一种促进竹纤维/聚丙烯界面横晶层快速生长的方

本发明涉及复合材料制备，更具体地，涉及一种促进竹纤维/聚丙烯界面横晶层快速生长的方法。背景技术：1、竹纤维增强热塑性高分子复合材料(简称竹塑复合材料)，是以竹纤维作为增强相、热塑性高分子聚合物作为基体相，是复合材料领域的长期研究热点。目前，竹塑复合材料已得到了较为广泛的应用，比如应用于汽车轻量化内饰、建筑、包装材料等领域。此外，深入研究发现，亲水性竹纤维和疏水性高分子基质之间的界面相容性差，导致应力传递效率低，从而无法充分利用竹纤维的高力学性能。因此，要对其界面相容性进行提高，从而提高竹塑复合材料的宏观性能，扩展其应用范围。2、现提高界面相容性常用的是以下三种方法。其一是，通过对高分子基体进行改性。通过基体功能化或添加增容剂对复合材料的界面相容性进行提高。中国专利cn117247619a中提出将由碱处理剥离得到的竹纤维进行化学镀后再原位沉积纳米二氧化钛颗粒，聚乙烯进行酸洗处理以及溶胀剂溶胀处理改性，两者混合热压成型后得到的竹塑复合材料具有较佳的结构强度和稳定性。其二是通过对竹纤维进行改性，有效地降低了竹纤维的表面张力，增强了与聚合物基体的界面结合强度。中国专利cn109096784b通过利用马来酸酐使得竹粉表面和内部氢键形成化学键，降低竹粉的极性，从而提高竹粉与塑料基体的相容性，使得加工形成的复合材料具有良好的力学性能。cn115124776a提出对竹纤维经过5～10％的碱预处理后在60～80℃下进行碳纳米管偶联剂混合液喷雾处理，经过与高分子基体混合熔融挤出，得到的竹塑复合材料可以应用于管材、型材、板材等多种制品，是一种良好综合性能的环保型竹塑复合材料。其三是加入偶联剂从而提高两者之间的界面相容性，cn111500037a中提出加入偶联剂使得改性的竹粉易于聚乳酸交联形成共合物，能够提高竹塑复合材料的力学性能。3、但这些都存在成本显著增加、或对环境造成潜在影响等问题。而界面横晶是一种绿色的半晶聚合物界面调控技术。这种技术通过在植物纤维和半晶聚合物高分子之间界面形成不同厚度的横晶层提高两者直接的界面结合强度，从而提升复合材料的力学性能。从长远来看，这种绿色界面增强技术对发展新型高性能竹纤维增强半结晶聚合物高分子复合材料具有重要的指导意义。但是目前现有方法的促进横晶生长的方法存在方法复杂或者生长效率较低的缺点，如专利cn108070140a中通过利用一种纤维改性剂制备改性纤维与聚丙烯复合，诱导纤维表面形成横晶结构，纤维改性剂包括马来酸酐接枝聚丙烯及β成核剂。cn106633391a中介绍了一种通过诱导聚丙烯在玻璃纤维界面结晶的方法，首先利用湿法研磨制备出含碳纳米管和聚丙烯成核剂的稳定水性分散液，然后通过对玻璃纤维进行稳定水性分散液浸泡改性，从而实现聚丙烯/玻璃纤维的界面改善。但是工艺操作较为复杂。此外，横晶的生长速度也受到具体的复合材料体系的影响。技术实现思路1、为克服上述现有技术的竹塑复合材料中基体相和增强相之间的界面相容性差的问题，从而充分发挥竹纤维作为增强相的优势作用，提供一种改性竹纤维；2、本发明的另一目的在于提供一种改性竹纤维的制备方法；3、本发明的另一目的在于提供一种竹塑复合材料；4、本发明的另一目的在于提供一种竹塑复合材料的制备方法。5、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：6、一种改性竹纤维的制备方法，包括以下步骤：7、s1：取钛酸四丁酯加入到乙二醇中，搅拌，调节ph；8、s2：搅拌后，得到纳米二氧化钛溶胶(tbt溶胶)；9、s3：将竹纤维加入纳米二氧化钛溶胶，浸泡、干燥后，得到改性竹纤维。10、进一步地，s1所述钛酸四丁酯与乙二醇体积比为1:1.5～2.5，调节ph为8～9。11、优选地，钛酸四丁酯与乙二醇体积比为1:2。通过水解反应和缩聚反应制备得到纳米二氧化钛溶胶(tbt溶胶)，将tbt溶胶对竹纤维进行表面修饰。12、进一步地，s2所述搅拌的温度为50～70℃，转速为300～500rpm，搅拌时间为3～4h。13、优选地，s2所述搅拌的温度为60℃，转速为400rpm。14、进一步地，s3所述竹纤维占纳米二氧化钛溶胶的质量分数为1～5％，浸泡时间不大于30s。15、优选地，竹纤维占纳米二氧化钛溶胶的质量分数为5％，浸泡时间为30s。16、进一步地，s3所述干燥的温度为105～175℃，干燥时间为45～75min。17、优选地，干燥的温度为105℃，干燥时间为60min。18、进一步地，s3所述竹纤维由以下方法制备得到：将竹条置于脱木质素溶剂中处理后，用水浸泡，沥干揉搓，干燥，得到竹纤维素。19、优选地，所述脱木质素溶剂包括冰醋酸和过氧化氢混合液、酸性亚氯酸纳溶液、酸性过氧乙酸。20、优选地，所述脱木质素溶剂为酸性过氧乙酸。21、优选地，使用酸性过氧乙酸溶液在70～90℃下水浴加热8～12h，用去离子水洗涤至中性。22、优选地，沥干揉搓后竹条自然干燥或在50～100℃下干燥，使其含水率为5％以下。23、将竹材切割成竹条，以便溶液更快地浸润扩散、渗透软化，在水中蒸煮的目的是为了去除部分水溶性物质，在水浴加热的条件下，使用酸性的过氧乙酸溶液进行处理，经过揉搓将竹纤维和薄壁细胞进行分离，得到机械损伤较小的竹纤维。24、优选地，s3所述竹纤维的长度0.5～15cm，宽度为50～300μm，厚度为50～150μm。25、优选地，竹纤维宽度为100μm，厚度为50μm。26、一种改性竹纤维，由所述制备方法制备得到。27、一种竹塑复合材料，由所述改性竹纤维制备得到。28、一种所述竹塑复合材料的制备方法，将改性竹纤维于180～200℃与熔融的聚丙烯(pp)薄膜复合，再以10～20℃/min降温至130～140℃，等温结晶950～1050s，得到竹塑复合材料。29、优选地，在190℃下熔融5min以消除热历史，然后以15℃/min的速率下降至135℃，等温结晶1000s，在冰水浴中迅速冷冻，以固定结晶形态。30、优选地，所述聚丙烯薄膜为0.1mm。31、一种所述竹塑复合材料的应用，应用领域包括汽车内饰、建筑、包装材料。32、本发明通过利用脱木素的方式得到损伤较小的竹纤维；制备得到tbt溶胶，在该溶胶中，tio2粒子以非常细小的形式存在，能够均匀的分散在溶剂中，然后再将竹纤维放入tbt溶胶中进行浸泡处理，使得tio2粒子能够均匀的附着在竹纤维表面，这样的处理能够增加竹纤维的表面粗糙度，竹纤维表面的羟基能与tio2吸附发生反应，形成氢键，进一步增强界面的相容性。33、改性竹纤维与聚丙烯复合，由于竹纤维表面负载的tio2粒子与聚丙烯之间存在较强的界面结合力，在结晶过程中以改性竹纤维作为异相成核剂，由于tio2粒子的锚定作用，为pp分子链提供了更多的成核位点，促进了竹纤维表面横晶层的生长，达到提升竹塑复合材料的界面性能的效果。34、较纳米tio2悬浮液，本发明中制备得到的tbt溶胶中的tio2粒子在溶液中的分散性更好，不易聚集，且细小，从而能够在竹纤维表面更多的附着，从而为pp分子链提供更多的成核位点。35、较常规的条件(浸泡时间2～4h)，本发明中优选的制备条件浸泡时间较短，在30s以内，这是由于浸泡时间过长会导致更多的tio2粒子会沉积在竹纤维表面，而颗粒之间可能会发生相互作用，导致它们之间形成较强的结合力，从而形成一层致密光滑的膜。36、综上所述，利用本发明提供的tbt溶胶改性竹纤维，为pp分子链提供更多的成核位点。且本发明采用的竹纤维结晶度较高，植物纤维表面的纤维素是诱导pp在纤维表面异相成核结晶的主要成分，因此能够更有效的诱导pp分子链结晶。37、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：38、本发明通过纳米二氧化钛溶胶对竹纤维进行改性，从而在竹纤维表面原位形成纳米二氧化钛颗粒以及一层较为粗糙的膜，改变了竹纤维的表面结构，根据横晶生长的匹配理论，提高了聚丙烯分子链在纤维表面的异相成核速率，可诱导形成界面横晶结构，从而提高了亲水性竹纤维与疏水性聚丙烯基体之间的界面相容性。在135℃的等温结晶温度下，竹塑复合材料界面横晶的平均生长速率大于5μm/min，较使用未改性竹纤维的生长速率提高20.71％；130℃下，生长速率达到19.94μm/min。利用改性竹纤维制备的竹塑复合材料较使用未改性竹纤维的界面剪切强度提升了37％。