一种玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法
阅读说明：本技术 一种玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法 (Inducing method of glass fiber polypropylene interface transverse crystal structure ) 是由 皮林 吴津田 陈星佑 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于聚合材料技术领域,公开了一种玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法,所述玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法包括以下步骤：将制备的玻璃纤维进行改性；将改性后的玻璃纤维置于含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液中进行浸泡,得到表面有碳纳米管和聚丙烯成核剂涂层的玻璃纤维；置于干燥箱中干燥,得到聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构。本发明通过对玻璃纤维的处理实现对其改性,然后利用湿法研磨制备碳纳米管和成核剂稳定分散的分散液,采用浸润法将碳纳米管和成核剂同时引入玻璃纤维表面,制备的表面有碳纳米管和聚丙烯成核剂涂层的玻璃纤维的性能更佳；通过对其诱导实现横晶结构的形成,实现诱导的高效性和有效性。(The invention belongs to the technical field of polymer materials, and discloses a method for inducing a glass fiber polypropylene interface transverse crystal structure, which comprises the following steps: modifying the prepared glass fiber; soaking the modified glass fiber in stable aqueous dispersion containing carbon nano tubes and a polypropylene nucleating agent to obtain the glass fiber with the surface coated with the carbon nano tubes and the polypropylene nucleating agent; and (5) drying in a drying oven to obtain the polypropylene/glass fiber interface transverse crystal structure. According to the invention, the glass fiber is modified by treatment, then the dispersion liquid with stably dispersed carbon nanotubes and nucleating agent is prepared by wet grinding, the carbon nanotubes and the nucleating agent are simultaneously introduced to the surface of the glass fiber by an infiltration method, and the prepared glass fiber with the carbon nanotubes and the polypropylene nucleating agent coating on the surface has better performance; the formation of a transverse crystal structure is realized by inducing the transverse crystal structure, and the high efficiency and effectiveness of induction are realized.)
技术领域
本发明属于聚合材料技术领域，尤其涉及一种玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法。
背景技术
目前：玻璃纤维增强聚合物复合材料广泛应用于电气、电子、能源和汽车等领域。对于纤维增强聚合物的改性研究主要围绕聚合物基体、纤维增强体本身性质的改善以及纤维/聚合物基体界面性质的改善三个方面展开。其中纤维/树脂界面起到基体树脂与纤维之间的桥梁作用，影响着力由基体传向纤维。聚丙烯是一种低密度，半结晶性的聚合物，随着汽车工业发展、汽车轻量化要求的提高，玻璃纤维增强聚丙烯得到了广泛关注和应用。针对玻璃纤维增强聚丙烯材料，由于聚丙烯是一种非极性聚合物，高分子链上缺少活性官能团，导致聚丙烯与玻璃纤维的界面结合较差。
对于聚丙烯/玻璃纤维的界面改善可以通过诱导聚丙烯在玻璃纤维界面结晶、形成横晶结构来实现。聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构的存在可以改善基体与纤维的结合，提高界面剪切强度。商业玻璃纤维本身不具备诱导横晶结构的能力，为了形成横晶结构可以将成核剂引入玻璃纤维表面。成核剂是一种加工助剂，可以加快聚丙烯结晶，增加异相成核点密度，使晶体尺寸减小、晶粒细化。但是通过诱导聚丙烯在玻璃纤维界面结晶、形成横晶结构实现聚丙烯/玻璃纤维的界面改善的方案操作复杂，无法实现大规模的生产，限制了该工艺的使用。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：通过诱导聚丙烯在玻璃纤维界面结晶、形成横晶结构实现聚丙烯/玻璃纤维的界面改善的方案操作复杂，无法实现大规模的生产，限制了该工艺的使用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法。
本发明是这样实现的，一种玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法，所述玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法包括以下步骤：
步骤一，进行玻璃纤维的制备；将制备的玻璃纤维置于混合液中浸泡，并进行超声分散，超声的频率为50-60kHz，超声时间为10-25min；超声结束后得到分散液，将分散液进行过滤，滤出固态物质并弃除滤液；将固态物质进行2～3次清洗，洗净表面杂质，放入烘干箱中，设定烘干温度为50-65℃，烘干时间为20-30min进行烘干；
步骤二，进行改性纳米硅藻土的制备；将烘干物加入体积浓度为65％的乙醇溶液中，加入乙烯基三叔丁基过氧硅烷，进行充分搅拌，得到分散液；进行分散液的加热，在分散液温度达到50℃时向分散液中添加改性纳米硅藻土，使用搅拌器按照80-90r/min的速率进行搅拌，搅拌时继续进行加热，直至分散液中的固态物质完全分散，停止搅拌以及停止加热，得到共混液；
步骤三，使用氢氧化钠溶液进行共混液的pH的调节，调节共混液pH为9-10；将共混液在室温下进行2-3h静置，析出沉淀物；使用清水对沉淀物进行3-5次清洗，并将沉淀物置于烘干箱中，设定烘干温度为60-65℃、烘干时间为45-55min进行烘干，得到处理后的纤维玻璃；
步骤四，进行改性剂的制备；将处理后的玻璃纤维置于改性剂中浸泡，浸泡时间为2-4h；浸泡结束后将玻璃纤维连同改性剂进行加热，加热温度为35-40℃，加热8-15min后停止加热，冷却至室温，过滤，得到固态物并对固态物进行清洗，得到改性后的玻璃纤维；
步骤五，进行含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液的制备，将改性后的玻璃纤维置于分散液中进行浸泡，浸泡时间为16-18h，浸泡温度为35-40℃，浸泡结束后将玻璃纤维取出，得到表面有碳纳米管和聚丙烯成核剂涂层的玻璃纤维；
步骤六，将表面有碳纳米管和聚丙烯成核剂涂层的玻璃纤维置于干燥箱中，设定干燥温度为28-35℃，干燥时间为8-10h进行干燥，得到聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构。
进一步，步骤一中，所述进行玻璃纤维的制备，包括：
(1)按照质量份数称取粉煤灰8～12份、赤泥5～6份、高炉矿渣2～5份、钢纤维2～3份、硼砂1～2份、氢氧化钙4～5份；
(2)将粉煤灰、赤泥、高炉矿渣、钢纤维、硼砂、氢氧化钙进行粉碎、过筛，混合，得到混合物；
(3)将混合物置于反应釜中，设定温度为800-950℃进行高温熔融，按照100℃/min的速率进行降温，降至室温，得到固态物质；
(4)对固态物质进行澄清均化，成型，冷却，得到玻璃纤维。
进一步，步骤一中，所述混合液按照质量分数由氯化镧溶液8-16份、表面活性剂2-3份、分散剂1-2份组成。
进一步，所述表面活性剂为烷基糖苷或是十二烷基苯磺酸钠中的一种或是两种的混合物。
进一步，所述分散剂为硬脂酰胺、硬脂酸丁酯、硬脂酸钙中的一种或是多种的混合物。
进一步，步骤二中，所述进行改性纳米硅藻土的制备，包括：
(1)按照质量份数称取纳米硅藻土30-35份、乙二胺四乙酸二钠3-4份、水50-80份；
(2)将乙二胺四乙酸二钠分散于水中，得到乙二胺四乙酸二钠水溶液；
(3)将纳米硅藻土分散于乙二胺四乙酸二钠水溶液中，于40-50℃条件下搅拌1-2小时；
(4)在分散液中加入硫酸锌，搅拌10-15min，过滤，干燥，得到改性纳米硅藻土。
进一步，步骤二中，所述向分散液中添加改性纳米硅藻土前，对改性纳米硅藻土进行球磨。
进一步，步骤四中，所述进行改性剂的制备，包括：
(1)按照质量份数称取氧丙磺酸钠2-5份、酸酐1-2份、去离子水8-12份；
(2)将氧丙磺酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀，得到氧丙磺酸钠水溶液；
(3)在氧丙磺酸钠水溶液中加入酸酐，进行超声分散，得到混合液；
(4)进行混合液的静置、离心，取上清液，即改性剂。
进一步，步骤五中，所述进行含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液的制备，包括：
(1)按照质量份数称取碳纳米管10-12份、表面活性剂3-5份、聚丙烯成核剂2-4份、溶剂4-6份、去离子水15-25份；
(2)将称取原料进行混合，置于湿法研磨设备中；
(3)在研磨设备中加入锆石，设定研磨转速为900-1200r/min，研磨时间为10-15min进行研磨；
(4)收集研磨液，进行离心，得到含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液。
进一步，步骤(1)中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温80中的一种或是多种的组合物。
进一步，步骤三中，得到处理后的纤维玻璃后，对处理后的纤维玻璃进一步进行表面处理，采用的处理方法包括：
(1)偶联剂处理：采用偶联剂对纤维玻璃进行表面处理，所述偶联剂的结构式为：(RO)X-M-Ay，RO为亲无机基团的链团烷氧基，与纤维玻璃发生化学反应；M代表中心原子；A代表可与中心原子稳定结合的有机长链分子基团，与聚合物链缠结或者反应；
(2)酸碱刻烛处理：通过酸碱溶液与纤维玻璃表面进行化学反应形成凹坑或微孔，当与聚合物基体复合时，聚合物的一些分子链段会进入凹坑或微孔中，增加与聚合物界面之间的结合力；
(3)等离子体处理：利用等离子体能量粒子和活性离子与纤维玻璃表面发生作用，改变表面成分，并对其表面产生轻度刻烛，从而增加与基体之间的有效接触面，改善基体对表面的浸润状况，从而改善复合材料的力学性能。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过对玻璃纤维的处理实现对其改性，然后利用湿法研磨制备碳纳米管和成核剂稳定分散的分散液，采用浸润法将碳纳米管和成核剂同时引入玻璃纤维表面，制备的表面有碳纳米管和聚丙烯成核剂涂层的玻璃纤维的性能更佳；通过对其诱导实现横晶结构的形成，实现诱导的高效性和有效性。本发明诱导方法简单易行，可以实现规模化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的进行玻璃纤维的制备的流程图。
图3是本发明实施例提供的进行改性纳米硅藻土的制备的流程图。
图4是本发明实施例提供的进行改性剂的制备的流程图。
图5是本发明实施例提供的进行含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液的制备的流程图。
图6是本发明实施例提供的对处理后的纤维玻璃进一步进行表面处理的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的玻璃纤维聚丙烯界面横晶结构的诱导方法包括以下步骤：
S101，进行玻璃纤维的制备；将制备的玻璃纤维置于混合液中浸泡，并进行超声分散，超声的频率为50-60kHz，超声时间为10-25min；超声结束后得到分散液，将分散液进行过滤，滤出固态物质并弃除滤液；将固态物质进行2～3次清洗，洗净表面杂质，放入烘干箱中，设定烘干温度为50-65℃，烘干时间为20-30min进行烘干；
S102，进行改性纳米硅藻土的制备；将烘干物加入体积浓度为65％的乙醇溶液中，加入乙烯基三叔丁基过氧硅烷，进行充分搅拌，得到分散液；进行分散液的加热，在分散液温度达到50℃时向分散液中添加改性纳米硅藻土，使用搅拌器按照80-90r/min的速率进行搅拌，搅拌时继续进行加热，直至分散液中的固态物质完全分散，停止搅拌以及停止加热，得到共混液；
S103，使用氢氧化钠溶液进行共混液的pH的调节，调节共混液pH为9-10；将共混液在室温下进行2-3h静置，析出沉淀物；使用清水对沉淀物进行3-5次清洗，并将沉淀物置于烘干箱中，设定烘干温度为60-65℃、烘干时间为45-55min进行烘干，得到处理后的纤维玻璃；
S104，进行改性剂的制备；将处理后的玻璃纤维置于改性剂中浸泡，浸泡时间为2-4h；浸泡结束后将玻璃纤维连同改性剂进行加热，加热温度为35-40℃，加热8-15min后停止加热，冷却至室温，过滤，得到固态物并对固态物进行清洗，得到改性后的玻璃纤维；
S105，进行含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液的制备，将改性后的玻璃纤维置于分散液中进行浸泡，浸泡时间为16-18h，浸泡温度为35-40℃，浸泡结束后将玻璃纤维取出，得到表面有碳纳米管和聚丙烯成核剂涂层的玻璃纤维；
S106，将表面有碳纳米管和聚丙烯成核剂涂层的玻璃纤维置于干燥箱中，设定干燥温度为28-35℃，干燥时间为8-10h进行干燥，得到聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构。
如图2所示，步骤S101中，本发明实施例提供的进行玻璃纤维的制备，包括：
S201，按照质量份数称取粉煤灰8～12份、赤泥5～6份、高炉矿渣2～5份、钢纤维2～3份、硼砂1～2份、氢氧化钙4～5份；
S202，将粉煤灰、赤泥、高炉矿渣、钢纤维、硼砂、氢氧化钙进行粉碎、过筛，混合，得到混合物；
S203，将混合物置于反应釜中，设定温度为800-950℃进行高温熔融，按照100℃/min的速率进行降温，降至室温，得到固态物质；
S204，对固态物质进行澄清均化，成型，冷却，得到玻璃纤维。
步骤S101中，本发明实施例提供的混合液按照质量分数由氯化镧溶液8-16份、表面活性剂2-3份、分散剂1-2份组成。
本发明实施例提供的表面活性剂为烷基糖苷或是十二烷基苯磺酸钠中的一种或是两种的混合物。
本发明实施例提供的分散剂为硬脂酰胺、硬脂酸丁酯、硬脂酸钙中的一种或是多种的混合物。
如图3所示，步骤S102中，本发明实施例提供的进行改性纳米硅藻土的制备，包括：
S301，按照质量份数称取纳米硅藻土30-35份、乙二胺四乙酸二钠3-4份、水50-80份；
S302，将乙二胺四乙酸二钠分散于水中，得到乙二胺四乙酸二钠水溶液；
S303，将纳米硅藻土分散于乙二胺四乙酸二钠水溶液中，于40-50℃条件下搅拌1-2小时；
S304，在分散液中加入硫酸锌，搅拌10-15min，过滤，干燥，得到改性纳米硅藻土。
步骤S102中，本发明实施例提供的向分散液中添加改性纳米硅藻土前，对改性纳米硅藻土进行球磨。
如图4所示，步骤S104中，本发明实施例提供的进行改性剂的制备，包括：
S401，按照质量份数称取氧丙磺酸钠2-5份、酸酐1-2份、去离子水8-12份；
S402，将氧丙磺酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀，得到氧丙磺酸钠水溶液；
S403，在氧丙磺酸钠水溶液中加入酸酐，进行超声分散，得到混合液；
S404，进行混合液的静置、离心，取上清液，即改性剂。
如图5所示，步骤S105中，本发明实施例提供的进行含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液的制备，包括：
S501，按照质量份数称取碳纳米管10-12份、表面活性剂3-5份、聚丙烯成核剂2-4份、溶剂4-6份、去离子水15-25份；
S502，将称取原料进行混合，置于湿法研磨设备中；
S503，在研磨设备中加入锆石，设定研磨转速为900-1200r/min，研磨时间为10-15min进行研磨；
S504，收集研磨液，进行离心，得到含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液。
步骤S501中，本发明实施例提供的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温80中的一种或是多种的组合物。
如图6所示，本发明实施例提供的步骤S103中，得到处理后的纤维玻璃后，对处理后的纤维玻璃进一步进行表面处理，采用的处理方法包括：
S601，偶联剂处理：采用偶联剂对纤维玻璃进行表面处理，所述偶联剂的结构式为：(RO)X-M-Ay，RO为亲无机基团的链团烷氧基，与纤维玻璃发生化学反应；M代表中心原子；A代表可与中心原子稳定结合的有机长链分子基团，与聚合物链缠结或者反应；
S602，酸碱刻烛处理：通过酸碱溶液与纤维玻璃表面进行化学反应形成凹坑或微孔，当与聚合物基体复合时，聚合物的一些分子链段会进入凹坑或微孔中，增加与聚合物界面之间的结合力；
S603，等离子体处理：利用等离子体能量粒子和活性离子与纤维玻璃表面发生作用，改变表面成分，并对其表面产生轻度刻烛，从而增加与基体之间的有效接触面，改善基体对表面的浸润状况，从而改善复合材料的力学性能。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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