1.本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种连接件用高强纤维增强复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.近年来，随着全球工业化进程的推进，机械设备领域发展迅速，带动对连接件的性能要求越来越高，市场需求量越来越大。连接件经常运用于连接软性或硬性管道，采用铸铁件或者不锈钢来制造，但其重量大，在制造、安装方面均存在诸多不便，虽然现有的连接件也有一些采用铝合金来进行制造，但其通常成本较高，而且其机械强度与铸铁件或者不锈钢制作的连接件相比也存在一定差距，无法实现大规模应用。正是在这种形势下，连接件用高强纤维增强复合材料应运而生，它的出现引起了人们的广泛关注。
3.连接件用高强纤维增强复合材料通常是以高强玻璃纤维为增强材料、合成树脂及辅助剂等为基体材料，经拉挤牵引成型而成，具有质量轻、机械强度高、绝缘性和抗腐蚀性好、抗腐蚀和疲劳损伤性能佳等优良特性，是现代乃至今后一段时间复合材料行业发展的主流趋势，具有非常高的潜在价值。然而，现有的连接件用高强纤维增强复合材料还或多或少存在价格相对昂贵，耐磨性较差，机械力学性能、阻燃性、耐候性、环保性和性能稳定性有待进一步提高的缺陷。
4.为了解决上述问题，专利cn104312094b公开了一种新型连接件制作用复合材料，包括铝粒子、碳纳米粒子、低粘度聚酰胺、玻璃纤维以及环氧树脂，以重量百分数计，上述各物质的质量含量为铝粒子4-8％，碳纳米粒子6-12％，低粘度聚酰胺24-35％，玻璃纤维13-25％，环氧树脂33-52％。采用上述复合材料制成的连接件，其具有与铸铁件相似的机械强度和硬度等性能，且质量减轻40％-50％，机械性能优良，制作、安装简便，降低了生产成本，适于大量推广。然而，其耐候性、阻燃性和性能稳定性均有待进一步提高。
5.可见，本领域仍然需要一种机械力学性能佳，耐候性和阻燃性好，性能稳定性优异的连接件用高强纤维增强复合材料及其制备方法。
技术实现要素：
6.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种机械力学性能佳，耐候性和阻燃性好，性能稳定性优异的连接件用高强纤维增强复合材料及其制备方法。
7.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种连接件用高强纤维增强复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：玻璃纤维15-25份、废旧聚芳恶二唑纤维4-7份、偶联剂1-2份、磺化聚苯并噁唑5-8份、pbt树脂60-70份、氧化石墨烯纤维1-3份、相容剂0.5-1.5份、抗氧剂0.3-0.8份、间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮1-3份、五氧化二磷1-2份、多聚磷酸0.3-0.6份、n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物10-15份。
8.优选的，所述n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯
酸三氟乙酯共聚物的制备方法，包括如下步骤：将n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，50-65℃下搅拌反应3-5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤3-6次，最后置于真空干燥箱85-95℃下干燥至恒重，得到n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物。
9.优选的，所述n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂、高沸点溶剂的质量比为(3-5):1:(0.8-1.2):1:(0.06-0.09):(20-40)。
10.优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气中的任意一种。
11.优选的，所述间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮的制备方法，包括如下步骤：将间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮加入到二甲亚砜中，在70-80℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去二甲亚砜，用乙醚洗涤3-6次，再旋蒸除去乙醚，得到间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮。
12.优选的，所述间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮、二甲亚砜的摩尔比为2:1:(10-15)。
13.优选的，所抗氧剂为抗氧剂9228、抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076中的至少一种述。
14.优选的，所述相容剂为pp-g-mah、pe-g-mah、eva-g-mah中的至少一种。
15.优选的，所述pbt树脂为美国泰科纳1700a高分子量pbt celanex。
16.优选的，所述磺化聚苯并噁唑的来源无特殊要求，在本发明的一个实施例中，所述磺化聚苯并噁唑是按专利cn200410024691.5中实施例3的方法制成。
17.优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的至少一种。
18.优选的，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，单丝直径为7-11微米，长度3-4.5毫米；所述氧化石墨烯纤维的平均直径为3-9μm，长径比为(20-30):1；所述废旧聚芳恶二唑纤维为宝德纶短纤维废弃后的产品；其平均直径为5-10μm，长度为3-5mm。
19.本发明的另一个目的，在于提供一种所述连接件用高强纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份将各原料加入高速搅拌机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中挤出成型，接着浸泡在50-70℃的水中8-10小时，再置于真空干燥箱85-95℃下干燥至恒重，得到连接件用高强纤维增强复合材料。
20.优选的，所述挤出成型的温度为240-270℃，所述双螺杆挤出机的主螺杆转速120-220r/min。
21.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
22.(1)本发明公开的连接件用高强纤维增强复合材料的制备方法，采用传统挤出成型工艺即可实现，无需复杂的工艺步骤和流程，也无需专用设备，资金投入少，制备效率和成品合格率高，适于工业化连续生产。
23.(2)本发明公开的连接件用高强纤维增强复合材料，采用玻璃纤维、废旧聚芳恶二
515-2410测定该共聚物的mn＝14136g/mol，mw/mn＝1.317；通过元素分析证实，该共聚物中结构单元n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯的质量比与理论值相同。
32.所述间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮的制备方法，包括如下步骤：将间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮加入到二甲亚砜中，在70℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去二甲亚砜，用乙醚洗涤3次，再旋蒸除去乙醚，得到间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮；所述间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮、二甲亚砜的摩尔比为2:1:10；将该产物分散于质量分数为15％的硝酸银水溶液中，有白色沉淀生成，证明该产物中含有氯离子结构，实现了离子化；通过元素分析证实参与反应的间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮的摩尔比为2:1。
33.所抗氧剂为抗氧剂9228；所述相容剂为pp-g-mah；所述pbt树脂为美国泰科纳1700a高分子量pbt celanex；所述偶联剂为硅烷偶联剂kh550；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，单丝直径为7微米，长度3毫米；所述氧化石墨烯纤维的平均直径为3μm，长径比为20:1；所述废旧聚芳恶二唑纤维为宝德纶短纤维废弃后的产品；其平均直径为5μm，长度为3mm。
34.一种所述连接件用高强纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份将各原料加入高速搅拌机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中挤出成型，接着浸泡在50℃的水中8小时，再置于真空干燥箱85℃下干燥至恒重，得到连接件用高强纤维增强复合材料；所述挤出成型的温度为240-270℃，所述双螺杆挤出机的主螺杆转速120r/min。
35.实施例2
36.一种连接件用高强纤维增强复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：玻璃纤维17份、废旧聚芳恶二唑纤维5份、偶联剂1.2份、磺化聚苯并噁唑6份、pbt树脂63份、氧化石墨烯纤维1.5份、相容剂0.7份、抗氧剂0.5份、间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮1.5份、五氧化二磷1.2份、多聚磷酸0.4份、n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物12份。
37.所述n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物的制备方法，包括如下步骤：将n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，55℃下搅拌反应3.5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤4次，最后置于真空干燥箱87℃下干燥至恒重，得到n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物；所述n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂、高沸点溶剂的质量比为3.5:1:0.9:1:0.07:25；所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为n,n-二甲基甲酰胺；所述惰性气体为氦气。
38.所述间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮的制备方法，包括如下步骤：将间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮加入到二甲亚砜中，在73℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去二甲亚砜，用乙醚洗涤4次，再旋蒸除去乙醚，得到间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮；所述间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮、二甲亚砜的摩尔比为2:1:12。
39.所抗氧剂为抗氧剂168；所述相容剂为pe-g-mah；所述pbt树脂为美国泰科纳1700a
高分子量pbt celanex；所述偶联剂为硅烷偶联剂kh560；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，单丝直径为8微米，长度3.5毫米；所述氧化石墨烯纤维的平均直径为5μm，长径比为23:1；所述废旧聚芳恶二唑纤维为宝德纶短纤维废弃后的产品；其平均直径为6.5μm，长度为3.5mm。
40.一种所述连接件用高强纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份将各原料加入高速搅拌机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中挤出成型，接着浸泡在55℃的水中8.5小时，再置于真空干燥箱88℃下干燥至恒重，得到连接件用高强纤维增强复合材料；所述挤出成型的温度为240-270℃，所述双螺杆挤出机的主螺杆转速150r/min。
41.实施例3
42.一种连接件用高强纤维增强复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：玻璃纤维20份、废旧聚芳恶二唑纤维5.5份、偶联剂1.5份、磺化聚苯并噁唑6.5份、pbt树脂65份、氧化石墨烯纤维2份、相容剂1份、抗氧剂0.6份、间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮2份、五氧化二磷1.5份、多聚磷酸0.45份、n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物13份。
43.所述n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物的制备方法，包括如下步骤：将n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，58℃下搅拌反应4小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤5次，最后置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重，得到n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物；所述n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂、高沸点溶剂的质量比为4:1:1:1:0.075:30；所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为n,n-二甲基乙酰胺；所述惰性气体为氖气。
44.所述间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮的制备方法，包括如下步骤：将间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮加入到二甲亚砜中，在75℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去二甲亚砜，用乙醚洗涤4次，再旋蒸除去乙醚，得到间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮；所述间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮、二甲亚砜的摩尔比为2:1:13。
45.所抗氧剂为抗氧剂1010；所述相容剂为eva-g-mah；所述pbt树脂为美国泰科纳1700a高分子量pbt celanex；所述偶联剂为硅烷偶联剂kh570；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，单丝直径为9微米，长度4毫米；所述氧化石墨烯纤维的平均直径为6μm，长径比为25:1；所述废旧聚芳恶二唑纤维为宝德纶短纤维废弃后的产品，其平均直径为8μm，长度为4mm。
46.一种所述连接件用高强纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份将各原料加入高速搅拌机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中挤出成型，接着浸泡在60℃的水中9小时，再置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重，得到连接件用高强纤维增强复合材料；所述挤出成型的温度为240-270℃，所述双螺杆挤出机的主螺杆转速190r/min。
47.实施例4
48.一种连接件用高强纤维增强复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：玻璃纤维23份、废旧聚芳恶二唑纤维6.5份、偶联剂1.8份、磺化聚苯并噁唑7.5份、pbt树脂68份、
氧化石墨烯纤维2.5份、相容剂1.3份、抗氧剂0.7份、间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮2.5份、五氧化二磷1.8份、多聚磷酸0.5份、n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物14份。
49.所述n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物的制备方法，包括如下步骤：将n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，63℃下搅拌反应4.5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤6次，最后置于真空干燥箱93℃下干燥至恒重，得到n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物；所述n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂、高沸点溶剂的质量比为4.5:1:1.1:1:0.085:35；所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮按质量比1:2:2:3混合形成的混合物；所述惰性气体为氮气。
50.所述间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮的制备方法，包括如下步骤：将间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮加入到二甲亚砜中，在78℃下搅拌反应5.5小时，后旋蒸除去二甲亚砜，用乙醚洗涤5次，再旋蒸除去乙醚，得到间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮；所述间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮、二甲亚砜的摩尔比为2:1:14。
51.所抗氧剂为抗氧剂1076；所述相容剂为pp-g-mah；所述pbt树脂为美国泰科纳1700a高分子量pbt celanex；所述偶联剂为硅烷偶联剂kh560；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，单丝直径为10微米，长度4.3毫米；所述氧化石墨烯纤维的平均直径为8μm，长径比为28:1；所述废旧聚芳恶二唑纤维为宝德纶短纤维废弃后的产品；其平均直径为9μm，长度为4.5mm。
52.一种所述连接件用高强纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份将各原料加入高速搅拌机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中挤出成型，接着浸泡在65℃的水中9.5小时，再置于真空干燥箱93℃下干燥至恒重，得到连接件用高强纤维增强复合材料；所述挤出成型的温度为240-270℃，所述双螺杆挤出机的主螺杆转速210r/min。
53.实施例5
54.一种连接件用高强纤维增强复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：玻璃纤维25份、废旧聚芳恶二唑纤维7份、偶联剂2份、磺化聚苯并噁唑8份、pbt树脂70份、氧化石墨烯纤维3份、相容剂1.5份、抗氧剂0.8份、间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮3份、五氧化二磷2份、多聚磷酸0.6份、n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物15份。
55.所述n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物的制备方法，包括如下步骤：将n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，65℃下搅拌反应5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤6次，最后置于真空干燥箱95℃下干燥至恒重，得到n-乙烯基咔唑/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基乙烯基硅芴/丙烯酸三氟乙酯共聚物；所述n-乙烯基咔唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基乙烯基硅芴、丙烯酸三氟乙酯、引发剂、高沸点溶剂的质量比为5:1:1.2:1:0.09:40；所述引发剂为偶氮二异
丁腈；所述高沸点溶剂为n-甲基吡咯烷酮；所述惰性气体为氮气。
56.所述间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮的制备方法，包括如下步骤：将间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮加入到二甲亚砜中，在80℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去二甲亚砜，用乙醚洗涤6次，再旋蒸除去乙醚，得到间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮；所述间氟氯苄、4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮、二甲亚砜的摩尔比为2:1:15。
57.所抗氧剂为抗氧剂1076；所述相容剂为pp-g-mah；所述pbt树脂为美国泰科纳1700a高分子量pbt celanex；所述偶联剂为硅烷偶联剂kh550；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，单丝直径为11微米，长度4.5毫米；所述氧化石墨烯纤维的平均直径为9μm，长径比为30:1；所述废旧聚芳恶二唑纤维为宝德纶短纤维废弃后的产品；其平均直径为10μm，长度为5mm。
58.一种所述连接件用高强纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份将各原料加入高速搅拌机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中挤出成型，接着浸泡在70℃的水中10小时，再置于真空干燥箱95℃下干燥至恒重，得到连接件用高强纤维增强复合材料；所述挤出成型的温度为240-270℃，所述双螺杆挤出机的主螺杆转速220r/min。
59.对比例1
60.一种连接件用高强纤维增强复合材料，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加磺化聚苯并噁唑，且用玻璃纤维代替废旧聚芳恶二唑纤维。
61.对比例2
62.一种连接件用高强纤维增强复合材料，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加间氟氯苄离子化4,4'-二(n,n-二甲氨基)二苯甲酮，且用玻璃纤维代替氧化石墨烯纤维。
63.为了进一步说明本发明各实施例产品取得的预期不到的积极技术效果，对各例制成的连接件用高强纤维增强复合材料进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
64.(1)拉伸强度：按标准gb/t 1447-2005进行测试。
65.(2)耐候性：在恒定湿热箱中，设定湿度为85％，温度60℃，存放30天后测试拉伸强度，以初始拉伸强度为100％，计算其拉伸强度保留率，其数值越大，耐候性越好。
66.(3)阻燃性：按ul94标准测试阻燃性能。
67.从表1可以看出，本发明实施例公开的连接件用高强纤维增强复合材料，与对比例产品相比，具有更优异的拉伸性能、耐候性和阻燃性。
68.表1
69.项目拉伸强度耐候性阻燃性单位mpa％级实施例118898.87v-0实施例219299.15v-0实施例319899.40v-0实施例420899.57v-0实施例521399.89v-0对比例115595.76v-2对比例216293.21v-1
70.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。