本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠增韌pp材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚丙烯(pp)是一種在性能上與聚乙烯具有一定相似性的線性鏈烴聚合物，但由于側(cè)甲基在聚丙烯的主鏈上交替連接著的結(jié)構(gòu)，這使得聚丙烯在性能上又有別于聚乙烯，且有著很大的變化。由于聚丙烯上的側(cè)甲基所連接的主鏈碳原子是叔基碳原子，這使得其變得活潑，容易受到氧的攻擊而發(fā)生氧化，碳鏈也容易在熱和紫外或其它高能射線的作用下發(fā)生斷鏈現(xiàn)象，而不發(fā)生交聯(lián)。由于叔基碳原子的對稱性，使得聚丙烯在空間上存在了空間異構(gòu)現(xiàn)象，形成了等規(guī)聚丙烯(其主鏈上的側(cè)甲基均分布在分子鏈的一側(cè))、間規(guī)聚丙烯(其主鏈上的側(cè)甲基均成交替形式分布在分子鏈兩側(cè))、無規(guī)聚丙烯(其主鏈上的側(cè)甲基均以無規(guī)律的形式分布在分子鏈兩側(cè))三種空間異構(gòu)體。

2、聚丙烯的自身優(yōu)點有很多，其原料的來源豐富，價格低廉，具有較好的力學(xué)性能，不易吸水，耐熱性、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性等，其綜合性能良好。但也有著其它方面的缺陷，如聚丙烯在低溫下易脆化，成型后收縮率大，不耐老化，對缺口的敏感度大，這都會使聚丙烯的應(yīng)用范圍受到一定的限制。為了解決上述缺點，人們紛紛通過對其進(jìn)行改性的方法來改善提高其性能，如韌性等。人們對聚丙烯最常采用的方法有共聚、共混、增強、填充等，其中填充增強改性是目前最有發(fā)展前景的，應(yīng)用也是最為廣泛的。改性后的聚丙烯可被廣泛的應(yīng)用于航天、航空、家具業(yè)、汽車、紡織業(yè)和電器制造也等領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠增韌pp材料及其制備方法，采用微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠去增韌pp材料，利用其特有的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效地分散外加應(yīng)力防止裂紋的快速擴展，從而提高pp材料的韌性和抗沖擊性能；微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠由sio2納米纖維膜為基本的骨架，利用albsi溶膠作為粘結(jié)劑，增強膜層之間的連接，同時，碳微米環(huán)獨特的環(huán)狀結(jié)構(gòu)也能增強骨架結(jié)構(gòu)，從而增強陶瓷氣凝膠的整體穩(wěn)定性和力學(xué)性能。

2、技術(shù)方案：一種微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠增韌pp材料，所述微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠增韌pp材料由pp和微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠組成；

3、所述微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠的粒徑≤150μm，由納米纖維膜和碳微米環(huán)構(gòu)成；

4、所述納米纖維膜和碳微米環(huán)之間形成滑環(huán)結(jié)構(gòu)。

5、進(jìn)一步的，所述微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠的制備方法如下，以重量份計：

6、s1：取100份四乙氧基硅烷、100份水和1份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％的磷酸溶液在室溫下連續(xù)攪拌10h，加入200份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的聚乙烯醇溶液，攪拌4h，獲得芯層溶液；

7、s2：取碳微米環(huán)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的聚乙烯醇溶液，攪拌獲得碳微米環(huán)分散液，作為殼層溶液；

8、s3：進(jìn)行同軸靜電紡絲，獲得套設(shè)有碳微米環(huán)的靜電紡絲膜；

9、s4：將套設(shè)有碳微米環(huán)的靜電紡絲膜干燥后在850℃下煅燒2h，獲得半固定有碳微米環(huán)的sio2納米纖維膜；

10、s5：將半固定有碳微米環(huán)的sio2納米纖維膜在超聲功率為200-250w下進(jìn)行超聲處理30-60min，獲得具有可移動碳微米環(huán)的sio2納米纖維膜；

11、s6：將具有可移動碳微米環(huán)的sio2納米纖維膜堆疊并切割成相同大小的方形，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的albsi溶膠，浸沒超聲2h；

12、s7：取出，在液氮環(huán)境中凍結(jié)，冷凍干燥；

13、s8：置于燒結(jié)爐中，在600℃下煅燒1h，冷卻，取出；

14、s9：在超聲功率100-130w下超聲1-2h，即得內(nèi)部具有滑環(huán)結(jié)構(gòu)的微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠。

15、進(jìn)一步的，所述s2中碳微米環(huán)直徑為3-5μm，環(huán)的粗細(xì)為70-90nm。

16、進(jìn)一步的，所述s2中碳微米環(huán)的制備方法包括以下步驟：

17、s21.配制0.05mol/l鹽酸化的苯胺和0.05mol/l鄰-氨基苯磺酸的混合溶液；

18、s22：采用計時電位法，進(jìn)行電沉積，工作電極為ito，pt絲作對電極，飽和ag|agcl為參比電極，控制電流密度為8ma/cm2，每次0.06s，重復(fù)運行700次，獲得聚苯胺微米環(huán)；

19、s23：將聚苯胺微米環(huán)置于氧化鋁鉗鍋內(nèi)，通入氬氣進(jìn)行保護，在鉬絲爐中進(jìn)行的碳化，以2℃/min升溫至350℃后保溫2h，再以2℃/min升溫至900-1000℃后保溫2h，最后以3℃/min降至室溫，即得碳微米環(huán)。

20、進(jìn)一步的，所述s2中碳微米環(huán)和聚乙烯醇溶液的質(zhì)量體積比為(1-3)g:50ml。

21、進(jìn)一步的，所述s3中同軸靜電紡絲條件為：內(nèi)噴針的外徑為1.07mm，內(nèi)徑為0.67mm，外噴針的外徑為1.66mm，內(nèi)徑為1.26mm，紡絲電壓為17kv，接收距離為23cm。

22、進(jìn)一步的，所述s6中albsi溶膠中al/b/si的摩爾比為2:1:5。

23、上述微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠增韌pp材料的制備方法，包括以下步驟：

24、步驟1：將微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠與pp粒子進(jìn)行共混；

25、步驟2：加入雙螺桿擠出機中進(jìn)行熔融共混擠出造粒，獲得粒料，雙螺桿擠出機的螺桿長徑比為40:1，螺桿轉(zhuǎn)速為30rpm，擠出機加料段、熔融塑化段和計量段溫度分別設(shè)置為160℃、190℃和190℃；

26、步驟3：將粒料進(jìn)行干燥后，采用注塑機注塑成型即得。

27、進(jìn)一步的，所述微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠與pp粒子的質(zhì)量比為(7-10):100。

28、進(jìn)一步的，所述注塑條件為：熔體溫度為200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為30rpm，模具溫度為90℃，注射壓力為80mpa。

29、有益效果：本發(fā)明微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠增韌pp材料具有以下優(yōu)點：

30、1、本發(fā)明采用微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠去增韌pp材料，利用其特有的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效地分散外加應(yīng)力防止裂紋的快速擴展，從而提高pp材料的韌性和抗沖擊性能。

31、2、本發(fā)明中微/納結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠由sio2納米纖維膜為基本的骨架，利用albsi溶膠作為粘結(jié)劑，增強膜層之間的連接，同時，碳微米環(huán)獨特的環(huán)狀結(jié)構(gòu)也能增強骨架結(jié)構(gòu)，從而增強陶瓷氣凝膠的整體穩(wěn)定性和力學(xué)性能。

32、3、本發(fā)明中陶瓷氣凝膠由sio2納米纖維膜堆疊而成，sio2納米纖維膜本身為強界面連接，以確?；竟羌芙Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度，既能夠吸收能量，又能夠保持骨架結(jié)構(gòu)的完整性，而這些sio2納米纖維膜層狀結(jié)構(gòu)之間則通過弱界面連接，在受力后，力不會集中在某一點或某一層上，而是分散至整個陶瓷氣凝膠的層狀結(jié)構(gòu)中，同時，弱界面的連接可以在受到外力時發(fā)生一定的變形和能量吸收，從而提高材料的整體強度和韌性。

33、4、本發(fā)明中碳微米環(huán)與sio2納米纖維膜之間形成了滑環(huán)結(jié)構(gòu)，碳微米環(huán)可以在膜纖維交聯(lián)點之間滑移，在受力后，碳微米環(huán)能夠在sio2納米纖維膜之間進(jìn)行滑移，表現(xiàn)出獨特的網(wǎng)絡(luò)變形機制，進(jìn)行力的轉(zhuǎn)移和分散，同時保持了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提高陶瓷氣凝膠的抗壓效果。