一种高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及聚合物复合材料领域，尤其涉及一种高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚合物复合材料是将强化物质(如纤维、颗粒、片等)添加到聚合物基体(如热塑性塑料或热固性塑料)中，通过物理或化学方法复合而成的材料。

2、高密度聚合物复合材料通过纤维增强材料的加入，实现了轻质高强的特点。这种材料比传统材料如钢铁、铝等更轻，但强度却更高。例如，某些聚合物基复合材料在同等体积和强度的情况下，重量会比金属材料轻约50％左右，为航空航天、汽车等领域提供了更多的设计空间。

3、相较于高密度聚合物复合材料，阻燃高密度聚合物复合材料具有卓越的化学惰性，不易受化学腐蚀和氧化的影响，可以在复杂的化学环境下长期使用，故在聚合物复合材料的加工过程中，一般会在阻燃颗粒的表面再包覆一层阻燃剂，然而，由于现有的阻燃包覆层结构较为单一，故存在着阻燃效果不佳的问题，从而导致复合材料的稳定性不佳，此外，现有技术中，在添加阻燃包覆层时，直接一次性的进行包覆，容易出现包覆层分散不均匀的问题，部分较薄，部分较厚，形成团聚体或局部浓度过高，这些团聚体会成为应力集中点，在受力时容易引发裂纹或断裂，导致材料强度下降。

4、因此，有必要提供一种新的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料及其制备方法解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料及其制备方法。

2、本发明提供的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料包括按重量份包括以下组分：多孔聚合物基体80-100份、内阻燃剂20-30份、纤维填料剂10-30份、外阻燃无机包覆剂2-8份以及抗紫外线有机包覆剂1-3份。

3、优选的，所述纤维填料剂包括碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维以及芳纶纤维中的一种或多种。

4、优选的，所述多孔聚合物基体包括聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯以及聚醚醚酮。

5、优选的，所述内阻燃剂为陶瓷颗粒。

6、优选的，所述多孔聚合物基体的孔隙率为45％-85％。

7、优选的，所述纤维填料剂的直径在30nm到80nm范围，且纤维填料剂的纵横比在1000-5000的范围。

8、优选的，所述外阻燃无机包覆剂的成分为氢氧化铝。

9、一种高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料的制备方法，用于制备上述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，包括以下步骤：

10、s1：通过浸渍法将纤维填料剂填充至多孔聚合物基体的孔隙中，得到填充的聚合物a；

11、s2：将陶瓷颗粒暴露于等离子体中，形成表面活化的陶瓷颗粒；

12、s3：称取定量的氢氧化铝粉末，将其溶解于去离子水中，得到配制后的溶液；

13、s4：对陶瓷颗粒进行超声分散，将其加入至s3步骤所得溶液中，在60-80℃下进行水浴加热以及磁力搅拌；

14、s5：水浴加热及磁力搅拌1h-2h后，使得陶瓷颗粒表面形成氢氧化铝沉淀；

15、s6：通过离心机将表面包覆氢氧化铝的陶瓷颗粒与溶液分离，通过去离子水清洗4-5次，便于取出反应过程中的杂质，对包覆后的陶瓷颗粒进行干燥；

16、s7：对干燥后的陶瓷颗粒进行热处理，热处理在500℃的条件下加热0.5h；

17、s8：重复上述s2-s7的步骤1-4次，其区别在于：

18、在s5步骤中，在后形成氢氧化铝沉淀的厚度为在前形成氢氧化铝沉淀的厚度的1.2倍；

19、在s7步骤中，在后的热处理的温度比在前的热处理的温度高50℃，在后的热处理的时间比在前的热处理的时间长0.5h；

20、s9：在包覆后的陶瓷颗粒的表面喷涂抗紫外线有机包覆剂，烘干后得到包覆颗粒b；

21、s10：将聚合物a与包覆颗粒b混合，即得成品。

22、优选的，所述s4步骤中，磁力搅拌时间为2h，磁力搅拌速度为700rpm。

23、优选的，所述s1步骤中的浸渍法包括以下步骤：

24、a，对纤维填料进行清洗、干燥以及切割；

25、b，将多孔聚合物基体浸入到含有纤维填料的溶液中；

26、c，对填充后的多孔聚合物基体进行固化处理。

27、与相关技术相比较，本发明提供的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料及其制备方法具有如下有益效果：

28、1、本材料中成分以及加工方法均具有较好的加强阻燃的作用，通过在颗粒最外层包覆的抗紫外线有机包覆剂，一定程度上，可以隔离颗粒内部物质与外界环境(如空气、紫外线等)的直接接触，减少光化学反应的发生，从而提高产品的稳定性和使用寿命，本产品在进行加工时，通过多个循环操作，实现在内阻燃剂的表面包覆多层外阻燃无机包覆剂，相较于传统的加工工艺，本发明中的多次包覆有利于物质的均匀分散，从而不易出现因为形成团聚体或局部浓度过高，在受力时容易引发裂纹或断裂，导致材料强度下降的问题。

29、2、本产品在加工时，通过多层包覆，即使某一层被穿透，下一层仍然能继续发挥作用，增加了整体的阻燃性和稳定性，此外，本发明中的外阻燃无机包覆剂的厚度由内向外依次增加，使得最内层紧贴陶瓷颗粒，形成良好的基础粘合，而外层较厚，提供更有效的阻燃屏障，且本产品在制备时，根据阻燃无机包覆层所需加工的厚度的不同，施以不同的热处理条件的温度及时间，从而配合相应层的形成。

技术特征：

1.一种高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，按重量份包括以下组分：多孔聚合物基体80-100份、内阻燃剂20-30份、纤维填料剂10-30份、外阻燃无机包覆剂2-8份以及抗紫外线有机包覆剂1-3份。

2.根据权利要求1所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，所述纤维填料剂包括碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维以及芳纶纤维中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，所述多孔聚合物基体包括聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯以及聚醚醚酮。

4.根据权利要求3所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，所述内阻燃剂为陶瓷颗粒。

5.根据权利要求4所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，所述多孔聚合物基体的孔隙率为45％-85％。

6.根据权利要求5所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，所述纤维填料剂的直径在30nm到80nm范围，且纤维填料剂的纵横比在1000-5000的范围。

7.根据权利要求6所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，所述外阻燃无机包覆剂的成分为氢氧化铝。

8.一种高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料的制备方法，用于制备上述权7所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，所述s4步骤中，磁力搅拌时间为2h，磁力搅拌速度为700rpm。

10.根据权利要求8所述的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，其特征在于，所述s1步骤中的浸渍法包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料及其制备方法，涉及聚合物复合材料领域，高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料，按重量份包括以下组分：多孔聚合物基体80‑100份、内阻燃剂20‑30份、纤维填料剂10‑30份、外阻燃无机包覆剂2‑8份以及抗紫外线有机包覆剂1‑3份，本发明提供的高密度表面包覆颗粒的聚合物复合材料及其制备方法通过多个循环操作，实现在阻燃颗粒的表面包覆多个阻燃无机包覆层，相较于传统的加工工艺，本发明中的多次包覆有利于物质的均匀分散，通过多层包覆，即使某一层被穿透，下一层仍然能继续发挥作用，增加了整体的阻燃性和稳定性。

技术研发人员：范吉堂,刘杰,余快,朱剑涛,于馨嘉
受保护的技术使用者：范吉堂
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23