采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料及其制备方法

1.本发明涉及高分子聚合物发泡材料技术领域，具体涉及采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料及其制备方法。


背景技术：

2.碳纤维通常是由经环氧涂层处理和石墨压织的碳化纤维制成的，具有轻质高强的特性，是常见的增强材料，但业内长期为其与聚丙烯树脂材料之间相容性差的问题所困扰，并不能通过使用碳纤维材料对聚丙烯树脂起到良好的增强效果。
3.且就聚丙烯树脂本身而言，其由于耐高温、耐腐蚀、化学稳定性高，且价格低廉，适合作为多孔发泡材料的基础原料，然而聚丙烯由于自身特性所限(聚丙烯通常为线性结构)，导致其熔体强度在加工温度附近会急剧下降，发泡温度区间狭小(通常只有4℃左右的允许波动区间)，发泡温度稍高或者稍低就容易引起发泡密度不够、泡孔结构破坏等问题。另外，如何保证发泡聚丙烯树脂的热学稳定性，也是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料及其制备方法，以解决上述各种技术问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供了一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
7.s10：将碳纤维放入浓度为25-35％的双氧水溶液中，在70-90℃的第一温度下氧化处理1-2h后，从所述双氧水溶液中取出并进行干燥，得到表面氧化的碳纤维；
8.s20：将硅烷偶联剂与无水乙醇以体积比1：(75-125)的比例均匀混合，制成硅烷偶联剂乙醇溶液；
9.s30：将步骤s10中表面氧化的碳纤维置于所述硅烷偶联剂乙醇溶液中，在40-60℃的第二温度下浸润2.5-3.5h，取出后进行表面清洁和烘干处理，得到表面改性的碳纤维；
10.s40：将聚丙烯、tpv、以及表面改性的碳纤维混合均匀，得到初级混合原料，其中，所述聚丙烯的重量份为60份、所述tpv的重量份为40份、所述表面改性的碳纤维的重量份为1-25份；
11.s50：在所述初级混合原料中，加入发泡剂、交联剂和润滑剂混合均匀，得到次级混合原料，其中，所述发泡剂的重量份为3-20份、所述交联剂的重量份为1-12份、所述润滑剂的重量份为1份；
12.s60：将所述次级混合原料采用5-30kgy的辐照剂量进行辐照交联改性，得到交联改性发泡原料；
13.s70，对所述交联改性发泡原料进行发泡，发泡完成后冷却得到所述改性采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料。
14.优选地，在所述步骤s50和s60之间，还包括步骤s51：
15.将所述次级混合原料采用平板流化床压成厚度为0.8-1.2mm的片状。
16.优选地，所述步骤s40中，采用开炼机将所述聚丙烯、tpv和表面改性的碳纤维均匀混合为所述初级混合原料，所述开炼机在步骤s40中的工作温度优选为160℃，前后轮转速比优选为1.2:1，混合时间优选为10min；
17.所述步骤s50中，采用开炼机将所述初级混合原料、化学发泡剂、交联剂和润滑剂均匀混合为所述次级混合原料，所述开炼机在步骤s50中的工作温度优选为160℃，前后轮转速比优选为1.2:1，混合时间优选为10min；
18.所述步骤s51中，采用平板流化床将所述次级混合原料压成片状，所述平板流化床的工作温度优选为170℃、工作压力优选为1mpa，排气时间优选为100s，保压时间优选为60s。
19.优选地，所述步骤s10中，所述双氧水的浓度优选为30％，所述第一温度优选为80℃，所述氧化处理的时长优选为1.5h；
20.所述步骤s20中，所述硅烷偶联剂为kh151、kh172、kh174、kh550、kh560、kh570、kh792、kh1121中的任意一种，所述硅烷偶联剂与所述无水乙醇的体积比优选为1:100；
21.所述步骤s30中，所述表面氧化的碳纤维与所述硅烷偶联剂乙醇溶液的质量比为1:3-1:5。
22.优选地，所述步骤s40中，所述表面改性的碳纤维的重量份优选为15份。
23.优选地，所述步骤s50中，所述发泡剂为偶氮化合物，所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，所述润滑剂为硬脂酸，所述发泡剂的重量份优选为15份，所述交联剂的重量份优选为8份。
24.第二方面，本发明提供了一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料，采用如上的制备方法制备而成。
25.第三方面，本发明提供了一种人造革的制造方法，包括表皮层和发泡材料层，所述发泡材料层包括采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料，所述采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料采用如上所述的制备方法制备而成。
26.第四方面，本发明提供了一种人造革，包括表皮层和发泡材料层，所述发泡材料层采用如上所述的采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料制成。
27.第五方面，本发明提供了一种汽车内部装饰件，所述内部装饰件包括如上所述的人造革。
28.本发明通过上述步骤s10-s30，独创性地对碳纤维进行改性，据此显著提高了碳纤维和聚丙烯树脂之间的界面结合程度，使得通过碳纤维对聚丙烯树脂起到优异的增强效果成为现实；且本发明还利用对tpv与聚丙烯等的混合原料通过电子辐照交联以改性，明显提高了聚丙烯树脂在发泡时的熔体强度，有效解决了聚丙烯树脂发泡温度区间狭小等技术问题；更进一步地，加入本发明改性的碳纤维(相比于不加入该种改性碳纤维)，与电子辐照交联以对混合原料进行改性相配合的技术手段，能够获得更好的发泡效果，最终得到的发泡聚丙烯产品密度更低、发泡倍率更高、结构强度更高、热学稳定性更高、泡孔结构更加均匀等等。
29.本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介
绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
30.以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图中：
31.图1为根据本发明的一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料的制备方法的流程框图；
32.图2为根据本发明的另一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料的制备方法的流程框图；
33.图3为根据本发明的实施例1制得的采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料的断面sem图像；
34.图4为根据本发明的实施例3制得的采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料的断面sem图像。
具体实施方式
35.以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
36.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
37.除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
39.第一方面，参见附图1，一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
40.s10：将碳纤维放入浓度为25-35％的双氧水溶液中，在70-90℃的第一温度下氧化处理1-2h后，从所述双氧水溶液中取出并进行干燥，得到表面氧化的碳纤维；
41.s20：将硅烷偶联剂与无水乙醇以体积比1：(75-125)的比例均匀混合，制成硅烷偶联剂乙醇溶液；
42.s30：将步骤s10中表面氧化的碳纤维置于所述硅烷偶联剂乙醇溶液中，在40-60℃的第二温度下浸润2.5-3.5h，取出后进行表面清洁和烘干处理，得到表面改性的碳纤维；
43.s40：将聚丙烯、tpv、以及表面改性的碳纤维混合均匀，得到初级混合原料，其中，所述聚丙烯的重量份为60份、所述tpv的重量份为40份、所述表面改性的碳纤维的重量份为1-25份；
44.s50：在所述初级混合原料中，加入发泡剂、交联剂和润滑剂混合均匀，得到次级混合原料，其中，所述发泡剂的重量份为3-20份、所述交联剂的重量份为1-12份、所述润滑剂
的重量份为1份；
45.s60：将所述次级混合原料采用5-30kgy的辐照剂量进行辐照交联改性，得到交联改性发泡原料；
46.s70，对所述交联改性发泡原料进行发泡，发泡完成后冷却得到所述改性采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料。
47.具体地，申请人发现，碳纤维表面为乱层石墨结构，其表面的极性官能团数量少，由此造成了其与聚丙烯树脂基体的结合能力较弱，故本发明先在步骤s10中，通过适当浓度的双氧水溶液在适当温度下对碳纤维进行表面氧化适当的时长，通过该表面氧化(是为对碳纤维的首次氧化)处理过程，石墨碳网平面端部的边缘不饱和碳原子被氧化后产生羟基(-oh)(反应过程如下)，后续再通过步骤s20-s30中的处理，使其表面性能得到进一步的优化。
[0048][0049]
步骤s10中的干燥可在真空干燥箱中进行，干燥温度可选为70-90℃，优选为80℃。
[0050]
在步骤s20中，硅烷偶联剂与无水乙醇之间的体积比选为1：(75-125)，此配比下获得的硅烷偶联剂乙醇溶液中，硅烷偶联剂的浓度在处理碳纤维所需的适当范围内、能够在步骤s30中对碳纤维进行理想的二次氧化、完成对碳纤维的改性，以提高其和聚丙烯材料的界面相容性，避免因硅烷偶联剂的浓度过高导致在步骤s30中将碳纤维过氧化，也避免了因硅烷偶联剂的浓度过低导致在步骤s30中对碳纤维的氧化效果不够。
[0051]
步骤s30中，将步骤s10中得到的碳纤维置于步骤s20中配制的硅烷偶联剂乙醇溶液中，在适当的温度下浸润充分的时长，使得上文所述的二次氧化改性充分进行，由此碳纤维的表面特性得到进一步的优化，得到的表面改性的碳纤维与聚丙烯之间的相容性可得到进一步提升，在该步骤中，碳纤维的表面特性得到优化的原理在于：
[0052]
通过步骤s10的第一次氧化，碳纤维表面带有了大量的羟基(-oh)基团，具有很大的极性，表面张力较高，与聚丙烯树脂之间界面结合性能很低，但将该碳纤维的表面再去通过硅烷偶联剂乙醇溶液处理，其表面状况就会变得容易与聚丙烯树脂相容，具体反应机理如下：
[0053]
硅烷偶联剂水解：
[0054]
h2n(ch2)3si(oc2h5)3+3h2o
→
h2n(ch2)3si(oh)3+3c2h5oh
[0055]
水解后的硅烷基与碳纤维表面所带的羟基发生缩聚反应，同时分子间脱水聚合成膜：
[0056][0057]
即本发明通过双氧水溶液、硅烷偶联剂乙醇溶液先后对碳纤维进行两次氧化以完
成对碳纤维的改性，使得改性后的碳纤维表面带有与硅烷偶联剂反应并牢固结合的氨基硅烷膜，该氨基硅烷膜在该改性后的碳纤维与聚丙烯树脂基体间起到很好的桥接作用，明显增强了碳纤维和聚丙烯树脂之间的界面结合能力。
[0058]
步骤s40中，将聚丙烯60份、tpv(即热塑性弹性体)40份、以及表面物理处理后的碳纤维1-25份混合均匀，得到初级混合原料。继而在步骤s50中，在初级混合原料中加入发泡剂3-20份、交联剂1-12份和润滑剂1份，得到次级混合原料，此时的次级混合原料中，聚丙烯、tpv、表面改性的碳纤维、发泡剂、交联剂、润滑剂混合效果均匀，有利于在后续发泡程序中，得到尽可能发泡均匀的发泡材料。在步骤s40中，并不加入发泡剂、交联剂、润滑剂之类的助剂，是考虑到这些助剂可能容易挥发，一旦挥发较久则重量损失明显，可能达不到预定发泡效果所需的重量，而在步骤s50中再加入这些助剂，在有效保证将这些助剂与聚丙烯、tpv和表面改性的碳纤维混合均匀的混合效果的同时，可以尽量缩短这些可能挥发的助剂直接暴露于空气中的时间。
[0059]
在步骤s60中，将辐照剂量选为5-30kgy，可保证所述次级混合原料得到足够的辐照，从而可充分交联，有效提高该聚丙烯为主体的混合原料最终在发泡时的熔体强度。
[0060]
在步骤s70中，对所述交联改性发泡原料进行发泡，发泡通常在高温环境中完成，发泡完成后，冷却即得所述采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料。
[0061]
本发明通过上述步骤s10-s30，独创性地对碳纤维进行改性，据此显著提高了碳纤维和聚丙烯树脂之间的界面结合程度，使得通过碳纤维对聚丙烯树脂起到优异的增强效果成为现实；且本发明还利用对tpv与聚丙烯等的混合原料通过电子辐照交联以改性，明显提高了聚丙烯树脂在发泡时的熔体强度，有效解决了聚丙烯树脂发泡温度区间狭小等技术问题；更进一步地，加入本发明改性的碳纤维(相比于不加入该种改性碳纤维)，与电子辐照交联以对混合原料进行改性相配合的技术手段，能够获得更好的发泡效果，最终得到的发泡聚丙烯产品密度更低、发泡倍率更高、结构强度更高、热学稳定性更高、泡孔结构更加均匀等等。
[0062]
优选地，参见附图2，在所述步骤s50和s60之间，还包括步骤s51：
[0063]
将所述次级混合原料采用平板流化床压成厚度为0.8-1.2mm的片状。
[0064]
具体地，通过在步骤s51中，将所述次级混合原料压成片状，一方面便于在后续的辐照步骤中(即步骤s60)，获得尽可能均匀的辐照交联效果；另一方面，将辐照后预发泡片材直接进行发泡(即步骤s70)，能够获得片状的聚丙烯发泡材料层，可便于直接和大片的塑胶相贴合，由此获得整体为片状的人造革材料，供后续被加工为其它产品(如汽车内饰)等等来使用。且步骤s51中得到的片材厚度适宜，不会因为片材过薄而导致发泡效果不好，也不会因为片材过厚而导致电子不易穿过、影响辐照交联改性的效果。所述片状的厚度优选为1mm。
[0065]
优选地，所述步骤s40中，采用开炼机将所述聚丙烯、tpv和表面改性的碳纤维均匀混合为所述初级混合原料，所述开炼机在步骤s40中的工作温度优选为160℃，前后轮转速比优选为1.2:1，混合时间优选为10min；
[0066]
所述步骤s50中，采用开炼机将所述初级混合原料、化学发泡剂、交联剂和润滑剂均匀混合为所述次级混合原料，所述开炼机在步骤s50中的工作温度优选为160℃，前后轮转速比优选为1.2:1，混合时间优选为10min；
[0067]
所述步骤s51中，采用平板流化床将所述次级混合原料压成片状，所述平板流化床的工作温度优选为170℃、工作压力优选为1mpa，排气时间优选为100s，保压时间优选为60s。
[0068]
通过上述步骤s40、s50、s51中对开炼机和平板流化床的工作参数进行优化选择，能够获得更为均匀的对初级原料和次级原料的混合效果、便于后续步骤s60中的辐照交联的均匀透彻地进行、也便于后续在步骤s70中得到发泡效果更为均匀的聚丙烯发泡材料。
[0069]
优选地，所述步骤s10中，所述双氧水的浓度优选为30％，所述第一温度优选为80℃，所述氧化处理的时长优选为1.5h；
[0070]
所述步骤s20中，所述硅烷偶联剂为kh151、kh172、kh174、kh550、kh560、kh570、kh792、kh1121中的任意一种，所述硅烷偶联剂与所述无水乙醇的体积比优选为1:100；
[0071]
所述步骤s30中，所述表面氧化的碳纤维与所述硅烷偶联剂乙醇溶液的质量比为1:3-1:5。
[0072]
具体地，通过将步骤s10中的双氧水浓度、用于氧化的第一温度和时长选为上述点值，可取得对碳纤维的最佳表面处理效果。而通过将步骤s20、s30中的硅烷偶联剂类型、硅烷偶联剂和乙醇溶液的体积配比、碳纤维和硅烷偶联剂乙醇溶液的质量比选为上述数值(或数值区间内)，可有效提高对碳纤维的二次氧化改性效果，使其与后续得到的含聚丙烯的预发泡混合料达到更好的相容性，由此最终制得的聚丙烯发泡材料可具有更高的结构强度和更好的热力学稳定性等等。在一个具体的实施例中，步骤s30中，所述干燥处理后的碳纤维的重量是20g，硅烷偶联剂的体积为2ml，乙醇溶液的体积为100ml。
[0073]
优选地，所述步骤s40中，所述表面改性的碳纤维的重量份优选为15份。
[0074]
通过上述配比，可以兼顾到所述改性玻璃纤维增强的聚丙烯发泡材料的低密度性、大的平均孔径、高的泡孔密度、低的热收缩率、高的拉伸强度、高的撕裂强度、高的冲击强度，在这些性能均表现良好时，还能有优良的低密度性(参见下表1，密度仅有0.071/g*cm-3
)、优良的高泡孔密度(参见下表1，泡孔密度为4193/cell*cm-3
)、以及极为突出的拉伸强度(0.81/mpa)、撕裂强度(6.3/kn*m-1
)、冲击强度(5.1/kj*m-2
)，尤其适合需要低密度的高强度聚丙烯发泡材料的应用场景。
[0075]
优选地，所述步骤s50中，所述发泡剂为偶氮化合物，所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，所述润滑剂为硬脂酸，所述发泡剂的重量份优选为15份，所述交联剂的重量份优选为8份。
[0076]
第二方面，本发明提供一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料，采用如上的制备方法制备而成。
[0077]
第三方面，本发明提供了一种人造革的制造方法，包括表皮层和发泡材料层，所述发泡材料层包括采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料，所述采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料采用如上所述的制备方法制备而成。
[0078]
第四方面，本发明提供了一种人造革，包括表皮层和发泡材料层，所述发泡材料层采用如上所述的采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料制成。
[0079]
第五方面，本发明提供了一种汽车内部装饰件，所述内部装饰件包括如上所述的人造革。
[0080]
下面给出本发明的采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料的制备方法的具体实
施例、对比例、以及相关性能参数的测试对比表。
[0081]
对比例1
[0082]
将60份聚丙烯和40份热塑性弹性体倒入开炼机，设置温度为160℃，前后轮转速比定在1.2:1，充分开炼10min，其中低速(5rpm)5min、高速(10rpm)5min，制备聚丙烯和热塑性弹性体预混合料。在所得的预混合料中加入化学发泡剂15份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯4份、润滑剂1份，温度保持在160℃，前后轮转速比定在1.2:1，继续开炼10min，得到预发泡混合料；将预发泡混合料置于平板流化床，温度设置为170℃，压力1mpa，排气时间99s，保压时间60s，压出1mm厚的预发泡片材。将预发泡片材放入电子辐照加速器中，辐照剂量2kgy，得到交联改性预发泡片材；将交联改性预发泡片材放入涂布机中，发泡温度为210℃，发泡时间为7min后，置于常温下冷却成型。
[0083]
对比例2
[0084]
对比例2的内容与对比例1基本相同，不同之处仅在于该对比例2中，加入的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为8份。
[0085]
对比例3
[0086]
对比例3的内容与对比例2基本相同，不同之处仅在于该对比例3中，加入的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为12份。
[0087]
对比例4
[0088]
将60份聚丙烯和40份热塑性弹性体、以及未经改性处理的普通碳纤维5份倒入开炼机，设置温度为160℃，前后轮转速比定在1.2:1，充分开炼10min，其中低速5min、高速5min，制备聚丙烯、热塑性弹性体和玻璃纤维预混合料。在所得的预混合料中加入发泡剂15份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯8份、润滑剂1份，温度保持在160℃，前后轮转速比定在1.2:1，继续开炼10min，得到预发泡混合料；将预发泡混合料置于平板流化床，温度设置为170℃，压力1mpa，排气时间99s，保压时间60s，压出1mm厚的预发泡片材。将预发泡片材放入电子辐照加速器中，辐照剂量6kgy，得到交联改性预发泡片材；将交联改性预发泡片材放入涂布机中，发泡温度为210℃，发泡时间为7min后，置于常温下冷却成型。
[0089]
对比例5
[0090]
对比例5的内容与对比例4基本相同，不同之处仅在于该对比例5中，加入的未经改性处理的普通碳纤维为10份。
[0091]
对比例6
[0092]
对比例6的内容与对比例5基本相同，不同之处仅在于该对比例6中，加入的未经改性处理的普通碳纤维为15份。
[0093]
实施例1
[0094]
将60份聚丙烯和40份热塑性弹性体、以及如本发明般改性处理的碳纤维5份倒入开炼机，设置温度160℃，前后轮转速比定在1.2:1，充分开炼10min，其中低速5min、高速5min，制备聚丙烯和热塑性弹性体预混合料。在所得预混料中加入发泡剂15份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯8份、润滑剂1份，温度保持160℃，前后轮转速比定在1.2:1，继续开炼10min，得到预发泡混合料；将预发泡混合料置于平板流化床，温度设置为170℃，压力1mpa，排气时间99s，保压时间60s，压出1mm厚的预发泡片材。将预发泡片材放入电子辐照加速器中，辐照剂量6kgy，得到交联改性预发泡片材；将交联改性预发泡片材放入涂布机中，发泡
温度为210℃，发泡时间为7min后，置于常温下冷却成型。
[0095]
实施例2
[0096]
实施例2的内容与实施例1基本相同，不同之处仅在于该实施例中，加入的如本发明般改性处理的碳纤维为10份。
[0097]
实施例3
[0098]
实施例3的内容与实施例2基本相同，不同之处仅在于该实施例中，加入的如本发明般改性处理的碳纤维为15份。
[0099]
表1各对比例和实施例制得的发泡聚丙烯材料的性能参数表
[0100][0101]
从表一可以看出，采用本发明的技术手段以增强发泡聚丙烯材料，最终获得的产品在产品密度、平均孔径、泡孔密度、热收缩率、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击强度这七个方面的表现综合来说，相比于不加入任何碳纤维、或只加入普通碳纤维得到的发泡聚丙烯材料，有明显的提升和改进。
[0102]
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
[0103]
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s10：将碳纤维放入浓度为25-35％的双氧水溶液中，在70-90℃的第一温度下氧化处理1-2h后，从所述双氧水溶液中取出并进行干燥，得到表面氧化的碳纤维；s20：将硅烷偶联剂与无水乙醇以体积比1：(75-125)的比例均匀混合，制成硅烷偶联剂乙醇溶液；s30：将步骤s10中表面氧化的碳纤维置于所述硅烷偶联剂乙醇溶液中，在40-60℃的第二温度下浸润2.5-3.5h，取出后进行表面清洁和烘干处理，得到表面改性的碳纤维；s40：将聚丙烯、tpv、以及表面改性的碳纤维混合均匀，得到初级混合原料，其中，所述聚丙烯的重量份为60份、所述tpv的重量份为40份、所述表面改性的碳纤维的重量份为1-25份；s50：在所述初级混合原料中，加入发泡剂、交联剂和润滑剂混合均匀，得到次级混合原料，其中，所述发泡剂的重量份为3-20份、所述交联剂的重量份为1-12份、所述润滑剂的重量份为1份；s60：将所述次级混合原料采用5-30kgy的辐照剂量进行辐照交联改性，得到交联改性发泡原料；s70，对所述交联改性发泡原料进行发泡，发泡完成后冷却得到所述改性采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤s50和s60之间，还包括步骤s51：将所述次级混合原料采用平板流化床压成厚度为0.8-1.2mm的片状。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s40中，采用开炼机将所述聚丙烯、tpv和表面改性的碳纤维均匀混合为所述初级混合原料，所述开炼机在步骤s40中的工作温度优选为160℃，前后轮转速比优选为1.2:1，混合时间优选为10min；所述步骤s50中，采用开炼机将所述初级混合原料、化学发泡剂、交联剂和润滑剂均匀混合为所述次级混合原料，所述开炼机在步骤s50中的工作温度优选为160℃，前后轮转速比优选为1.2:1，混合时间优选为10min；所述步骤s51中，采用平板流化床将所述次级混合原料压成片状，所述平板流化床的工作温度优选为170℃、工作压力优选为1mpa，排气时间优选为100s，保压时间优选为60s。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤s10中，所述双氧水的浓度优选为30％，所述第一温度优选为80℃，所述氧化处理的时长优选为1.5h；所述步骤s20中，所述硅烷偶联剂为kh151、kh172、kh174、kh550、kh560、kh570、kh792、kh1121中的任意一种，所述硅烷偶联剂与所述无水乙醇的体积比优选为1:100；所述步骤s30中，所述表面氧化的碳纤维与所述硅烷偶联剂乙醇溶液的质量比为1:3-1:5。5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s40中，所述表面改性的碳纤维的重量份优选为15份。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s50中，所述发泡剂为偶氮化合物，所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，所述润滑剂为硬脂酸，所述发泡剂的重量
份优选为15份，所述交联剂的重量份优选为8份。7.一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项的制备方法制备而成。8.一种人造革的制造方法，其特征在于，包括表皮层和发泡材料层，所述发泡材料层包括采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料，所述采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料采用权利要求1-6中任一项的制备方法制备而成。9.一种人造革，其特征在于，包括表皮层和发泡材料层，所述发泡材料层采用权利要求7所述的采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料制成。10.一种汽车内部装饰件，其特征在于，所述内部装饰件包括权利要求9所述的人造革。

技术总结
本发明涉及一种采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料及其制备方法，所述方法包括步骤：将碳纤维放入双氧水溶液中进行氧化处理；制备硅烷偶联剂乙醇溶液；将表面氧化的碳纤维置于硅烷偶联剂乙醇溶液中浸润，得到表面改性的碳纤维；将聚丙烯、TPV、以及表面改性的碳纤维混合均匀，得到初级混合原料；在所述初级混合原料中，加入发泡剂、交联剂和润滑剂混合均匀，得到次级混合原料；将次级混合原料进行辐照交联改性，得到交联改性发泡原料；对交联改性发泡原料进行发泡，发泡完成后冷却得到改性采用改性碳纤维增强的发泡聚丙烯材料。本发明能够明显提高碳纤维和聚丙烯树脂之间的界面结合性，获得了综合性能好的低密度聚丙烯发泡材料。材料。材料。


技术研发人员：王天雨 崔长伟 戴安琪 牛康民 喻冬青 宋伟锋
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/6