本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體涉及高纖維體積含量聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)單聚合物復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料由于高的比強(qiáng)度、不腐蝕和高的斷裂韌性已廣泛應(yīng)用于航空航天、休閑娛樂、汽車、建筑和體育工業(yè)等領(lǐng)域，另外，其作為輕質(zhì)高強(qiáng)新材料，正在對低碳、環(huán)保的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式作出越來越大的貢獻(xiàn)，因此，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的市場份額正在不斷增加。然而，傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料存在兩個(gè)問題：第一，增強(qiáng)相和基體不同質(zhì)，界面相容性差，且無法回收。第二，增強(qiáng)相為無機(jī)纖維或基于石油的聚合物纖維，基體為石油基聚合物，存在資源短缺和環(huán)境污染等問題。以資源可再生、生物可降解的聚合物為原料，開發(fā)單聚合物復(fù)合材料可解決上述兩個(gè)問題。聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)資源可再生、生物可降解，PHBV單聚合物復(fù)合材料的制備將能解決纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物復(fù)合材料存在的瓶頸問題。
目前，PHBV單聚合物復(fù)合材料及其制備方法存在以下問題：(1)基體和增強(qiáng)相均為PHBV，以致加工窗口窄；(2)PHBV為熱塑性高分子材料，粘度大，PHBV基體難以對增強(qiáng)相PHBV纖維充分浸潤，增強(qiáng)相PHBV纖維難以均勻地分散在PHBV基體中，以致PHBV纖維的體積含量低。PHBV單聚合物復(fù)合材料的制備過程中若能解決上述問題，將會(huì)降低其加工難度，進(jìn)一步改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對PHBV單聚合物復(fù)合材料的開發(fā)過程中存在的問題，開發(fā)出一種高纖維體積含量PHBV單聚合物復(fù)合材料，并提供了其制備方法。
高纖維體積含量聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)單聚合物復(fù)合材料，其組分包括：
(1)增強(qiáng)相為3-羥基戊酸酯(HV)含量為0～20mol％的PHBV纖維，當(dāng)HV的含量為0時(shí)，PHBV即為聚(3-羥基丁酸酯)(PHB)，增強(qiáng)相PHBV的粘均分子量為5.0×104～1.0×106；
(2)基體是HV含量為10～100mol％的PHBV，當(dāng)HV的含量為100％時(shí)，PHBV即為聚(3-羥基戊酸酯)(PHV)，皮層的粘均分子量為5.0×104～1.0×106；
(3)增強(qiáng)相纖維的體積含量為5％～90％。
所述的高纖維體積含量聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)單聚合物復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：
(1)將皮芯結(jié)構(gòu)的PHBV纖維加工成纖維集合體；
(2)將1～1000層皮芯結(jié)構(gòu)PHBV纖維集合體疊加在一起；
(3)在熱壓機(jī)上，在一定壓力和溫度下，將皮芯結(jié)構(gòu)PHBV纖維集合體熱壓成PHBV單聚合物復(fù)合材料。
所述的高纖維體積含量聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)單聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的纖維集合體包括機(jī)織物、針織物和非織造布。
所述的高纖維體積含量聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)單聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的熱壓壓力為1～20MPa。
所述的高纖維體積含量聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)單聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的熱壓溫度為100～160℃。
有益效果：
(1)該P(yáng)HBV單聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)相和基體均為PHBV，資源可再生、生物可降解，界面相容型好，材料的力學(xué)性能好。
(2)PHBV單聚合物復(fù)合材料由皮芯結(jié)構(gòu)聚乳酸纖維制得，基體和增強(qiáng)相結(jié)合在直徑為幾微米到幾十微米的纖維中，纖維的分散性好，基體對增強(qiáng)相的浸潤性好，纖維的體積含量可高達(dá)90％。
(3)皮芯結(jié)構(gòu)PHBV纖維中皮層和芯層間的熔點(diǎn)差異大，復(fù)合材料的加工窗口寬。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落入本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實(shí)施例1
以皮芯結(jié)構(gòu)PHBV短纖維為原料，其中芯層為3-羥基戊酸酯(HV)含量為0的PHBV纖維，即PHB，粘均分子量為3.9×105；皮層為HV含量為20mol％的PHBV，粘均分子量為4.5×105，皮和芯的體積比為30：70，通過梳理成網(wǎng)，熱風(fēng)粘合加固制得皮芯結(jié)構(gòu)PHBV非織造布(面密度為22g/m2)，將100層PHBV非織造布疊加在一起，在熱壓機(jī)上，在5MPa的壓力下，130℃的溫度下，熱壓成單聚合物PHBV復(fù)合材料。所得PHBV單聚合物復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度為50.8MPa，斷裂伸長率為45.2％。
實(shí)施例2
以皮芯結(jié)構(gòu)PHBV短纖維為原料，其中芯層為3-羥基戊酸酯(HV)含量為2.5mol％的PHBV纖維，粘均分子量為5.6×105；皮層為HV含量為29mol％的PHBV，粘均分子量為2.6×105，皮和芯的體積比為20：80，通過梳理成網(wǎng)，熱風(fēng)粘合加固制得皮芯結(jié)構(gòu)PHBV非織造布(面密度為18g/m2)，將50層PHBV非織造布疊加在一起，在熱壓機(jī)上，在4MPa的壓力下，100℃的溫度下，熱壓成單聚合物PHBV復(fù)合材料。所得PHBV單聚合物復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度為55.7MPa，斷裂伸長率為30.2％。
實(shí)施例3
以皮芯結(jié)構(gòu)PHBV短纖維為原料，其中芯層為3-羥基戊酸酯(HV)含量為0的PHBV纖維，即PHB，粘均分子量為3.9×105；皮層為HV含量為12mol％的PHBV，粘均分子量為4.8×105，皮和芯的體積比為30：70，通過梳理成網(wǎng)，熱風(fēng)粘合加固制得皮芯結(jié)構(gòu)PHBV非織造布(面密度為20g/m2)，將100層PHBV非織造布疊加在一起，在熱壓機(jī)上，在8MPa的壓力下，155℃的溫度下，熱壓成單聚合物PHBV復(fù)合材料。所得PHBV單聚合物復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度為48.2MPa，斷裂伸長率為37.5％。
實(shí)施例4
以皮芯結(jié)構(gòu)PHBV短纖維為原料，其中芯層為3-羥基戊酸酯(HV)含量為2.5mol％的PHBV纖維，粘均分子量為3.9×105；皮層為HV含量為77mol％的PHBV，粘均分子量為2.8×105，皮和芯的體積比為35：65，通過梳理成網(wǎng)，熱風(fēng)粘合加固制得皮芯結(jié)構(gòu)PHBV非織造布(面密度為20g/m2)，將100層PHBV非織造布疊加在一起，在熱壓機(jī)上，在8MPa的壓力下，120℃的溫度下，熱壓成單聚合物PHBV復(fù)合材料。所得PHBV單聚合物復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度為45.3MPa，斷裂伸長率為40.8％。