本發明涉及一種改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料的制備方法，屬于復合材料技術領域。
背景技術：
改性聚丙烯材料在滿足汽車美觀、舒適、安全、防腐、輕量化及設計自由度大等方面起著其它材料無法替代的作用。在眾多填充級聚丙烯材料中，玻璃纖維增強PP復合材料具有高剛性、耐熱性、耐化學腐蝕性、耐候及尺寸穩定性等優點，可在一定范圍內替代銅、鋼、尼龍等，廣泛應用于汽車、電器、電機、家電等領域。玻璃纖維增強的聚丙烯材料作為一種通用工程塑料，具有高強度、高剛度、剛沖擊強度、低密度、低翹曲蠕變性、抗動態疲勞性能優異的性能，因其性價比高，廣泛應用于汽車、家電等結構零部件，取代金屬、短玻璃纖維增強尼龍等材料。
目前玻璃纖維所含有的一些組分以及在對玻纖進行表面處理時所使用的一些處理劑組分通常會加速聚丙烯材料的老化；另一方面在玻璃纖維增強聚丙烯材料的制備過程中，通常需要加入一定量的、能夠促使玻纖與聚丙烯樹脂形成良好界面良好粘接效果的增強劑，如某些有機酸或者酸酐接枝功能化的聚丙烯，這些功能接枝化的相容劑對添加的普通抗氧體系有很大的沖突作用，減弱了抗氧劑在聚丙烯材料中的抗氧老化作用；另外，普通抗氧體系具有一定的水溶性，在水解過程中抗氧劑會不斷析出，材料中殘存的抗氧劑越來越少，從而使得材料的抗氧能力不斷下降。
國內聚丙烯改性生產廠家雖然比較多，但是由于材料配方和加工工藝還不完善，因此國內廠家生產的改性聚丙烯材料在力學性能、耐水解性能和耐熱氧化性能上還是跟國外材料有一定的差距。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對目前玻璃纖維增強聚丙烯材料的添加劑易導致改性聚丙烯材料抗氧化性能、力學性能及耐水解性能降低的問題，本發明提供了一種利用硅灰石和鈣長石作為基料，通過球磨混合后，使用硫酸浸泡，獲得介孔二氧化硅混合物，以聚乙烯基吡咯烷酮作為結構導向劑，草酸作為晶型調節劑，使混合物中形成硫酸鈣晶須負載固定于介孔二氧化硅中，提供力學性能，隨后與氧化鋁及偶聯劑等物質熔融混合，提高抗氧化性能，最后與聚丙烯混合，在硫酸鈣晶須的引發及鈦的催化下，增加聚丙烯的結晶度，進一步提高耐熱氧化性，從而制得改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料，本發明制備的改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料力學性能好，抗氧化性及耐水解性高。
為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是：
（1）按質量比1:3，取硅灰石和鈣長石放入球磨機中，加入鈣長石質量4～6倍的直徑為100mm的鋼球，以300r/min球磨2～3h，收集球磨混合物，按質量比1:4，將球磨混合物與質量分數為70％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于微波爐中進行加熱，加熱至90～95℃，保溫3～5h；
（2）在上述保溫結束后，向容器中分別加入上述球磨混合物質量2～3倍的水、上述球磨混合物質量20～30％的聚乙烯基吡咯烷酮及上述球磨混合物質量3～5％的草酸，攪拌均勻后繼續保溫30～40min，隨后將容器中的混合物放入反應釜中，設定溫度為130～150℃，壓力為1.2～1.5MPa，保溫6～9h；
（3）待上述保溫結束后，降壓至標準大氣壓，趁熱出料，對出料物趁熱過濾，使用10℃水洗滌濾餅至洗滌后的洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅置于120℃干燥箱中干燥6～8h，收集干燥物，按重量份數計，取50～60份干燥物、20～25份氧化鋁、12～15份硼砂、7～9份水、4～7份鈦酸四丁酯及3～5份異丁基三乙氧基硅烷，放入粉碎機進行粉碎，收集混合料；
（4）將上述混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設定溫度為1270～1290℃，熔融3～6h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機中，設定拉絲機溫度為1200～1230℃，以1200r/min進行拉絲，收集拉絲物，得改性玻璃纖維；
（5）按質量比3:5～3:8，取上述改性玻璃纖維與聚丙烯放入混合機中混合均勻，將混合物放入擠出機中，設定一區溫度為187～192℃，二區溫度為196～198℃，三區溫度為200～220℃，以22r/min進行擠出造粒，收集造粒物，將造粒物放入注塑機中注塑成型，設定噴嘴溫度為230～240℃，第一段溫度為220～240℃，第二段溫度為210～230℃，下料段溫度為200～220℃，收集成型物，即可得改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料。
經檢測本發明所制備的改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料得：沖擊強度為16.3～17.6kJ/m2，彎曲強度為131.3～143.2MPa，拉伸強度為58～62MPa，軟化點為168～173℃，在70℃老化爐中320h，無老化現象發生，耐水解性較傳統玻璃纖維增強聚丙烯復合材料提高了60～80％，抗氧化性較傳統玻璃纖維增強聚丙烯復合材料提高了50～60％。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明制備的改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料力學性能好及耐水解性高；
（2）本發明制備的改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料內的物質不會發生析出，且提高材料的抗氧化性；
（3）本發明制備的改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料可廣泛應用于汽車、化工、電子及電器等領域。
具體實施方式
按質量比1:3，取硅灰石和鈣長石放入球磨機中，加入鈣長石質量4～6倍的直徑為100mm的鋼球，以300r/min球磨2～3h，收集球磨混合物，按質量比1:4，將球磨混合物與質量分數為70％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于微波爐中進行加熱，加熱至90～95℃，保溫3～5h；在上述保溫結束后，向容器中分別加入上述球磨混合物質量2～3倍的水、上述球磨混合物質量20～30％的聚乙烯基吡咯烷酮及上述球磨混合物質量3～5％的草酸，攪拌均勻后繼續保溫30～40min，隨后將容器中的混合物放入反應釜中，設定溫度為130～150℃，壓力為1.2～1.5MPa，保溫6～9h；待上述保溫結束后，降壓至標準大氣壓，趁熱出料，對出料物趁熱過濾，使用10℃水洗滌濾餅至洗滌后的洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅置于120℃干燥箱中干燥6～8h，收集干燥物，按重量份數計，取50～60份干燥物、20～25份氧化鋁、12～15份硼砂、7～9份水、4～7份鈦酸四丁酯及3～5份異丁基三乙氧基硅烷，放入粉碎機進行粉碎，收集混合料；將上述混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設定溫度為1270～1290℃，熔融3～6h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機中，設定拉絲機溫度為1200～1230℃，以1200r/min進行拉絲，收集拉絲物，得改性玻璃纖維；按質量比3:5～3:8，取上述改性玻璃纖維與聚丙烯放入混合機中混合均勻，將混合物放入擠出機中，設定一區溫度為187～192℃，二區溫度為196～198℃，三區溫度為200～220℃，以22r/min進行擠出造粒，收集造粒物，將造粒物放入注塑機中注塑成型，設定噴嘴溫度為230～240℃，第一段溫度為220～240℃，第二段溫度為210～230℃，下料段溫度為200～220℃，收集成型物，即可得改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料。
實例1
按質量比1:3，取硅灰石和鈣長石放入球磨機中，加入鈣長石質量4倍的直徑為100mm的鋼球，以300r/min球磨2h，收集球磨混合物，按質量比1:4，將球磨混合物與質量分數為70％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于微波爐中進行加熱，加熱至90℃，保溫3h；在上述保溫結束后，向容器中分別加入上述球磨混合物質量2倍的水、上述球磨混合物質量20％的聚乙烯基吡咯烷酮及上述球磨混合物質量3％的草酸，攪拌均勻后繼續保溫30min，隨后將容器中的混合物放入反應釜中，設定溫度為130℃，壓力為1.2MPa，保溫6h；待上述保溫結束后，降壓至標準大氣壓，趁熱出料，對出料物趁熱過濾，使用10℃水洗滌濾餅至洗滌后的洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅置于120℃干燥箱中干燥6h，收集干燥物，按重量份數計，取50份干燥物、20份氧化鋁、12份硼砂、7份水、4份鈦酸四丁酯及3份異丁基三乙氧基硅烷，放入粉碎機進行粉碎，收集混合料；將上述混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設定溫度為1270℃，熔融3h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機中，設定拉絲機溫度為1200℃，以1200r/min進行拉絲，收集拉絲物，得改性玻璃纖維；按質量比3:5，取上述改性玻璃纖維與聚丙烯放入混合機中混合均勻，將混合物放入擠出機中，設定一區溫度為187℃，二區溫度為196℃，三區溫度為200℃，以22r/min進行擠出造粒，收集造粒物，將造粒物放入注塑機中注塑成型，設定噴嘴溫度為230℃，第一段溫度為220℃，第二段溫度為210℃，下料段溫度為200℃，收集成型物，即可得改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料。
經檢測本發明所制備的改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料得：沖擊強度為16.3kJ/m2，彎曲強度為131.3MPa，拉伸強度為58MPa，軟化點為168℃，在70℃老化爐中320h，無老化現象發生，耐水解性較傳統玻璃纖維增強聚丙烯復合材料提高了60％，抗氧化性較傳統玻璃纖維增強聚丙烯復合材料提高了50％。
實例2
按質量比1:3，取硅灰石和鈣長石放入球磨機中，加入鈣長石質量6倍的直徑為100mm的鋼球，以300r/min球磨3h，收集球磨混合物，按質量比1:4，將球磨混合物與質量分數為70％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于微波爐中進行加熱，加熱至95℃，保溫5h；在上述保溫結束后，向容器中分別加入上述球磨混合物質量3倍的水、上述球磨混合物質量30％的聚乙烯基吡咯烷酮及上述球磨混合物質量5％的草酸，攪拌均勻后繼續保溫40min，隨后將容器中的混合物放入反應釜中，設定溫度為150℃，壓力為1.5MPa，保溫9h；待上述保溫結束后，降壓至標準大氣壓，趁熱出料，對出料物趁熱過濾，使用10℃水洗滌濾餅至洗滌后的洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅置于120℃干燥箱中干燥8h，收集干燥物，按重量份數計，取60份干燥物、25份氧化鋁、15份硼砂、9份水、7份鈦酸四丁酯及5份異丁基三乙氧基硅烷，放入粉碎機進行粉碎，收集混合料；將上述混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設定溫度為1290℃，熔融6h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機中，設定拉絲機溫度為1230℃，以1200r/min進行拉絲，收集拉絲物，得改性玻璃纖維；按質量比3:8，取上述改性玻璃纖維與聚丙烯放入混合機中混合均勻，將混合物放入擠出機中，設定一區溫度為192℃，二區溫度為198℃，三區溫度為220℃，以22r/min進行擠出造粒，收集造粒物，將造粒物放入注塑機中注塑成型，設定噴嘴溫度為240℃，第一段溫度為240℃，第二段溫度為230℃，下料段溫度為220℃，收集成型物，即可得改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料。
經檢測本發明所制備的改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料得：沖擊強度為17.6kJ/m2，彎曲強度為143.2MPa，拉伸強度為62MPa，軟化點為173℃，在70℃老化爐中320h，無老化現象發生，耐水解性較傳統玻璃纖維增強聚丙烯復合材料提高了80％，抗氧化性較傳統玻璃纖維增強聚丙烯復合材料提高了60％。
實例3
按質量比1:3，取硅灰石和鈣長石放入球磨機中，加入鈣長石質量5倍的直徑為100mm的鋼球，以300r/min球磨3h，收集球磨混合物，按質量比1:4，將球磨混合物與質量分數為70％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于微波爐中進行加熱，加熱至92℃，保溫4h；在上述保溫結束后，向容器中分別加入上述球磨混合物質量3倍的水、上述球磨混合物質量25％的聚乙烯基吡咯烷酮及上述球磨混合物質量4％的草酸，攪拌均勻后繼續保溫35min，隨后將容器中的混合物放入反應釜中，設定溫度為140℃，壓力為1.3MPa，保溫7h；待上述保溫結束后，降壓至標準大氣壓，趁熱出料，對出料物趁熱過濾，使用10℃水洗滌濾餅至洗滌后的洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅置于120℃干燥箱中干燥7h，收集干燥物，按重量份數計，取55份干燥物、22份氧化鋁、13份硼砂、8份水、6份鈦酸四丁酯及4份異丁基三乙氧基硅烷，放入粉碎機進行粉碎，收集混合料；將上述混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設定溫度為1280℃，熔融4h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機中，設定拉絲機溫度為1220℃，以1200r/min進行拉絲，收集拉絲物，得改性玻璃纖維；按質量比3:7，取上述改性玻璃纖維與聚丙烯放入混合機中混合均勻，將混合物放入擠出機中，設定一區溫度為190℃，二區溫度為197℃，三區溫度為210℃，以22r/min進行擠出造粒，收集造粒物，將造粒物放入注塑機中注塑成型，設定噴嘴溫度為235℃，第一段溫度為230℃，第二段溫度為220℃，下料段溫度為210℃，收集成型物，即可得改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料。
經檢測本發明所制備的改性玻璃纖維增強聚丙烯復合材料得：沖擊強度為16.8kJ/m2，彎曲強度為136.8MPa，拉伸強度為60MPa，軟化點為170℃，在70℃老化爐中320h，無老化現象發生，耐水解性較傳統玻璃纖維增強聚丙烯復合材料提高了70％，抗氧化性較傳統玻璃纖維增強聚丙烯復合材料提高了55％。