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CN111875944A - 一种复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN111875944A
CN111875944A CN202010793776.9A CN202010793776A CN111875944A CN 111875944 A CN111875944 A CN 111875944A CN 202010793776 A CN202010793776 A CN 202010793776A CN 111875944 A CN111875944 A CN 111875944A
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CN
China
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temperature
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glass fiber
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CN202010793776.9A
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赵平
闫二虎
夏琳
王晓红
杜芳林
于立岩
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Qingdao University of Science and Technology
Original Assignee
Qingdao University of Science and Technology
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Abstract

本发明提供了一种复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料包括基材层以及改性金属层；所述基材层包括聚碳酸酯、改性玻璃纤维、相容剂以及丙烯酸酯；所述改性金属层为氟硅烷改性的金属氧化物修饰层，所述金属氧化物修饰层为纳米结构修饰的液态金属氧化物层；通过基材层和改性金属层的配合作用，使复合材料具有较好的耐冲击韧性、机械强度、减阻以及隔热性能；基材层通过对玻璃纤维进行改性，并添加相容剂，使得聚碳酸酯和玻璃纤维共混材料具有较好的综合性能；改性金属层通过对液态金属进行氧化形成金属氧化物，并在金属氧化物的表面形成纳米结构，并采用氟硅烷对纳米结构的金属氧化物进行修饰，从而起到减阻和阻隔传热的效果。

Description

一种复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料领域，涉及一种复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是一种性能优异的工程塑料，具有良好的综台性能，其机械强度高、耐冲击韧性好、尺寸稳定、耐热较好、电绝缘性好，应用十分广泛。玻璃纤维(Glass Fiber)是一种性能优异的无机非金属材料，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等优点，被广泛用于塑料填充改性。PC和GF的共混材料既能够在一定程度上保留PC树脂的耐冲击韧性和耐热性能，又具有玻璃纤维优良的机械强度，因此具有广泛的应用前景。
PC和GF的共混材料虽然具有较好的耐冲击韧性、耐热性能和机械强度，但是其减阻效果并不明显，且不具备隔热效果，在使用过程中，共混材料两侧的介质易发生热传导，会导致能量的损失，从而影响共混材料的应用范围。
因此，提供一种机械强度高、减阻效果好、隔热效果优的复合材料非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料及其制备方法和应用，其中复合材料包括基材层和改性金属层，通过基材层和改性金属层的配合作用，使得复合材料具有较好的耐冲击韧性、机械强度、减阻以及隔热的效果；基材层通过对玻璃纤维进行改性，并添加相容剂，使得PC和GF共混材料具有较好的综合性能和广泛的应用领域，通过在基材层和改性金属层中均添加丙烯酸酯，在复合材料制备过程中，二者会发生一定程度的弱聚合，从而增加二者的结合强度；改性金属层通过对液态金属依次进行氧化、表面形成纳米结构以及采用氟硅烷进行改性，从而提高了复合材料的减阻性能和阻隔性能，进一步拓宽了复合材料的应用范围。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种复合材料，所述复合材料包括基材层以及改性金属层；
所述基材层包括聚碳酸酯、改性玻璃纤维、相容剂以及丙烯酸酯；
所述改性金属层为氟硅烷改性的金属氧化物修饰层，所述金属氧化物修饰层为纳米结构修饰的液态金属氧化物层。
本发明中的复合材料包括基材层和改性金属层，通过基材层和改性金属层的配合作用，使得复合材料具有较好的耐冲击韧性、机械强度、减阻以及隔热的效果。
基材层通过对玻璃纤维进行改性，并添加相容剂，使得PC和GF共混材料具有较好的综合性能和广泛的应用领域，通过在基材层和改性金属层中均添加丙烯酸酯，在复合材料制备过程中，二层会发生一定程度的弱聚合，从而增加二层的结合强度；改性金属层通过对液态金属依次进行氧化、表面形成纳米结构以及采用氟硅烷进行改性，从而提高了复合材料的减阻性能和阻隔性能，进一步拓宽了复合材料的应用范围。
本发明中基材层包括聚碳酸酯、改性玻璃纤维、相容剂以及丙烯酸酯，通过各物质的配合作用，使得PC和GF共混材料具有较好的机械强度、耐冲击韧性以及耐热性能；由于PC和GF两种材料的极性相差较大，相容性较差，通过简单的共混很难使得共混材料具有较强的两相界面粘结强度，使得共混材料的耐冲击性差，影响材料的使用，通过对玻璃纤维进行改性，并添加相容剂，从而降低两相界面粘结强度，从而实现较好的共混性能；在共混材料中加入丙烯酸酯，是为了在后续制备过程中，基材层中的丙烯酸酯和改性金属层中的丙烯酸酯能够发生弱聚合，从而提高二者的结合强度。
在本发明中，所述基材层包括质量百分含量为60-80％(例如60％、62％、65％、67％、70％、72％、75％、77％、80％等)的聚碳酸酯、10-30％(例如10％、12％、15％、17％、20％、22％、25％、27％、30％等)的改性玻璃纤维、1-8％(例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％等)的相容剂以及1-5％(例如1％、2％、3％、4％、5％等)的丙烯酸酯。
在本发明中，所述改性玻璃纤维为空心孔道内填充有烯烃共聚物且外表面经过硅烷偶联剂和稀土离子改性处理的空心玻璃纤维。
优选地，所述改性玻璃纤维为空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物且外表面经过硅烷偶联剂和稀土离子改性处理的空心玻璃纤维。
优选地，所述空心孔道内填充有烯烃共聚物且外表面经过硅烷偶联剂和稀土离子改性处理的空心玻璃纤维中的稀土离子为铥、镝或铽离子中的任意一种或至少两种的混合物。
本发明中，通过在玻璃纤维的空心孔道内填充烯烃共聚物，且外表面经过硅烷偶联剂和稀土离子改性，能够提高玻璃纤维和聚碳酸酯的相容性，并进一步提高聚碳酸酯和玻璃纤维共混材料的机械强度和耐热性能；进一步优选烯烃的种类和稀土离子的种类，能够进一步提高共混材料的相容性、机械强度以及耐热性能。
在本发明中，所述改性玻璃纤维的制备方法包括如下步骤：
S1、将空心玻璃纤维、1-辛烯、第一有机溶剂、催化剂、助催化剂混合，得到浸泡有空心玻璃纤维的混合液，并使得空心玻璃纤维的空心孔道内填充有混合液，之后，向混合液中通入乙烯气体进行聚合反应，聚合反应结束后向反应产物中加入终止剂，并将其中的空心玻璃纤维取出进行后处理，得到空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物的空心玻璃纤维；
S2、将S1中得到的空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物的空心玻璃纤维与第二有机溶剂混合，得到悬浮混合液，之后向悬浮混合液中加入硅烷偶联剂进行偶联反应，反应结束后分离其中的不溶物，得到的不溶物即为空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物且表面经过硅烷偶联剂改性处理的空心玻璃纤维；
S3，将S2中得到的空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物且表面经过硅烷偶联剂改性处理的空心玻璃纤维分散在稀土盐的水溶液中进行改性反应，反应结束后得到的不溶物即为所述改性玻璃纤维。
本发明中改性玻璃纤维的制备方法简单、原料易得、价格低廉、易于实现，便于工业化生产应用。
优选地，S1所述的第一有机溶剂为正己烷。
优选地，S1所述的催化剂为镁钛混合物。
优选地，S1所述的催化剂为Ti/MgCl2。
优选地，S1所述的助催化剂为三乙基铝。
优选地，S1所述的聚合反应的反应压力为0.1-0.12MPa。
优选地，S1所述的终止剂为乙醇酸盐。
优选地，S1所述的后处理为将空心玻璃纤维用乙醇浸泡12h，之后经过沸甲苯抽提和去离子水冲洗。
优选地，S2所述的第二有机溶剂为甲苯。
优选地，S2所述的硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。
优选地，S2所述的混合通过超声处理实现。
优选地，所述超声处理的时间为30-60min，例如为30min、33min、36min、39min、41min、44min、47min、50min、53min、56min、60min等。
优选地，S2所述的偶联反应在超声处理的条件下进行。
优选地，S2所述的偶联反应的温度为80-100℃，例如80℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃等。
优选地，S2所述的偶联反应的时间为6-8h，例如6h、6.1h、6.3h、6.5h、6.7h、6.9h、7.1h、7.3h、7.5h、7.7h、8h等。
优选地，S2所述的分离为离心分离。
优选地，S3所述的稀土盐的水溶液的浓度为1-5wt％，例如1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％等。
优选地，S3所述的稀土盐为稀土金属的醋酸盐。
优选地，S3所述的稀土盐为醋酸铥、醋酸镝或醋酸铽中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，S3所述的改性反应为静置进行反应。
优选地，S3所述的改性反应的反应温度为室温，改性反应的反应时间为24-36h，例如为24h、26h、27h、28h、29h、30h、31h、32h、33h、34h或36h等。
在本发明中，所述相容剂为接枝有马来酸酐的聚烯烃弹性体(POE)。
在本发明中，所述基材层还包括质量百分含量为0.5-2％(例如0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％等)的功能性助剂。
在本发明中，所述功能性助剂为抗氧剂、紫外线吸收剂、热稳定剂或润滑剂中的任意一种或至少两种的混合物。
在本发明中，所述液态金属氧化物层是液态金属通过氧化作用形成的。
在本发明中，所述改性金属层的厚度为1-100μm，例如1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm等。
在本发明中，所述基材层的厚度为1μm-100cm，例如1μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1000μm、5000μm、1cm、10cm、50cm、100cm等。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将液态金属和丙烯酸酯的混合物涂覆在基材层表面，而后进行氧化，形成金属氧化物层；
(2)将步骤(1)形成的金属氧化物层进行水热反应，形成纳米结构的金属氧化物层；
(3)将步骤(2)形成的纳米结构的金属氧化物层的表面蒸镀氟硅烷进行改性，得到所述复合材料。
在本发明中，步骤(1)所述基材层的制备方法包括：将聚碳酸酯、改性玻璃纤维、相容剂以及任选的功能性助剂混合，得到混合物，而后将混合物混炼，挤出，得到所述基材层。
在本发明中，所述混炼的温度均为240-260℃，例如240℃、245℃、250℃、255℃、260℃等。
在本发明中，所述挤出用挤出机的螺杆转速为400-500r/min，例如400r/min、410r/min、420r/min、430r/min、440r/min、450r/min、460r/min、470r/min、480r/min、490r/min、500r/min等。
在本发明中，所述挤出机中设置有十一个挤出段，各挤出段的温度设置包括：
一段的温度为240℃，二段的温度为250℃，三段的温度为260℃，四段的温度为260℃，五段的温度为260℃，六段的温度为260℃，七段的温度为260℃，八段的温度为260℃，九段的温度为260℃，十段的温度为260℃，十一段的温度为255℃。
在本发明中，步骤(1)所述液态金属为镓铟锌合金。
本发明中，液态金属具有较好的流动性和易氧化性能，可以在室温条件下快速形成氧化膜，氧化膜作为晶体生长的种子，可以有效避免外界因素对基材层的伤害。
本发明中，液态金属和丙烯酸酯的混合物在基体层表面涂覆的厚度为1-100微米，可以降低液态金属膜的流动性，有利于纳米结构的稳定。
在本发明中，步骤(1)所述液态金属和丙烯酸酯的混合物包括质量百分含量为97-99％(例如97％、97.5％、98％、98.5％、99％等)的液态金属和1-3％(1％、1.2％、1.5％、1.7％、2％、2.2％、2.5％、2.7％、3％等)的丙烯酸酯。
在本发明中，步骤(1)所述氧化是在常温条件下进行氧化的。
在本发明中，步骤(2)所述水热反应是在活化液中进行反应。
在本发明中，所述活化液包括含有六亚甲基四铵和硝酸锌的水溶液。
在本发明中，以水的添加量为100mL计，所述六亚甲基四铵的添加量为0.2-0.4g(例如0.2g、0.22g、0.25g、0.27g、0.3g、0.33g、0.35g、0.37g、0.4g等)，硝酸锌的添加量为0.2-0.7g(例如0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g等)。
在本发明中，步骤(2)所述水热反应的温度为85-90℃(例如85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃等)，水热反应的时间为3-24h(例如3h、5h、8h、10h、12h、15h、17g、20g、24g等)。
本发明中通过水热反应将形成的金属氧化层处理成纳米结构，可以起到减阻的效果。
在本发明中，步骤(3)所述蒸镀是在真空条件下进行，所述真空条件下的真空度为-0.2～-0.1MPa，例如-0.2MPa、-0.18MPa、-0.15MPa、-0.12MPa、-0.1MPa等。
在本发明中，步骤(3)所述蒸镀的温度为50-120℃(例如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃等)，蒸镀的时间为3-10h(例如3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h等)。
本发明中，通过将纳米结构的金属氧化物层采用氟硅烷进行修饰，可以将纳米结构的金属氧化物表面由亲水状态变为超疏水状态，有效降低表面能，起到减阻和阻隔传热的效果。
本发明的目的之三在于提供一种如目的之二所述的复合材料在减阻或隔热领域中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明中的复合材料包括基材层和改性金属层，通过基材层和改性金属层的配合作用，使得复合材料具有较好的耐冲击韧性、机械强度、减阻以及隔热的效果；基材层通过对玻璃纤维进行改性，并添加相容剂，使得PC和GF共混材料具有较好的综合性能和广泛的应用领域，通过在基材层和改性金属层中均添加丙烯酸酯，在复合材料制备过程中，两层会发生一定程度的弱聚合，从而增加两层的结合强度；改性金属层通过对液态金属进行氧化形成金属氧化物，并在金属氧化物的表面形成纳米结构，可以起到减阻的效果，并采用氟硅烷对纳米结构的金属氧化物进行修饰，将纳米结构的金属氧化物表面由亲水状态变为超疏水状态，有效降低表面能，起到减阻和阻隔传热的效果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
在具体实施方式中提供一种改性纤维的制备方法，包括：
S1，将100kg的空心玻璃纤维在110℃条件下进行抽真空干燥5h，之后在真空条件下冷却到常温，将干燥冷却后的中空玻璃纤维加入至反应釜中，釜内通入氮气，之后，将反应釜置于水浴中加热至70℃，抽真空后将20kg的1-辛烯和正己烷的混合溶液(其中1-辛烯和正己烷的重量比为1:7)、0.01kg的主催化剂镁钛混合物和0.005kg的助催化剂三乙基铝注入锥形瓶，待混合溶液被吸入玻璃纤维孔道后通入乙烯气体，保持釜内压力为0.1MPa，进行聚合反应2h，待反应结束后，向反应釜内加入10％(体积分数)的乙醇酸盐终止反应，将釜内的玻璃纤维用乙醇浸泡12h，之后经过水洗、干燥和沸腾甲苯抽提8h，得到空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物的空心玻璃纤维；
S2，将0.8kg步骤S1中得到的改性玻璃纤维加入至20L甲苯中，在室温下超声分散40min，得均匀悬浮液，之后，将0.364kg的KH-550型硅烷偶联剂加入至上述悬浮液中，将悬浮液超声处理8min，在90℃下进行偶联反应8h，反应液在常温下以12000转/min的转速经离心分离，得到的不溶物即为空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物且表面经过硅烷偶联剂改性处理的空心玻璃纤维；
S3，将10kg步骤S2中得到的玻璃纤维分散在浓度为1wt％的醋酸镝的水溶液中，在室温下静置24h进行改性反应，反应结束后得到的不溶物即为所述改性玻璃纤维。
制备例1
本制备例提供一种复合材料，制备方法包括如下步骤：
(1)将质量含量为70％的聚碳酸酯(TN－3800B)、20％上述制备的改性玻璃纤维、5％的相容剂(主链接枝有马来酸酐的POE HD-800E)、3％的丙烯酸酯、1％的紫外线吸收剂(UV-1164)以及1％热稳定剂(WT-103)混合，将混合物置于挤出机中混练、挤出，得到基材层；
所述挤出机的螺杆转速为450转/min，所述挤出机中设置有十一个挤出段，各挤出段的温度设置如下：
一段的温度为240℃，二段的温度为250℃，三段的温度为260℃，四段的温度为260℃，五段的温度为260℃，六段的温度为260℃，七段的温度为260℃，八段的温度为260℃，九段的温度为260℃,十段的温度为260℃，十一段的温度为255℃。
制备例2
本制备例提供一种复合材料，制备方法包括如下步骤：
(1)将质量含量为60％的聚碳酸酯(TN－3800B)、30％上述制备的改性玻璃纤维、4％的相容剂(主链接枝有马来酸酐的POE HD-800E)、4％的丙烯酸酯、1％的紫外线吸收剂(UV-1164)以及1％热稳定剂(WT-103)混合，将混合物置于挤出机中混练、挤出，得到基材层；
所述挤出机的螺杆转速为400转/min，所述挤出机中设置有十一个挤出段，各挤出段的温度设置如下：
一段的温度为240℃，二段的温度为250℃，三段的温度为260℃，四段的温度为260℃，五段的温度为260℃，六段的温度为260℃，七段的温度为260℃，八段的温度为260℃，九段的温度为260℃,十段的温度为260℃，十一段的温度为255℃。
制备例3
本制备例提供一种复合材料，制备方法包括如下步骤：
(1)将质量含量为80％的聚碳酸酯(TN－3800B)、10％上述制备的改性玻璃纤维、8％的相容剂(主链接枝有马来酸酐的POE HD-800E)、1％的丙烯酸酯、0.5％的紫外线吸收剂(UV-1164)以及0.5％热稳定剂(WT-103)混合，将混合物置于挤出机中混练、挤出，得到基材层；
所述挤出机的螺杆转速为500转/min，所述挤出机中设置有十一个挤出段，各挤出段的温度设置如下：
一段的温度为240℃，二段的温度为250℃，三段的温度为260℃，四段的温度为260℃，五段的温度为260℃，六段的温度为260℃，七段的温度为260℃，八段的温度为260℃，九段的温度为260℃,十段的温度为260℃，十一段的温度为255℃。
制备例4
与制备例1的区别仅在于将醋酸镝替换为醋酸铽，其余制备方法均与制备例1相同。
制备例5
与制备例1的区别仅在于将醋酸镝替换为醋酸铥，其余制备方法均与制备例1相同。
实施例1
本实施例提供一种复合材料的制备方法，包括基材层以及位于基材层一侧表面的改性金属层，其中基材层的厚度为1000微米，改性金属层的厚度为10微米。
本实施例提供一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将质量百分含量为99％液态金属(镓铟锌合金)和质量百分含量为1％的丙烯酸酯的混合物涂覆在基材层(制备例1制备的基材层)表面，在空气中进行氧化，形成金属氧化物层；
(2)将带有金属氧化物层的基材层置于100mL生长液(0.3g六亚甲基四铵、0.7g硝酸锌以及100mL去离子水)中，密闭条件下，加热至90℃，反应10h，在金属氧化层表面形成纳米结构；
(3)将氟硅烷滴加到金属氧化层纳米结构的表面，置于密闭容器中，真空度为-0.1MPa加热至90℃，反应6h，得到复合材料。
将步骤(2)形成的纳米结构采用扫描电镜进行扫描，可以看出金属氧化层的表面被纳米锥结构修饰。
将本实施例1得到的复合材料进行如下性能测试：
(1)拉伸强度测试：根据美国标准ASTM D638-14《塑料拉伸性能标准测试方法》进行测试，可知本实施例得到的复合材料的拉伸强度为100.3MPa；
(2)断裂伸长率测试：根据美国标准ASTM D5034-95《断裂强力和断裂伸长的标准试验方法(抓样法)》进行测试，可知本实施例得到的复合材料的断裂伸长率为20.2％；
(3)弯曲模量：根据美国标准ASTM D7264《树脂基复合材料弯曲性能测试标准方法》进行测试，可知本实施例得到的复合材料的弯曲模量为4568MPa；
(4)缺口冲击强度：根据美国标准ASTM D256-97《塑料冲击试验方法》，可知本实施例得到的复合材料的缺口冲击强度为396J/m；
(5)附着力测试：根据中国标准GB/T1720-1979《漆膜附着力测试》，可知本实施例得到的复合材料的附着力等级为5B；
(6)隔热测试：将复合材料制作成管道，其中自内向外包括改性金属层和基材层，向改性金属层一侧中注入80℃的热水，保持2h，隔30min测试一次基材层一侧表面的温度，可知，0min的时候温度为31℃，30min的时候温度为38℃，60min的时候温度为39℃，90min的时候温度为39℃，120℃的时候温度为40℃，说明本发明的复合材料具有较好的阻隔性能；
(7)减阻测试：将复合材料制作成管道，其中自内向外包括改性金属层和基材层，向管道中通入水，发现其流动是一种湍流形式，流体很容易脱离表面，粘滞力较小。
实施例2
本实施例提供一种复合材料的制备方法，包括基材层以及位于基材层一侧表面的改性金属层，其中基材层的厚度为500微米，改性金属层的厚度为2微米。
本实施例提供一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将质量百分含量为97％液态金属(镓铟锌合金)和质量百分含量为3％的丙烯酸酯的混合物涂覆在基材层(制备例2制备的基材层)表面，在空气中进行氧化，形成金属氧化物层；
(2)将带有金属氧化物层的基材层置于100mL生长液(0.3g六亚甲基四铵、0.7g硝酸锌以及100mL去离子水)中，密闭条件下，加热至85℃，反应24h，在金属氧化层表面形成纳米结构；
(3)将氟硅烷滴加到金属氧化层纳米结构的表面，置于密闭容器中，真空度为-0.2MPa加热至120℃，反应3h，得到复合材料。
将本实施例得到的复合材料采用与实施例1相同的测试方法，可知复合材料的拉伸强度为82.5MPa，断裂伸长率为28.8％，弯曲模量为3816MPa，缺口冲击强度为352J/m，附着力为4B。
将本实施例中的复合材料同实施例1一样做成管道，其中自内向外包括改性金属层和基材层，向改性金属层一侧中注入80℃的热水，保持2h，隔30min测试一次基材层一侧表面的温度，可知，0min的时候温度为30℃，30min的时候温度为43℃，60min的时候温度为45℃，90min的时候温度为45℃，120℃的时候温度为44℃，说明本发明的复合材料具有较好的阻隔性能。
将本实施例中的复合材料做成如实施例1相同的管道，进行减阻测试，发现水的流动是一种湍流形式，流体很容易脱离表面，粘滞力较小。
实施例3
本实施例提供一种复合材料的制备方法，包括基材层以及位于基材层一侧表面的改性金属层，其中基材层的厚度为100微米，改性金属层的厚度为5微米。
本实施例提供一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将质量百分含量为98％液态金属(镓铟锌合金)和质量百分含量为2％的丙烯酸酯的混合物涂覆在基材层(制备例3制备的基材层)表面，在空气中进行氧化，形成金属氧化物层；
(2)将带有金属氧化物层的基材层置于100mL生长液(0.3g六亚甲基四铵、0.7g硝酸锌以及100mL去离子水)中，密闭条件下，加热至90℃，反应5h，在金属氧化层表面形成纳米结构；
(3)将氟硅烷滴加到金属氧化层纳米结构的表面，置于密闭容器中，真空度为-0.2MPa加热至50℃，反应10h，得到复合材料。
将本实施例得到的复合材料采用与实施例1相同的测试方法，可知复合材料的拉伸强度为79.5MPa，断裂伸长率为20.8％，弯曲模量为3016MPa，缺口冲击强度为331J/m，附着力为5B。
将本实施例中的复合材料同实施例1一样做成管道，其中自内向外包括改性金属层和基材层，向改性金属层一侧中注入80℃的热水，保持2h，隔30min测试一次基材层一侧表面的温度，可知，0min的时候温度为31℃，30min的时候温度为39℃，60min的时候温度为41℃，90min的时候温度为42℃，120℃的时候温度为42℃，说明本发明的复合材料具有较好的阻隔性能。
将本实施例中的复合材料做成如实施例1相同的管道，进行减阻测试，发现水的流动是一种湍流形式，流体很容易脱离表面，粘滞力较小。
制备例4
与实施例1的区别仅在于将实施例1中的基材层替换为制备例4中的基材层。
将本实施例得到的复合材料采用与实施例1相同的测试方法，可知复合材料的拉伸强度为100.4MPa，断裂伸长率为22.7％，弯曲模量为3019MPa，缺口冲击强度为387J/m，附着力为4B。
将本实施例中的复合材料同实施例1一样做成管道，其中自内向外包括改性金属层和基材层，向改性金属层一侧中注入80℃的热水，保持2h，隔30min测试一次基材层一侧表面的温度，可知，0min的时候温度为30℃，30min的时候温度为40℃，60min的时候温度为39℃，90min的时候温度为42℃，120℃的时候温度为42℃，说明本发明的复合材料具有较好的阻隔性能。
将本实施例中的复合材料做成如实施例1相同的管道，进行减阻测试，发现水的流动是一种湍流形式，流体很容易脱离表面，粘滞力较小。
制备例5
与实施例1的区别仅在于将实施例1中的基材层替换为制备例5中的基材层。
将本实施例得到的复合材料采用与实施例1相同的测试方法，可知复合材料的拉伸强度为94.0MPa，断裂伸长率为25％，弯曲模量为3455MPa，缺口冲击强度为397J/m，附着力为4B。
将本实施例中的复合材料同实施例1一样做成管道，其中自内向外包括改性金属层和基材层，向改性金属层一侧中注入80℃的热水，保持2h，隔30min测试一次基材层一侧表面的温度，可知，0min的时候温度为30℃，30min的时候温度为44℃，60min的时候温度为43℃，90min的时候温度为43℃，120℃的时候温度为45℃，说明本发明的复合材料具有较好的阻隔性能。
将本实施例中的复合材料做成如实施例1相同的管道，进行减阻测试，发现水的流动是一种湍流形式，流体很容易脱离表面，粘滞力较小。
对比例1
与实施例1的区别仅在于不包括改性玻璃纤维，其余组成以及制备方法均与实施例1相同。
将本实施例得到的复合材料采用与实施例1相同的测试方法，可知复合材料的拉伸强度为50.2MPa，断裂伸长率为2.9％，弯曲模量为3150MPa，缺口冲击强度为190J/m，附着力测试、减阻测试以及隔热性能测试与实施例1的结果相近。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，将实施例1中的改性玻璃纤维替换为空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物的空心玻璃纤维，其余组成以及制备方法均与实施例1相同。
将本实施例得到的复合材料采用与实施例1相同的测试方法，可知复合材料的拉伸强度为56.4MPa，断裂伸长率为18.3％，弯曲模量为3559MPa，缺口冲击强度为307J/m，附着力测试、减阻测试以及隔热性能测试与实施例1的结果相近。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，将实施例1中的改性纤维替换为空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物且表面经过硅烷偶联剂改性处理的空心玻璃纤维，其余组成以及制备方法均与实施例1相同。
将本对比例得到的复合材料采用与实施例1相同的测试方法，可知复合材料的拉伸强度为63.8MPa，断裂伸长率为23.9％，弯曲模量为3717MPa，缺口冲击强度为348J/m，附着力测试、减阻测试以及隔热性能测试与实施例1的结果相近。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，基材层中不包括加入丙烯酸酯，其余组成以及制备方法均与实施例1相同。
将本对比例得到的复合材料进行性能测试，可知附着力为3B，其他性能与实施例1的性能测试结果相近。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，改性金属层制备过程中不包括加入丙烯酸酯，其余组成以及制备方法均与实施例1相同。
将本对比例得到的复合材料进行如实施例1相同的性能测试，可知附着力为3B，其他性能与实施例1的性能测试结果相近。
对比例6
与实施例1的区别仅在于，改性金属层形成过程中不包括对金属氧化层进行水热处理，其余组成以及制备方法均与实施例1相同。
将本对比例得到的复合材料进行如实施例1相同的性能测试，可知减阻性能差于实施例1的结果，其他性能与实施例1的性能测试结果相近。
通过实施例1和对比例6的对比可知，当不对氧化金属层进行水热处理在金属氧化层表面形成纳米锥结构，会影响复合材料的减阻性能。
对比例7
与实施例1的区别仅在于，改性金属层形成过程中不包括蒸镀氟硅烷，其余组成以及制备方法均与实施例1相同。
将本对比例得到的复合材料进行如实施例1相同的性能测试，可知减阻性能和隔热性能均差于实施例1的结果，其他性能与实施例1的性能测试结果相近。
通过实施例1和对比例7的对比可知，当不对纳米结构的金属氧化层表面进行氟硅烷修饰，则纳米结构的金属氧化层表面的亲水状态，不能起到减阻和阻隔传热的效果。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括基材层以及改性金属层；
所述基材层包括聚碳酸酯、改性玻璃纤维、相容剂以及丙烯酸酯；
所述改性金属层为氟硅烷改性的金属氧化物修饰层，所述金属氧化物修饰层为纳米结构修饰的液态金属氧化物层。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述基材层包括质量百分含量为60-80％的聚碳酸酯、10-30％的改性玻璃纤维、1-8％的相容剂以及1-5％的丙烯酸酯；
优选地，所述改性玻璃纤维为空心孔道内填充有烯烃共聚物且外表面经过硅烷偶联剂和稀土离子改性处理的空心玻璃纤维；
优选地，所述改性玻璃纤维为空心孔道内填充有乙烯-辛烯共聚物且外表面经过硅烷偶联剂和稀土离子改性处理的空心玻璃纤维；
优选地，所述空心孔道内填充有烯烃共聚物且外表面经过硅烷偶联剂和稀土离子改性处理的空心玻璃纤维中的稀土离子为铥、镝或铽离子中的任意一种或至少两种的混合物。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述相容剂为接枝有马来酸酐的聚烯烃弹性体；
优选地，所述基材层还包括质量百分含量为0.5-2％的功能性助剂；
优选地，所述功能性助剂为抗氧剂、紫外线吸收剂、热稳定剂或润滑剂中的任意一种或至少两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述液态金属氧化物层是通过液态金属通过氧化形成的；
优选地，所述改性金属层的厚度为1-100μm；
优选地，所述基材层的厚度为1μm-100cm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将液态金属和丙烯酸酯的混合物涂覆在基材层表面，而后进行氧化，形成金属氧化物层；
(2)将步骤(1)形成的金属氧化物层进行水热反应，形成纳米结构的金属氧化物层；
(3)将步骤(2)形成的纳米结构的金属氧化物层的表面蒸镀氟硅烷进行改性，得到所述复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述基材层的制备方法包括：将聚碳酸酯、改性玻璃纤维、相容剂以及任选的功能性助剂混合，得到混合物，而后将混合物混练，挤出，得到所述基材层；
优选地，所述混练的温度均为240-260℃；
优选地，所述挤出用挤出机的螺杆转速为400-500r/min；
优选地，所述挤出机中设置有十一个挤出段，各挤出段的温度设置包括：
一段的温度为240℃，二段的温度为250℃，三段的温度为260℃，四段的温度为260℃，五段的温度为260℃，六段的温度为260℃，七段的温度为260℃，八段的温度为260℃，九段的温度为260℃，十段的温度为260℃，十一段的温度为255℃。
7.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，步骤(1)所述液态金属为镓铟锌合金；
优选地，步骤(1)所述液态金属和丙烯酸酯的混合物包括质量百分含量为97-99％的液态金属和1-3％的丙烯酸酯；
优选地，步骤(1)所述氧化是在常温条件下进行氧化的。
8.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，步骤(2)所述水热反应是在活化液中进行反应；
优选地，所述活化液包括含有六亚甲基四铵和硝酸锌的水溶液；
优选地，以水的添加量为100mL计，所述六亚甲基四铵的添加量为0.2-0.4g，硝酸锌的添加量为0.2-0.7g；
优选地，步骤(2)所述水热反应的温度为85-90℃，水热反应的时间为3-24h。
9.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，步骤(3)所述蒸镀是在真空条件下进行，所述真空条件下的真空度为-0.2～-0.1MPa；
优选地，步骤(3)所述蒸镀的温度为50-120℃，蒸镀的时间为3-10h。
10.根据权利要求1-4任一项所述的复合材料作在隔热或减阻领域中的应用。
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