-0℃的温度下冷冻2.8h，再放入55℃的烘箱中2.8h，再放入高温碳化炉中在650℃下煅烧35min，得到多孔碳待用；
s5制备负载铁粉多孔碳：将s2步骤中制备得到的铁粉悬浮液与s4步骤中制备得到的多孔碳搅拌混合35min后静置35min，再放入55℃的烘箱中55min，得到负载铁粉多孔碳待用；
s6塑料片材的制备：将s4步骤制备得到负载铁粉多孔碳与kh560硅烷偶联剂、氧化聚乙烯蜡、滑石粉、马来酸二异丁酯和甘油一硬脂酸酯在温度25℃下搅拌14min，在加入环烯烃树脂混合，压延制得到片材；
s7磁化：将s5步骤中片材放置在磁化室中，加热至塑料片材软化，磁化2min，利用冷辊定型，得到成品。磁场强度500gs。
制备得到的塑料片材厚度为2mm，拉伸强度21.6mpa。与实施例4相比，缩小了磁场强度，导致取向并不明显，为此增强效果有限。
对比例2
一种塑料片材，原料重量份：环烯烃树脂聚苯乙烯83份，kh560硅烷偶联剂9份，天然纤维38份，水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液14份，造孔剂4份，铁粉悬浮液14份，氧化聚乙烯蜡4份，滑石粉17份，马来酸二异丁酯6份，甘油一硬脂酸酯12份。
具体地，所述造孔剂为无机发泡剂和有机发泡剂按照质量比为1：8混合而成。
具体地，所述无机发泡剂为碳酸氢钠；所述有机发泡剂石油醚和乙醚。
具体地，所述铁粉悬浮液为铁粉与有机醇溶液按照质量比为1：6混合而成。
具体地，所述有机醇溶液为乙二醇。
上述利用负载铁粉多孔碳取向增强的塑料片材的制备方法，包括如下步骤：
s1准备原料：按上述重量份准备环烯烃树脂、kh560硅烷偶联剂、天然纤维、水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液、造孔剂、铁粉、有机醇溶液、氧化聚乙烯蜡、滑石粉、马来酸二异丁酯和甘油一硬脂酸酯；
s2制备铁粉悬浮液：将s1步骤中铁粉加入有机醇溶液中搅拌13min，得到铁粉悬浮液待用；
s3活化天然纤维：将s1步骤中天然纤维在氮气氛围中水蒸气活化35min得到活化天然纤维；
s4制备多孔碳：将s3步骤中活化之后的天然纤维加入水溶性聚乙烯醇缩丁醛乳液中混合4min，再加入造孔剂混合2min，在-5℃-0℃的温度下冷冻2.8h，再放入55℃的烘箱中2.8h，再放入高温碳化炉中在650℃下煅烧35min，得到多孔碳待用；
s5制备负载铁粉多孔碳：将s2步骤中制备得到的铁粉悬浮液与s4步骤中制备得到的多孔碳搅拌混合35min后静置35min，再放入55℃的烘箱中55min，得到负载铁粉多孔碳待用；
s6塑料片材的制备：将s4步骤制备得到负载铁粉多孔碳与kh560硅烷偶联剂、氧化聚乙烯蜡、滑石粉、马来酸二异丁酯和甘油一硬脂酸酯在温度25℃下搅拌14min，在加入环烯烃树脂混合，压延制得到片材。
制备得到的塑料片材厚度为2mm，拉伸强度17.8mpa。对比例1相比于实施例4，对压延的片材未进行磁化取向处理。