本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术：
聚丙烯PP被广泛的应用在日常生活的各个方面，然而随着科技社会的发展，PP较低的强度和模量已不能满足在一些工程领域的应用。提高PP的拉伸强度和模量是扩宽PP应用的有效途径，也是PP高性能化的一个重要领域。玻璃纤维GF是一种一维结构的无机填料，具有高强度和模量，当其加入到聚合物基体时。其作为骨架能够有效的承担应力和载荷。从而可以显著提高聚合物基体的力学性能和耐热性能。
目前，已有大量的玻璃纤维增强聚合物等方面研究报道。然而，由于玻璃纤维与聚合物基体之间的相互作用力很弱，很容易从合物基体中脱落形成空洞，因此常需要对玻璃纤维进行增容改性。常见的增容改性方法是向聚合物基体中加入一些含有与无机填料极性相似官能团的马来酸酐接枝聚合物或者偶联剂，常见的有硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂等。现普遍认为硅烷偶联剂改善无机填料与聚合物基体间的相互作用机理是化学键合理论：硅烷水解后与无机物。和有机物表面间形成化学键，以桥接的方式使不相容的两相紧密结合。工业上主要是用液相处理法处理玻纤。即用浸渍、喷涂等方法对玻纤进行表面改性。增容剂马来酸酐接枝聚丙烯MAPP由于加料方便、便于计量、增容效果好，常被用来改善无机填料与PP基体问的界面相互作用。
技术实现要素：
本发明旨在解决上述问题，提供一种聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将短玻璃纤维于60℃下干燥24h；
（2）对偶联剂进行浸渍清洗干燥处理；
（3）再将PP和处理后的玻璃纤维在双螺杆挤出机上共混，挤出后切粒干燥至恒重，切粒干燥的温度为60℃；
（4）干燥后的母料置于注塑机中注塑成冲击强度测试样条和哑铃状拉伸样条，室温下静置24h后完成制备。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述偶联剂为硅烷偶联剂或酸酯偶联剂。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述偶联剂的处理方式为：经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维需在硅烷偶联剂水解后的醇溶液中浸渍完全，再用无水乙醇洗去未经反应的硅烷偶联剂，于60℃下干燥72h。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述偶联剂的处理方式为：经铝酸酯偶联剂处理的玻璃纤维需在铝酸酯偶联剂的甲苯溶液中浸渍完全，再经甲苯洗涤，于60℃下干燥72h。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述硅烷偶联剂的用量为3-6g。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述短玻璃纤维的长度为3-5mm。
本发明的技术效果在于：
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，使用熔融共混法研究了两种硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂以及马来酸酐接枝聚丙烯改性玻璃纤维对玻璃纤维填充聚丙烯复合材料的力学性能的影响。并用扫描电子显微镜观察了几种不同的表面处理对聚丙烯/玻璃纤维复合材料断面形貌影响。
具体实施方式
实施例1
一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将短玻璃纤维于60℃下干燥24h；
（2）对偶联剂进行浸渍清洗干燥处理；
（3）再将PP和处理后的玻璃纤维在双螺杆挤出机上共混，挤出后切粒干燥至恒重，切粒干燥的温度为60℃；
（4）干燥后的母料置于注塑机中注塑成冲击强度测试样条和哑铃状拉伸样条，室温下静置24h后完成制备。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述偶联剂的处理方式为：经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维需在硅烷偶联剂水解后的醇溶液中浸渍完全，再用无水乙醇洗去未经反应的硅烷偶联剂，于60℃下干燥72h。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述硅烷偶联剂的用量为3g。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述短玻璃纤维的长度为3mm。
添加了改性剂后，PP/GF体系的拉伸强度都得到了提高，同时降低了断裂伸长率。添加了硅烷偶联剂和MAPP后的拉伸强度比加入铝酸酯偶联剂的效果明显。其中KH-580的效果最好，比未经改性剂处理的高90.8％。加入MAPP后，体系的拉伸强度得到明显提高，在质量分数为8％时达到最大值43.7MPa。MAPP的加入同时降低了断裂伸长率。5个样品的断裂伸长率都没有超过20％，且断裂伸长率对MAPP含量的变化并不敏感。这是因为玻璃纤维的含量很高，PP/GF复合材料在拉伸时已由纯PP的韧性断裂转变为脆性断裂。铝酸酯偶联剂的处理效果较差，其质量分数为1.0％时拉伸强度最高。但仅比未经处理的拉伸强度高8.5％。
玻璃纤维的加入影响了PP的结晶，使其在拉伸时PP的分子链舒展空间少。故而降低了其断裂伸长率。而拉伸强度并没有得到明显提高，这是因为玻璃纤维在挤出和注塑的过程中，会随着熔体流动的方向取向。产生“皮一芯”结构。这会导致皮层的拉伸强度比芯层的高，但当玻璃纤维用量较大时，熔融指数降低。这种取向作用便越不明显，玻璃纤维在基体中的排布变为随机取向胁，且玻纤和PP的相容性非常差。其分散外力的作用并不明显。未经处理的玻纤没有PP与其粘连，且PP基体中的孔洞较多，玻纤并未被PP包裹住，且外表面十分光滑，说明未改性的玻纤与PP基体相容性非常差，经1.0％的铝酸酯处理后的玻纤与PP共混，虽然玻纤棒断裂在PP基体里，但其与PP基体之间的缝隙非常明显，且裸露在断面的玻纤表面很光滑，说明此时玻纤与PP并没有很好地相容在一起，二者的相容性并不好。玻纤棒的端面都有折断的痕迹，且被PP包裹得比较严实。在受到外力冲击时，玻纤即使在PP基体中发生断裂也没有被拔出，这说明玻纤与PP已经较好的相容在一起。
实施例2
一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将短玻璃纤维于60℃下干燥24h；
（2）对偶联剂进行浸渍清洗干燥处理；
（3）再将PP和处理后的玻璃纤维在双螺杆挤出机上共混，挤出后切粒干燥至恒重，切粒干燥的温度为60℃；
（4）干燥后的母料置于注塑机中注塑成冲击强度测试样条和哑铃状拉伸样条，室温下静置24h后完成制备。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述偶联剂为酸酯偶联剂。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述偶联剂的处理方式为：经铝酸酯偶联剂处理的玻璃纤维需在铝酸酯偶联剂的甲苯溶液中浸渍完全，再经甲苯洗涤，于60℃下干燥72h。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述硅烷偶联剂的用量为6g。
本发明所述的聚丙烯复合材料的制备方法，所述短玻璃纤维的长度为5mm。
玻璃纤维在PP中起到“骨架”的作用，当材料受到外力作用时，塑料基体将外力传到纤束上，“骨架”便起到支撑和分散外力的作用，从而增强材料的弯曲模量。相容剂能降低两相界面张力，促进两相均匀分散，增强两相界面粘接力，并保持稳定的亚微观形态。通过选择相容剂的种类、用量、结构及加工条件，可以控制填料的粒径和分布，使之达到理想状态，从而获得高性能的复合材料。玻璃纤维经过硅烷偶联剂处理后，与PP共混制得样条的弯曲强度和弯曲模量相对于未经处理的得到了提高。经过处理的玻璃纤维与PP的相容性更好，“骨架”的作用越明显，表现为抗弯性能更加优越。
MAPP与一般的填料处理剂的增容效果不同。它既能提高聚合物与填料两相界面的粘结作用。又能起到界面润滑作用。MAPP的加入可以显著提高PP/GF体系的弯曲性能。抗弯能力的提高说明了玻纤能更好的与PP基体结合，材料承受外界的应力可以更好的分散到玻纤上。从抗弯能力的测试上看，MAPP的添加量也是在质量分数为8％时达到最高。MAPP添加过多之所以会导致材料的性能降低，是因为MAPP中的PP不是高分子量的聚丙烯，而是齐聚物。添加量过多则会影响PP基体的平均分子量和分子量分布，故而降低了材料的弯曲性能。力学性能的提高说明了MAPP使得玻璃纤维与PP基体结合得更紧密。
铝酸酯用量越高，复合材料弯曲强度略有下降，而弯曲模量呈现先增大后减小的趋势，在质量分数1.0％时达到最高峰2483 MPa。与未经处理的对比，铝酸酯偶联剂处理后的玻璃纤维能提高PP的弯曲强度和弯曲模量。