[发明专利]一种抗菌阻燃短切聚丙烯纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于聚丙烯纤维技术领域，具体涉及一种抗菌阻燃短切聚丙烯纤维复合材料及其制备方法；该复合材料由漂白硫酸盐针叶木浆5～15％、短切碳纤维5％～30％、短切聚丙烯纤维40％～70％、改性碳纳米管‑SiO₂ 1％～15％、抗菌剂0.5～6％、环氧丙烷‑木质素0.5～8％组成，短切碳纤维和短切聚丙烯纤维的长度分别为6mm和5mm，具有良好的共混匀度，制备的复合材拉伸强度可达181.4～202.7MPa，模量可达20.3～22.4GPa，同时添加的改性碳纳米管‑SiO₂可增加与抗菌剂的吸附，达到长效广谱抗菌效果；本发明的复合材料可用于日化、航空、海洋产业、安全防护、体育运动器材等领域。

技术领域

本发明属于聚丙烯纤维技术领域，具体涉及一种抗菌阻燃短切聚丙烯纤维复合材料及其制备方法。

技术背景

聚丙烯(PP)通常被称为丙纶，是四大合成纤维之一，由等规聚丙烯通过熔体纺丝法制得的合成纤维，聚丙烯质地轻，相对密度仅有0.90～0.91g/cm³，其分子结构规整，结晶度高，机械性能优良，化学稳定性好，同时其具有资源丰富，价格低廉的经济优势，易于加工，是一种具有广泛发展前景的合成纤维。但是由于聚丙烯分子链规整度高，冷却过程中结晶速率快，球晶尺寸较大，其耐冲击性能较差，尤其对缺口冲击尤为敏感，同时，聚丙烯分子链上无极性基团，结晶度高，分子结构紧密，亲水性差，与其共混物质的结合能力弱，难以达到较好的协同增效作用。

碳纤维是高性能特种纤维的一种，沿着轴向方向具有高强度、高模量、耐疲劳性好高温下没有蠕变、耐腐蚀和密度低并且在高温下机械性能变化小，具有突出的高模量、高强度、耐冲击、耐低温性和自润滑性等优异性。目前研究的高性能纤维最高的强度可达7000MPa，同时最高模量为900GPa，密度仅为7.2～2.1g/cm³，既具有碳材料的一些优异性能，又具备纺织纤维的柔软可加工的性，是先进复合材料重要的增强体材料；目前，研究有关于碳纤维增强聚丙烯材料性能的一些报道，戈翔等人研究了相容剂对聚丙烯/碳纤维复合材料性能的影响，其通过添加相容剂和马来酸酐接枝聚丙烯，改善了两种纤维之间的界面结合力，增加了碳纤维的分散性而不出现团聚的现象，从而提高复合材料的力学性能(戈翔,田华峰,刘茜,等.相容剂对聚丙烯/碳纤维复合材料性能的影响[J].塑料,2016,45(1):4.)，但由于纤维之间仍然存在大量的相互缠绕，虽然在一定程度上纤维之间的缠绕可增加力学性能，但同时缠绕后在纤维之间产生空隙和微裂纹，导致力学性能很难达到更高，该报道中的纤维拉伸强度低于60MPa；王艳芝等人对短切碳纤维增强尼龙66复合材料研究进展做了报道(王艳芝,王劼,张振利,等.短切碳纤维增强尼龙66复合材料研究进展[J].塑料工业,2020,48(3):9.)，该报道中解释了短切碳纤维对于尼龙66结晶速率的影响，从而提高尼龙66的材料性能，但由于尼龙66带有大量的重复酰胺基团(-CONH-)，从而纤维之间本来就具有良好的结合能力，而推测短切碳纤维仅是在尼龙66纤维结晶表面增加新的可结晶成核位点而已。中国专利104039873公开了一种碳纤维增强聚丙烯片材及其成型品，其采用不同长度的碳纤维(纤维长度超过5mm的碳纤维占20～75％，纤维长度小于2mm的碳纤维为1～25％)加入至含有聚丙烯及酸改性聚丙烯的基体树脂，得到不连续碳纤维和聚丙烯的碳纤维增强聚丙烯片材，力学特性和耐冲击性优异的复合材料。综上所述，由于纤维之间的结合力弱，难以达到相互增强力学性能的效果，因而大部分都采用改性基体纤维的方法增强结合力，但基体的结晶难以控制，且生产成本高；另一方面，目前对于高力学性能纤维复合材料同时兼具多效功能性研究报道较少，因此，如何通过简单的工艺增强纤维之间的结合力，同时得到兼具优异的抗菌和阻燃性能的纤维复合材料对工业化生产具有重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种抗菌阻燃短切聚丙烯纤维复合材料及其制备方法，该制备方法使用短切碳纤维和聚丙烯短纤维进行共混，添加漂白硫酸盐针叶木浆、改性碳纳米管-SiO₂、抗菌剂和阻燃剂，最终在不影响短切碳纤维和聚丙烯短纤维本身优良性能的同时，增加了纤维复合材料的抗菌和阻燃功能，扩大的复合材料的应用领域和使用效果。