[发明专利]一种聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构的诱导方法

说明书

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，该方法首先利用湿法研磨制备出含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液，该分散液的组成是：1～3％碳纳米管，0.5～2％表面活性剂，0～1％聚丙烯成核剂，0～10％助溶剂，84～98.5％去离子水。然后采用浸润法，将玻璃纤维连续浸润在碳纳米管和成核剂分散液中，制备出表面有碳纳米管和聚丙烯成核剂涂层的玻璃纤维，纤维表面碳纳米管和成核剂的存在可以诱导聚丙烯沿纤维结晶，在玻璃纤维/聚丙烯界面处形成横晶结构，界面处的横晶结构可以提高玻璃纤维与聚丙烯的界面剪切强度。

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构的诱导方法，更具体地，是涉及碳纳米管和聚丙烯成核剂在水中的分散和浸润法连续表面处理玻璃纤维，这种表面含有碳纳米管和聚丙烯成核剂的玻璃纤维可以诱导聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构的形成。

背景技术

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。中国专利CN104356642中提供了一种在玻璃纤维表面引入成核剂的负载成核剂的玻璃纤维复合材料制备方法，在玻璃纤维表面引入成核剂可以使玻璃纤维表面产生大量成核点、诱导横晶结构形成。然而，成核剂单独引入玻璃纤维表面存在引入量少、易脱落的问题，这会导致玻璃纤维表面成核物质不足、横晶结构发展不充分。

碳纳米管是一种一维纳米材料，可以看做是一种按六边形排布碳原子层卷曲成管状的碳结构。碳纳米管具有极高的长径比、优越的力学性能、导电性能和导热性能可以作为聚合物的填充材料用于改性聚合物。碳纳米管被发现具有异相成核的效果(Assouline E等在Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics,2003,41(5):520中.)，可以诱导聚丙烯形成α晶。碳纳米管由于其易团聚的特征，难以聚合物和溶液中分散，限制了碳纳米管的应用。

发明内容

本发明其目的在于解决单独引入成核剂到玻璃纤维表面引入量少、易脱落，玻璃纤维表面成核物质不足、横晶结构发展不充分的问题，而提供的一种聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构的诱导方法，具体实施方案如下：

一种聚丙烯/玻璃纤维界面横晶结构的诱导方法，包括如下具体步骤：

(1)碳纳米管和成核剂分散液的制备：将0～10g成核剂溶于助溶剂中，在100～200rpm速度下搅拌5～10min，使其充分溶解得到成核剂分散液，将成核剂分散液和5～20g表面活性剂加入去离子水中，以100～200rpm的搅拌速度，搅拌5～10min使其充分溶解分散得到悬浮液。将悬浮液加入湿法研磨装置，缓慢加入10～30g碳纳米管，充分研磨得到1kg碳纳米管和成核剂混合的分散液。

所述碳纳米管和成核剂分散液的组成如下：1～3％碳纳米管，0.5～2％表面活性剂，0～1％聚丙烯成核剂，0～10％助溶剂，84～98.5％去离子水。

所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径在15～50nm，长度在1～3μm。