本发明属于复合材料
技术领域：
，具体涉及一种改性纤维增强复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着经济的快速发展，复合材料的使用越来越广泛，功能也越来越多。为了让复合材料具有更稳定的力学性能和更高的经济价值，通常采用纤维增强其材料性能。但是传统纤维增强复合材料中，大部分为纤维和聚合物树脂材料作为主要原料，两者的相容性较差，常常需要添加较多的助剂来改善所制备的复合材料的综合性能，这样很容易造成复合材料稳定性降低，耐热及强度的下降，同时过多的助剂使用，容易造成环境污染，复合材料的安全性也有待考察。中国专利cn101851429b公开了一种木质素复合材料的制备方法，该木质素复合材料由木质素、附属高分子化合物、纤维类物质、甲壳素、增塑剂、增容剂、抗氧剂、阻燃剂混合而成，首先将木质素、附属高分子化合物、阻燃剂干燥处理；然后将增塑剂、增容剂、抗氧剂与干燥后的木质素、附属高分子化合物、阻燃剂按照一定的重量配比在干燥的高速搅拌机中搅拌，使其混合均匀，然后放入双螺杆挤出机中进行反应，将挤出的产物冷却切粒，烘干，得到复合材料母粒；再将纤维类物质用浓度为0.1％～2％的硅烷偶联剂溶液浸泡，得到改性纤维；并将复合材料母粒与甲壳素以及改性纤维先后加入双螺杆挤出机中进行复合加工，得到成品木质素复合材料，但是此发明中制备的复合材料硬度较低，在高压环境下不能使用，而且纤维类物质通过浸泡改性，改性均匀性较差，会影响复合材料的结构均一稳定性。中国专利cn103275472b公开了一种全生物基硬质聚乳酸复合材料，由以下重量百分含量60％～80％聚乳酸、10％～31％马来酸酐改性纤维素以及5％～15％环氧植物油的制成。本发明采用聚乳酸作为基体材料，复配使用了高比强度和硬度的马来酸酐改性纤维素填料和含有反应性官能团的环氧植物油，既保持了聚乳酸高强度、高模量的特点，又赋予了聚乳酸复合材料优异的耐冲击性和韧性，具有优异的综合机械性能，同时具有可完全生物降解性，良好的环境效益。本发明还公开了一种全生物基硬质聚乳酸复合材料的制备方法，可采用现有技术中成熟的双螺杆挤出机即可实现，简单可控，易于实施，生产成本低廉，生产效率高，此发明中各原料之间的相容性较差，制备的全生物基硬质聚乳酸复合材料的稳定性较差，容易出现断裂，力学性能较差。中国专利cn105733099b公开了一种碳纤维-聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：(1)、将锆英石粉碎，研磨后过筛得到锆英石粉，加入坩埚中，放入电炉内，电炉升温至2600℃时引丝，得到锆英石纤维；(2)、将碳纤维、锆英石纤维混合得到混合纤维，放入等离子处理室内，抽真空后处理，取出后加入无水乙醇中，超声处理，加入醋酸后反应，取出后洗涤，干燥后得到改性混合纤维；(3)将聚丙烯树脂、增韧剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂、光稳定剂以及改性纤维混合均匀，放入平板硫化机，升温至140℃，压力12mpa下保温1小时，然后升温至240℃，保温1小时，然后降温至90℃并泄压，取出后冷却至室温，得到碳纤维-聚丙烯复合材料。本发明制备出的胶粘剂具有较好的耐寒性，此发明中制备的碳纤维-聚丙烯复合纤维，改性纤维由锆英石纤维和碳纤维混合制成，与聚丙烯树脂基体之间的浸润性较差，制备的碳纤维-聚丙烯复合材料的力学性能较差。因此，本发明针对以上问题，发明一种改性纤维增强复合材料，可以有效解决纤维增强复合材料中浸润性、相容性差的问题，具有良好的力学性能，耐磨、抗冲击、硬度高。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有的不足而提供一种改性纤维增强复合材料，改善目前目前纤维增强复合材料存在的浸润性、相容性差，稳定性、硬度低，抗冲击、耐磨性能较差，制备工艺复杂的问题。为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：一种改性纤维增强复合材料，改性纤维增强复合材料由上层、中层和下层组成；制备改性纤维增强复合材料由以下重量份的原料组成：丙烯酸酯均聚物15份～25份，马来酸酐4份～6份，过氧化二异丙苯0.07份～0.09份，聚丙烯纤维5份～10份，醋酸纤维8份～16份，硬脂酸镁2份～6份，abs树脂2份～5份，亚磷酸酯0.5份～0.9份，滑石粉0.8份～1.5份，锌粉0.08份～0.12份，改性剂3份～7份。进一步的，制备改性纤维增强复合材料由以下重量份的原料组成：丙烯酸酯均聚物20份，马来酸酐5份，过氧化二异丙苯0.08份，聚丙烯纤维7份，醋酸纤维12份，硬脂酸镁4份，abs树脂3份，亚磷酸酯0.7份，滑石粉1.2份，锌粉0.1份，改性剂5份。进一步的，丙烯酸酯均聚物为丙烯酸丁酯均聚物或者丙烯酸乙酯均聚物。更进一步的，改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任一种。根据本发明的另一目的，在于提供一种上述改性纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：s10，将所述重量份的丙烯酸酯均聚物、马来酸酐、过氧化二异丙苯和聚丙烯纤维，一同加入单螺杆挤出机中，在温度为155℃～175℃条件下混合3min～5min后，通过单螺杆挤出机挤出得到物料a；s20，所述重量份的改性剂用乙醇配制成质量分数为2.5％～4.5％的溶液，在溶液中加入所述重量份的醋酸纤维，在温度为75℃～80℃条件下超声1h～2h后过滤，将过滤后醋酸纤维干燥，得到改性醋酸纤维；s30，s10中得到的物料a中加入所述重量份的硬脂酸镁、abs树脂、亚磷酸酯、滑石粉和锌粉，在高速搅拌机中搅拌5min～15min均匀后，分成a，b，c三组，其中，a，b，c三组的质量比为1：0.4：1，将s20中得到的改性醋酸纤维分为均等的两份，分别加入a，c两组，a，c两组再次混合3min～5min至均匀；添加一定的锌粉，可以改善本发明改性纤维增强复合材料的硬度和力学性能，耐磨抗压；s40，s30中混合均匀的a，b，c三组分别作为改性纤维增强复合材料的上层、中层和下层，依次移至模具中，经热压得到所述改性纤维增强复合材料。进一步的，s10中，单螺杆挤出机螺杆转速为30r/min～50r/min。更进一步的，s10中，单螺杆挤出机挤出温度为175℃～195℃。进一步的，s20中，干燥参数为：干燥时间2h～2.5h，温度75℃～85℃。更进一步的，s30中，高速搅拌机的温度为125℃～135℃。进一步的，s40中，热压工艺参数为：热压温度为175℃～205℃，热压时间为60s～100s，热压压力为8mpa～10mpa。本发明的优点和有益效果是：1.本发明公开的改性纤维增强复合材料，原料中采用马来酸酐接枝丙烯酸酯均聚物，提高抗冲击性能，同时添加聚丙烯纤维改善丙烯酸酯均聚物的韧性，进一步添加改性醋酸纤维改善本发明改性纤维增强复合材料原料之间的相容性，提高其耐压、抗冲击强度，使其具有良好的弹性和稳定性；2.本发明公开的改性纤维增强复合材料，由上层、中层和下层组成，其中中层不添加改性醋酸纤维，具有较好的硬度和耐压性，可以缓冲上层和下层的弹力和冲击力，稳定性强；3.本发明公开的改性纤维增强复合材料，制备工艺中采用改性剂对醋酸纤维进行改性，可以有效改进本发明制备的改性纤维增强复合材料的力学性能，同时制备工艺简单可行，陈本较低，具有较好的经济价值。具体实施方式以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例1一种改性纤维增强复合材料通过如下方法制备：s10，将15kg丙烯酸酯均聚物、4kg马来酸酐、0.07kg过氧化二异丙苯和5kg聚丙烯纤维，一同加入单螺杆挤出机中，在温度为155℃条件下混合3min后，通过单螺杆挤出机挤出得到物料a；上述操作中，丙烯酸酯均聚物为丙烯酸丁酯均聚物；单螺杆挤出机螺杆转速为30r/min；单螺杆挤出机挤出温度为175℃。s20，3kg改性剂用乙醇配制成质量分数为2.5％的溶液，在溶液中加入8kg醋酸纤维，在温度为75℃条件下超声1h后过滤，将过滤后醋酸纤维在温度为75℃条件下干燥2h，得到改性醋酸纤维；上述操作中，改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。s30，s10中得到的物料a中加入2kg硬脂酸镁、2kgabs树脂、0.5kg亚磷酸酯、0.8kg滑石粉和0.08kg锌粉，在高速搅拌机中搅拌5min均匀后，分成a，b，c三组，其中，a，b，c三组的质量比为1：0.4：1，将s20中得到的改性醋酸纤维分为均等的两份，分别加入a，c两组，a，c两组再次混合3min至均匀；上述操作中，高速搅拌机的温度为125℃。s40，s30中混合均匀的a，b，c三组分别作为改性纤维增强复合材料的上层、中层和下层，依次移至模具中，经热压得到所述改性纤维增强复合材料。上述操作中，热压工艺参数为：热压温度为175℃，热压时间为60s，热压压力为8mpa。实施例2一种改性纤维增强复合材料通过如下方法制备：s10，将25kg丙烯酸酯均聚物、6kg马来酸酐、0.09kg过氧化二异丙苯和10kg聚丙烯纤维，一同加入单螺杆挤出机中，在温度为175℃条件下混合5min后，通过单螺杆挤出机挤出得到物料a；上述操作中，丙烯酸酯均聚物为丙烯酸乙酯均聚物；单螺杆挤出机螺杆转速为50r/min；单螺杆挤出机挤出温度为195℃。s20，7kg改性剂用乙醇配制成质量分数为4.5％的溶液，在溶液中加入16kg醋酸纤维，在温度为80℃条件下超声2h后过滤，将过滤后醋酸纤维在温度为85℃条件下干燥2.5h，得到改性醋酸纤维；上述操作中，改性剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。s30，s10中得到的物料a中加入6kg硬脂酸镁、5kgabs树脂、0.9kg亚磷酸酯、1.5kg滑石粉和0.12kg锌粉，在高速搅拌机中搅拌15min均匀后，分成a，b，c三组，其中，a，b，c三组的质量比为1：0.4：1，将s20中得到的改性醋酸纤维分为均等的两份，分别加入a，c两组，a，c两组再次混合5min至均匀；上述操作中，高速搅拌机的温度为135℃。s40，s30中混合均匀的a，b，c三组分别作为改性纤维增强复合材料的上层、中层和下层，依次移至模具中，经热压得到所述改性纤维增强复合材料。上述操作中，热压工艺参数为：热压温度为205℃，热压时间为100s，热压压力为10mpa。实施例3一种改性纤维增强复合材料通过如下方法制备：s10，将18kg丙烯酸酯均聚物、4.5kg马来酸酐、0.07kg过氧化二异丙苯和7kg聚丙烯纤维，一同加入单螺杆挤出机中，在温度为160℃条件下混合5min后，通过单螺杆挤出机挤出得到物料a；上述操作中，丙烯酸酯均聚物为丙烯酸丁酯均聚物；单螺杆挤出机螺杆转速为35r/min；单螺杆挤出机挤出温度为180℃。s20，4kg改性剂用乙醇配制成质量分数为2.7％的溶液，在溶液中加入10kg醋酸纤维，在温度为76℃条件下超声1.2h后过滤，将过滤后醋酸纤维在温度为77℃条件下干燥2h，得到改性醋酸纤维；上述操作中，改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。s30，s10中得到的物料a中加入3kg硬脂酸镁、3kgabs树脂、0.6kg亚磷酸酯、0.9kg滑石粉和0.09kg锌粉，在高速搅拌机中搅拌8min均匀后，分成a，b，c三组，其中，a，b，c三组的质量比为1：0.4：1，将s20中得到的改性醋酸纤维分为均等的两份，分别加入a，c两组，a，c两组再次混合3min至均匀；上述操作中，高速搅拌机的温度为127℃。s40，s30中混合均匀的a，b，c三组分别作为改性纤维增强复合材料的上层、中层和下层，依次移至模具中，经热压得到所述改性纤维增强复合材料。上述操作中，热压工艺参数为：热压温度为180℃，热压时间为70s，热压压力为8.5mpa。实施例4一种改性纤维增强复合材料通过如下方法制备：s10，将22kg丙烯酸酯均聚物、5.5kg马来酸酐、0.09kg过氧化二异丙苯和9kg聚丙烯纤维，一同加入单螺杆挤出机中，在温度为170℃条件下混合3min后，通过单螺杆挤出机挤出得到物料a；上述操作中，丙烯酸酯均聚物为丙烯酸乙酯均聚物；单螺杆挤出机螺杆转速为45r/min；单螺杆挤出机挤出温度为190℃。s20，6kg改性剂用乙醇配制成质量分数为4.0％的溶液，在溶液中加入14kg醋酸纤维，在温度为79℃条件下超声1.6h后过滤，将过滤后醋酸纤维在温度为82℃条件下干燥2.2h，得到改性醋酸纤维；上述操作中，改性剂为n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。s30，s10中得到的物料a中加入5kg硬脂酸镁、4kgabs树脂、0.8kg亚磷酸酯、1.2kg滑石粉和0.1kg锌粉，在高速搅拌机中搅拌12min均匀后，分成a，b，c三组，其中，a，b，c三组的质量比为1：0.4：1，将s20中得到的改性醋酸纤维分为均等的两份，分别加入a，c两组，a，c两组再次混合3min至均匀；上述操作中，高速搅拌机的温度为132℃。s40，s30中混合均匀的a，b，c三组分别作为改性纤维增强复合材料的上层、中层和下层，依次移至模具中，经热压得到所述改性纤维增强复合材料。上述操作中，热压工艺参数为：热压温度为195℃，热压时间为90s，热压压力为9.5mpa。实施例5一种改性纤维增强复合材料通过如下方法制备：s10，将20kg丙烯酸酯均聚物、5kg马来酸酐、0.08kg过氧化二异丙苯和7kg聚丙烯纤维，一同加入单螺杆挤出机中，在温度为165℃条件下混合4min后，通过单螺杆挤出机挤出得到物料a；上述操作中，丙烯酸酯均聚物为丙烯酸丁酯均聚物；单螺杆挤出机螺杆转速为40r/min；单螺杆挤出机挤出温度为185℃。s20，5kg改性剂用乙醇配制成质量分数为3.5％的溶液，在溶液中加入12kg醋酸纤维，在温度为76℃条件下超声1.5h后过滤，将过滤后醋酸纤维在温度为80℃条件下干燥2h，得到改性醋酸纤维；上述操作中，改性剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。s30，s10中得到的物料a中加入4kg硬脂酸镁、3kgabs树脂、0.7kg亚磷酸酯、1.2kg滑石粉和0.1kg锌粉，在高速搅拌机中搅拌10min均匀后，分成a，b，c三组，其中，a，b，c三组的质量比为1：0.4：1，将s20中得到的改性醋酸纤维分为均等的两份，分别加入a，c两组，a，c两组再次混合4min至均匀；上述操作中，高速搅拌机的温度为130℃。s40，s30中混合均匀的a，b，c三组分别作为改性纤维增强复合材料的上层、中层和下层，依次移至模具中，经热压得到所述改性纤维增强复合材料。上述操作中，热压工艺参数为：热压温度为185℃，热压时间为80s，热压压力为9mpa。实验例上述实验例1～5制备得到的改性纤维增强复合材料分别按照gb1040-2006进行断裂伸长率、拉伸强度以及拉伸模量的测试，测试结果见表1。表1实施例1～5改性纤维增强复合材料测试结果统计实施例12345断裂伸长率(％)22.324.623.824.024.2冲击强度(kj/m2)32.533.135.233.634.2拉伸模量(gpa)2.62.73.03.12.7从表1中可看出，实施例1～5制得的改性纤维增强复合材料，具有较好的断裂伸长率、抗击强度和拉伸模量，可以适应多种压力和冲击力强度环境下作业；另外，本发明制备的改性纤维增强复合材料韧性好，硬度适中，稳定性较高，应用范围广。以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12