CN117946490A - 一种具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料及其制备方法，属于聚丙烯复合材料技术领域。所述聚丙烯复合材料包括聚丙烯基料和乙烯‑四氟乙烯共聚物基料，聚丙烯基料与乙烯‑四氟乙烯基料的质量比为7:3~9:1；制备方法包括熔融共混得到的4‑丙烯氧基‑2‑羟基二苯甲酮接枝聚丙烯与乙烯‑四氟乙烯共聚物基料密炼共混。本发明提供的复合材料具有更高的结晶度和稳定性，使其在辐照环境下表现出较好的耐辐射性能，克服了现有的聚丙烯和ETFE材料在辐照环境下易降解，结构不够稳定的弊端；通过接枝反应改善了聚合物的微观结构，使分子链排列更有序，耐辐照效果更好；生产工艺简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明属于聚丙烯复合材料技术领域，具体为一种具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
现有的聚合物在耐辐照性能存在很多问题和不足，表现在以下几个方面：
1）辐射引起的降解：辐射可以引起聚合物链的断裂、交联或氧化等反应，导致材料性能的变化和退化。特别是在高剂量或长时间辐射下，降解现象更加明显。
2）力学性能损失：辐照会导致聚合物材料的力学性能下降，如强度、韧性和刚性等。这可能限制了聚合物材料在某些需求高机械性能的应用中的使用。
3）稳定性差异：不同类型的聚合物对辐射的稳定性存在差异。一些聚合物如聚乙烯、聚丙烯等对辐射稳定性较好，而其他聚合物如聚氯乙烯、聚苯乙烯等则较为脆弱。
4）缺乏理论指导：尽管有大量的经验和实验数据，但目前对于聚合物材料在辐射环境中的行为还缺乏深入的理论解释。这使得设计和开发更稳定的聚合物材料仍然具有一定的挑战性。
目前，聚合物耐辐照的技术水平已经有了显著的提高，主要围绕以下几个方面：
1）材料选择：近年来，已经研发出一系列具有良好耐辐照性能的聚合物材料。例如，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）等具有较好的耐辐照性能，能够在相对辐射环境下保持较好的物理和化学性质。此外，还有一些特殊的工程聚合物，如聚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PES）等，也被广泛应用于辐射环境中。
2）结构调整：通过优化聚合物的结构和组分，可以提高其耐辐照性能。例如，在聚合物链的主链或侧链中引入交联点、稳定剂等功能基团，可以提高聚合物的辐射稳定性和抗降解能力。
3）添加剂和稳定剂：添加适量的添加剂和稳定剂是提高聚合物耐辐照性能的有效方法。例如，光稳定剂、自由基捕捉剂和抗氧化剂等能够有效减缓聚合物的降解反应，提高其辐射稳定性。
4）交联技术：通过交联可以增强聚合物的力学性能和耐辐照性能。交联可以使聚合物链之间形成三维网络结构，提高材料的刚度和强度，同时减少辐射引起的降解反应。
尽管聚合物耐辐照技术已经取得了一定的进展，但仍存在一些挑战。例如：
1）高剂量和长时间辐照：在高剂量和长时间辐照条件下，聚合物材料可能会发生显著的降解和性能退化。这对于一些特殊领域的应用，如核能、航空航天等，带来了挑战。在这种情况下，需要开发更加耐久和稳定的聚合物材料，以满足极端辐射环境下的需求。
2）辐射与环境因素的复合作用：在实际应用中，聚合物材料通常会同时受到辐射和其他环境因素（如温度、湿度、氧气等）的影响。这些复合作用可能导致聚合物材料的性能变化更为复杂和难以预测。因此，需要深入研究辐射与环境因素的相互作用机制，以及如何针对这些复合作用设计和开发更加稳定的聚合物材料。
3）经济成本和可持续性：在开发耐辐照聚合物材料时，经济成本和可持续性也是考虑因素。某些添加剂和稳定剂可能会增加材料的制造成本，而且一些传统的添加剂可能存在环境和健康风险。因此，需要在提高耐辐照性能的同时，考虑经济可行性和可持续性，寻找更加环保和经济的解决方案。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料及其制备方法，作为一种低成本、高效能、环保的解决方案，用以解决现有耐辐射材料在高辐射环境下易降解、效果差、成本高、对环境污染等问题。
本发明通过将乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）与聚丙烯（PP）进行接枝反应，形成聚丙烯复合材料（PP-g-AHB/ETFE）。该聚合物具有更高的结晶度和稳定性，使其在辐照环境下表现出较好的耐辐射性能。与此同时，接枝反应改善了聚合物的微观结构，使分子链排列更有序，采用4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮接枝聚丙烯（PP-g-AHB）和乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）共混，聚丙烯分子链与乙烯-四氟乙烯分子链相互缠绕，产生了新的晶相，并产生新的氢键，加强了两种大分子链之间的相互作用。
本发明的技术方案如下所述：
作为本发明的第一个方面，在于提供一种具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料，按重量份计，包括以下原料：
聚丙烯基料，按重量份数计，包含聚丙烯96.3份，4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮（AHB）3份，抗氧剂0.3份和引发剂0.4份；
乙烯-四氟乙烯共聚物基料，按重量份数计，包含乙烯-四氟乙烯共聚物99.7份和抗氧剂0.3份；
其中，聚丙烯基料与乙烯-四氟乙烯基料的质量比为7:3~9:1。
更优选的，所述聚丙烯基料与乙烯-四氟乙烯共聚物基料的质量比为7:3。
在本发明的实施例中，所述抗氧剂为抗氧剂168，是一种亚磷酸酯抗氧剂。
在本发明的实施例中，所述引发剂为过氧化二异丙苯（DCP）。
作为本发明的第二个方面，在于提供所述聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第一步，将聚丙烯、4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮、抗氧剂和引发剂熔融共混，得到4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮接枝聚丙烯，作为聚丙烯基料；
将乙烯-四氟乙烯共聚物和抗氧剂共混，得到乙烯-四氟乙烯共聚物基料；
第二步，将第一步得到的聚丙烯基料和乙烯-四氟乙烯共聚物基料放入密炼机中，密炼共混，得到所述聚丙烯复合材料，即PP-g-AHB/ETFE复合材料。
优选的，第一步中，聚丙烯基料制备的熔融在密炼机中进行，共混温度为190℃，转速为50r/min，共混时间为10min。
优选的，第二步中，将第一步制得的聚丙烯基料和乙烯-四氟乙烯共聚物基料重新放入密炼机中共混。
进一步的，第二步中，首先将乙烯-四氟乙烯共聚物基料进行密炼5min，再投入4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮接枝聚丙烯进行密炼4min。
优选的，第二步中，温度设定在260℃，转速为50r/min，共混时间为10min。
本发明提供的制备方法，其反应机理为，引发剂为过氧化二异丙苯（DCP）打开聚丙烯分子链段，将4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮（AHB）接枝到聚丙烯大分子链上，再与乙烯-四氟乙烯共混。聚丙烯分子链与乙烯-四氟乙烯分子链相互缠绕，产生了新的晶相，并产生新的氢键，加强了两种大分子链之间的相互作用，提升了耐辐照效果。
作为本发明的第三个方面，在于一种制品，采用所述的聚丙烯复合材料制备。
进一步的，所述制品包括电缆绝缘层、管道覆盖层、太阳能电池板覆盖层或航天器外壳。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1，本发明提供的复合材料具有更高的结晶度和稳定性，使其在辐照环境下表现出较好的耐辐射性能，克服了现有的聚丙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物材料在辐照环境下易降解，结构不够稳定的弊端；
2，本发明通过接枝反应改善了聚合物的微观结构，使分子链排列更有序，不同于现有技术仅通过加入添加剂或稳定剂的方式，本方法耐辐照效果更好，同时避免了使用成本高、环境污染严重的添加剂或稳定剂；生产工艺简单，成本较低；
3，此外，该材料可以回收利用，减少资源的浪费。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明提供的具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料的制备方法的流程图；
图2为试验3.1中样品表面的SEM场发射扫描电子显微镜测试图，其中，a为7:3共混料样品，b为8:2共混料样品，c为9:1共混料样品，d为接枝PP样品，e为纯ETFE样品，f为纯PP样品；
图3为试验3.1中样品断面的SEM场发射扫描电子显微镜测试图，其中，a为纯PP样品，b为接枝PP样品，c为纯ETFE样品，d为7:3共混料样品，e为8:2共混料样品，f为9:1共混料样品；
图4为试验3.2中样品XRD-X射线衍射图，其中，a为比例7:3的PP-g-AHB/ETFE复合材料（XRD37）；b为比例8:2的PP-g-AHB/ETFE复合材料（XRD28）；c为比例9:1的PP-g-AHB/ETFE复合材料（XRD19）；d为纯PP（CHUNPP）；e为纯ETFE（CHUNETFE）；f为比例7:3的PP-g-AHB/ETFE复合材料与纯PP和纯ETFE对比；
图5为试验3.3中样品相对介电常数及损耗角正切图，其中，a为比例7:3的PP-g-AHB/ETFE复合材料；b为比例8:2的PP-g-AHB/ETFE复合材料；c为比例9:1的PP-g-AHB/ETFE复合材料；d为纯PP；e为纯ETFE；f为PP-g-AHB材料；
图6为试验3.5中样品傅里叶红外光谱图，其中，a为比例7:3的PP-g-AHB/ETFE复合材料；b为比例8:2的PP-g-AHB/ETFE复合材料；c为比例9:1的PP-g-AHB/ETFE复合材料；d为纯PP；e为纯ETFE；f为比例7:3的PP-g-AHB/ETFE复合材料与纯PP和纯ETFE对比；
图7为试验3.6中PP-g-AHB/ETFE复合材料与纯PP红外吸收峰对比，其中，a为7:3的PP-g-AHB/ETFE复合材料吸收峰；b为8:2的PP-g-AHB/ETFE复合材料吸收峰；c为9:1的PP-g-AHB/ETFE复合材料吸收峰；d为纯PP的吸收峰；
图8为试验3.6中PP-g-AHB/ETFE复合材料与纯聚丙烯（PP）对于红外辐照透过率的对比；
图9为试验3.7中复合材料与聚丙烯熔融温度对比。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1，一种具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料
组成成分为PP-g-AHB/ETFE复合材料，包括以下原料：
聚丙烯基料，按重量份数计，包含聚丙烯96.3份，4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮3份，抗氧剂0.3份和引发剂0.4份；乙烯-四氟乙烯共聚物基料，按重量份数计，包含乙烯-四氟乙烯共聚物99.7份和抗氧剂0.3份。
在本发明的一种实施方式中，聚丙烯基料与乙烯-四氟乙烯基料的质量比为7:3。
在本发明的一种实施方式中，聚丙烯基料与乙烯-四氟乙烯基料的质量比为8:2。
在本发明的一种实施方式中，聚丙烯基料与乙烯-四氟乙烯基料的质量比为9:1。
实施例2，一种具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料的制备方法
1.准备原料：在开始制备之前，先将聚丙烯（PP）、4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮（AHB）、抗氧剂（168）和乙烯-四氟乙烯（ETFE）在烘箱中以50℃干燥12小时，以确保原料的干燥。
在制备复合材料时，采用熔融共混法，并使用了哈普电气公司生产的型号为RM-200C的转矩流变仪进行实验，制备PP-g-AHB/ETFE复合材料采用了“两步法”，如图1所示。
2.第一步：在密炼机中，将PP（96.3%）、AHB（3%）、抗氧剂（168）（0.3%）和过氧化二异丙苯（DCP）（0.4%）投入，进行熔融共混，温度设定在190℃，转速为50r/min，共混时间为10min，得到PP基料，其成分为4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮接枝聚丙烯（PP-g-AHB）。
洗锅后，将ETFE（99.7%）和抗氧剂（168）（0.3%）投入密炼机中，温度设定在260℃，转速为50r/min，共混时间为10min，得到ETFE基料。
3.第二步：将第一步制得的PP基料和ETFE基料先后重新放入密炼机中。首先投入ETFE基料进行密炼5min，然后再投入PP基料进行密炼4min。温度设定在260℃，转速为50r/min，共混时间为10min。
根据需要，分别按照7:3、8:2和9:1三种配比混合PP基料和ETFE基料，最终得到了三种配方的PP-g-AHB/ETFE复合材料。
根据需要，将样品进行裁剪和压片，制作复合材料薄片，采用如下步骤：
将密炼机熔炼所得材料裁剪为颗粒状；
将裁剪好的模具放入平板硫化机，在260℃温度下压片，制得聚丙烯复合材料（PP-g-AHB/ETFE）薄片。
实施例3，产品性能检测试验
将制得的PP-g-AHB/ETFE复合材料用热压法进行压片处理，以便后续试验使用。
压片仪器使用的是湖州双力自动化公司生产的型号为XLV25-D的平板硫化机，压片温度设置为260℃，将模具剪裁成所需要的形状，模具上下两侧用聚脂薄膜覆盖后一起放入两片厚钢板中，对齐上下两片钢板放入平板硫化机。先在0MPa热压2min使试样充分熔融消除气泡，然后以4MPa为一个等级，逐级升压至8MPa，每级均热压2min。加压结束后冷却，完成各种实验所需的片状试样的制备。
3.1，产品表面和断面
对材料进行SEM场发射扫描电子显微镜测试，结果如图2和图3所示。
图2展示了不同比例的PP-ETFE复合材料和纯PP、接枝PP和纯ETFE的微观结构。通过对比分析，我们可以得出以下结论：
图2中f为纯PP样品展现出明显的“海-岛”相结构，其中“岛”相面积大且集中分布较为不均。而经过接枝处理的PP基料如图2中d，其“岛”相面积显著减小且分布均匀，表明接枝有效改善了其微观结构，使内部晶相分散更为均匀。图2中e为纯ETFE样品的表面相对平滑，未见明显的凸起。
在三种不同比例的复合材料的表面中，都展现了PP和ETFE的微观特性：既有PP的“海-岛”相结构也有ETFE的平滑表面。
然而9:1共混料中PP的“岛”相面积仍然较大，分布不均匀说明其分散性不佳，如图2中c所示；而8:2共混料虽表现出相对较为均匀的分布，但能观察到有明显气泡，故性能会受其影响，如图2中b所示。
从表面形貌看，效果最好的是7:3共混料，其PP晶相和ETFE晶相的相容性最佳，且气泡较少，如图2中a所示。这表明该比例的共混料在表面微观结构上达到了最优状态。
综上所述，通过对比不同比例的共混料以及纯PP、接枝PP和纯ETFE的微观结构，我们可以发现7:3共混料在表面微观结构上表现最优，这为其在实际应用中的性能提供了有力支撑。
图3中a为纯PP，b为接枝PP样品（实施例2中第一步得到的PP基料），通过观察断裂面可以明显看出纯聚丙烯（PP）和接枝AHB的聚丙烯（PP-AHB）之间的差异。在纯PP的断裂面上，可以观察到多层亮白的断面，这表明纯PP具有脆性断裂特征。相比之下，在PP-AHB的断裂面上，可以看到均匀的暗色断面，这表明PP-AHB具有韧性断裂特征。由此推断出，接枝AHB的PP在力学性能上得到了显著改善。这种改善意味着PP-AHB材料在承受外部应力时具有更好的抗拉伸和抗冲击性能。韧性断裂特征表明该材料在受力时能够发生一定程度的塑性变形，而不会立即断裂。因此，接枝AHB的PP材料在实际应用中能够更好地耐受各种力学负荷，并提供更可靠的性能。
通过观察图3中b、c和d中的断裂面，可以得出以下结论：图3中b显示了接枝AHB的PP截面，呈现出均匀的暗色断面，并镶嵌有丘状鼓包。图3中c则展示了纯ETFE截面，具有规则的鳞片状多层断面。而图3中d是7:3共混料的截面，其中既存在丘状鼓包，也存在鳞片状断面。进一步观察图3中d的截面，可以发现丘状鼓包周围环绕着均匀分布的鳞片状断面。这样的观察结果指示了共混料中同时存在接枝AHB的PP和纯ETFE两种材料。
如图3所示，d为7:3共混料；e为8:2共混料；f为9:1共混料。可以看到8:2共混料的样品断面中多为不规则的球状凸起，并未发现ETFE断面中层次分明的鳞片结构，同理9:1共混料的样品断面中也未发现明显的鳞片结构，而是呈现出丘状形貌。以上两种共混料的微观结构均未观察到PP-ETFE的熔融共混相，说明在以上两种复合材料中PP和ETFE可能并未混合均匀，那么受微观结构的影响，该两种复合材料的防辐射性能可能不如7:3比例的复合材料优秀。
微观表征的结果不仅揭示了材料力学性能的改善，同时也暗示了材料的耐辐照性能有所提高。这是因为通过观察断裂面的微观结构，可以了解材料内部的组织特征和相互作用情况。而这些微观结构的变化往往与材料的力学性能密切相关。在图3中d的共混料截面中，丘状鼓包和鳞片状断面的存在表明了材料中两种不同接枝材料的相互作用。这种相互作用可能导致界面的增强效应，从而提高了材料的强度和韧性。而在辐照环境下，材料往往会受到离子辐射的影响，导致结构的损伤和性能的下降。然而，通过微观表征的结果显示，共混料中的微观结构发生了变化，这表明材料具有更好的耐辐照性能。
3.2，对该材料进行XRD-X射线衍射的测试，结果如图4所示。
（1）图4中数据提炼
PP对应衍射峰：14°、16°、16.8°、18.4°、21.1°；
ETFE对应衍射峰：19.1°；
PP-g-AHB/ETFE复合材料对应衍射峰：14°、16.8°、18.6°、21.1°、21.7°。
（2）各衍射峰的性质
对于PP：
①γ相峰（111）：在约2θ角度为14.9°处，是PP中γ晶型的衍射峰之一。γ相是一种非晶态或低结晶度的相，其衍射峰相对较弱。
②β相峰（020）：在约2θ角度为16.7°处，代表PP中β晶型的（020）晶面的衍射。β相是一种非常稳定的形态，在高温下形成，但在室温下很难保持。
③α相峰（110）：在约2θ角度为21.2°处，是PP最重要的衍射峰之一。该峰反映了PP晶体结构中α晶型的（110）晶面的衍射。
④α相峰（040）：在约2θ角度为23.1°处，也是PP的主要衍射峰之一。该峰代表了PP晶体结构中α晶型的（040）晶面的衍射。
在晶型方面，β相是一种非常稳定的形态，可以提高聚丙烯的热稳定性和耐化学性，但对于聚丙烯的辐照性能影响不大。相反，γ相的含量较高，则可能会降低聚丙烯的耐辐照性能，因为γ相是一种非晶态或低结晶度的形态，分子链的排列较松散，容易受到辐照的破坏。
性能分析：
对比图4中a，b，c，d，并结合图4中f可以观察到，PP-g-AHB/ETFE复合材料相较于普通的聚丙烯（PP），在结晶度和分子链排列方面有显著的改善。具体而言，γ相峰的下降表明聚丙烯与乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）之间发生了接枝反应，形成了新的聚合物结构。这种接枝结构使接枝聚合物具有更高的结晶度，减少了非晶态或低结晶度的形态。高结晶态的形态意味着分子链更加有序排列，形成紧密的晶格结构。这种结构提供了更多的交联点，增强了聚合物的稳定性和耐辐照性能。由于分子链排列更加紧密，接枝聚合物在辐射环境中不容易受到破坏，耐辐照性能得到了大幅提升。因此，PP-g-AHB/ETFE复合材料相较于纯聚丙烯，在耐辐照性能方面具有显著优势。这种改进的聚合物结构不仅提高了结晶度和稳定性，还通过更紧密的分子链排列提供了更可靠的防护，使其在高辐射环境下表现出更好的性能。这使得PP-g-AHB/ETFE复合材料成为广泛应用于核电站、航天器和其他辐射环境中的关键材料，例如用于制造电缆绝缘层、管道覆盖层等关键部件，以及制造太阳能电池板覆盖层、航天器外壳等，以提供辐射阻隔和保护。
高结晶度的晶型结构可以提供更好的耐辐照性能。这是因为，高结晶度的晶型结构可以使聚合物分子链更加有序排列，减少了自由基和离子的扩散，从而减缓了聚合物分子链的断裂和松弛。此外，高结晶度的晶型结构还可以提供更多的交联点，进一步增强聚合物的耐辐射性能。
对于ETFE：
①2θ角为20.9°的（100）晶面衍射峰：这是ETFE共聚物的主要晶面衍射峰，反映了其结晶度和晶体结构。
②2θ角为25.3°的（110）晶面衍射峰：这是ETFE共聚物的次要晶面衍射峰，也用于分析其结晶度和晶体结构。
在ETFE共聚物中，（100）面的晶面衍射峰比（110）面的晶面衍射峰更强，说明共聚物分子链沿着（100）方向有序排列，因此，具有更好的耐辐射特性。此外，ETFE共聚物具有优异的耐辐照性能，可以在高剂量辐射下保持良好的物理和化学性能，因此被广泛应用于核电站、卫星、飞机等高辐射环境下的电气绝缘材料、管道、电缆等领域。
性能分析：
对比图4中a，b，c，e，并结合图4中f，可以发现，PP-g-AHB/ETFE复合材料的（100）面晶面相较于乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）有了显著提升，这反映了分子链的更有序排列。这种有序排列的结果是聚合物结晶度的增加和非晶态或低结晶度形态的减少。由于分子链更有序地排列在（100）面晶面上，PP-g-AHB/ETFE复合材料具有更高的结晶度和稳定性。这种有序排列也导致分子链之间的相互作用更紧密，从而提供了更强的抵抗辐射破坏的能力。因此，PP-g-AHB/ETFE复合材料相较于ETFE，在耐辐射性能方面表现出更好的特性。其有序排列的分子链结构使其更能够抵御辐射引起的自由基和离子的扩散，从而减缓了聚合物分子链的断裂和松弛。这种改进的结构为聚合物提供了更高的耐辐射性能。PP-g-AHB/ETFE复合材料通过分子链有序排列的方式，提供了更好的耐辐射性能。这种结构性改进使其成为在高辐射环境下应用广泛的材料，例如核电站、航天器等领域。
3.3，对该聚合物材料进行宽频介电频谱的测试，如图5所示。
性能分析：
在工频下，对PP-g-AHB/ETFE复合材料的电性能进行了研究，并将其与纯PP和纯ETFE进行了比较。结果显示，相对介电常数和损耗角正切相比于纯PP和纯ETFE，PP-g-AHB/ETFE复合材料的变化不大，没有出现明显的电性能下降情况。特别是在7:3比例的PP-g-AHB/ETFE复合材料中，电性能保持得最好。这说明PP-g-AHB/ETFE复合材料在电学性能方面表现出良好的特性，并且7:3比例的复合材料具有最优的电性能。与纯PP和纯ETFE相比，在工频下的电学性能几乎没有差异。这一发现在实际应用中具有重要意义，因为它意味着PP-g-AHB/ETFE复合材料可以作为电气绝缘材料或电子元件的封装材料使用，而无需担心电性能的损失。通过这项研究，不仅得到了有关PP-g-AHB/ETFE复合材料电学性能的重要信息，还进一步证实了不同配比下复合材料的差异性。这样的研究有助于优化复合材料的制备方法和配比，以满足不同领域对电学性能的要求。
3.4，对该材料进行交流高压击穿场强的测试，结果如表1所示。
表1复合材料与聚丙烯击穿场强对比
| 数据材料 | D1（mm） | D2（mm） | D3（mm） | Aver（mm） | V（kV） | I（mA） | Eb（kV/mm） |
| 7:3复合材料 | 0.199 | 0.206 | 0.216 | 0.207 | 5.9 | 0.7 | 28.50 |
| PP-g-AHB | 0.178 | 0.182 | 0.180 | 0.180 | 4.1 | 0.9 | 22.78 |
| 纯ETFE | 0.172 | 0.172 | 0.174 | 0.173 | 4.0 | 2.3 | 23.12 |
| 纯PP | 0.180 | 0.178 | 0.173 | 0.177 | 9.7 | 2.2 | 54.80 |
注：本实验对每个样品进行三次厚度测量，并计算其平均厚度，根据平均厚度计算出其击穿场强值。D为厚度1，D2为厚度2，D3为厚度3，Aver为平均厚度，V为击穿电压，I为击穿电流瞬时值，Eb为击穿场强。
性能分析：
击穿场强有所下降，但是PP-g-AHB/ETFE复合材料仍具有较好的绝缘性能和耐高温、耐辐照性能。这种情况可能与复合材料的成分、结构以及制备方法等因素有关。例如，PP-g-AHB/ETFE复合材料的组成可以通过调整PP、AHB和ETFE的比例来控制，从而影响其电学性能和其他物理性质。同时，制备工艺和条件也可能对复合材料的性能产生重要影响。
在实际应用中，复合材料的绝缘性能和耐高温、耐辐照性能是非常重要的因素。在某些应用中，复合材料需要在极端环境下长时间工作，如航空航天、核能等领域。因此，复合材料的性能必须得到充分评估，并符合特定的标准和要求。这样才能确保其在实际应用中发挥最佳效果并保持稳定的性能表现。
综上所述，尽管击穿场强可能会有所下降，但PP-g-AHB/ETFE复合材料仍具有较好的绝缘性能和耐高温、耐辐照性能。在实际应用中，需要充分评估复合材料的性能，确保其符合特定的标准和要求，并在特定的环境下发挥最佳效果。虽然击穿场强在某些情况下可能会略有下降，但是PP-g-AHB/ETFE复合材料仍然展现出较好绝缘性能以及出色的耐高温和卓越的耐辐照性能。这种优异的性能表现得益于复合材料的独特组成和结构设计。
3.5，对该材料进行FT-IR傅里叶红外光谱的测试，如图6所示。
图6中a为比例为7:3的PP-g-AHB/ETFE复合材料红外光谱图像（红外37一号），b为比例为8:2的PP-g-AHB/ETFE复合材料红外光谱图像（红外28一号），c为比例为9:1的PP-g-AHB/ETFE复合材料红外光谱图像（红外19一号）。其中3250cm-1处不饱和碳上C-H伸缩振动区，3000-2750cm-1为C-H伸缩振动区（较明显），1750cm-1处为羧基，1600cm-1处为双键伸缩振动区。图6中d为纯PP红外光谱（红外纯PP），3250cm-1处为不饱和碳上C-H伸缩振动区，3000cm-1-2750cm-1处为C-H伸缩振动区（较明显），1500cm-1-1300cm-1处为C-H面内弯曲振动，相较纯PP，接枝AHB后的PP在1600处有明显的双键伸缩振动区。图6中e为纯ETFE红外光谱图（红外纯ETFE），3000cm-1-2750cm-1处为饱和碳上的C-H伸缩振动（较明显）2250cm-1处为三键和双键累积区，1600cm-1处为双键伸缩振动区，1500cm-1处为C-H面内弯曲振动。
性能分析：
从图6中f傅里叶红外光谱吸收峰可以看出，PP-g-AHB/ETFE复合材料在4000cm-1-1000cm-1的红外区间显示出更高的吸收峰，这意味着它可以更有效地吸收辐射光并阻止其透过材料本身。这一特性对于在高能辐射环境下工作的应用非常重要。具体而言，PP-g-AHB/ETFE复合材料是由聚丙烯（PP）和乙烯-四氟乙烯（ETFE）两种材料的共聚合物构成。PP本身具有良好的物理性质和辐射稳定性，而ETFE则具有较高的耐辐射性能和优异的耐高温性能。通过将两种材料进行接枝共聚，PP-g-AHB/ETFE复合材料综合了它们各自的优点，进一步提高了耐辐照性能。在高剂量和长时间的辐射环境中，PP-g-AHB/ETFE复合材料能够保持其结构完整性和物理性能的稳定。其较低的辐射损伤率使其能够长时间使用而不会出现明显的结构损伤。此外，PP-g-AHB/ETFE复合材料还具有优异的电绝缘性能，能够在辐射环境中保持其电气特性的稳定性。
这种材料的耐辐射性能使其在核电站、航天航空以及其他高能辐射环境下也能得到广泛应用。例如，在核电站中，PP-g-AHB/ETFE复合材料可以用于制造电缆绝缘层、管道覆盖层等关键部件，以确保***在辐射环境下的正常运行。在航天航空领域，PP-g-AHB/ETFE复合材料可以用于制造太阳能电池板覆盖层、航天器外壳等，以提供辐射阻隔和保护。
3.6，PP-g-AHB/ETFE复合材料与纯聚丙烯（PP）的耐辐照性能对比：
对于耐辐照性能的对比，如图7所示。
性能分析：
图7中a为7:3比例PP-g-AHB/ETFE复合材料（7:3复合材料），4000cm-1-1000cm-1的红外透过率在4%左右，对红外辐照的吸收及反射较强，阻止了96%的辐照穿过。这种阻隔辐照透过的现象反映出该比例复合材料具有优良的耐辐照性能，这意味着它可以更有效地吸收辐射光并阻止其透过材料本身，这一特性对于在高能辐射环境下工作的应用非常重要。图7中b为8:2比例PP-g-AHB/ETFE复合材料（8:2复合材料）4000cm-1-1000cm-1的红外透过率在7%左右，对红外辐照的吸收或反射没有7:3比例的复合材料的性能优秀，但仍展现出较好的耐辐照特性。图7中c为9:1比例PP-g-AHB/ETFE复合材料（9:1复合材料）4000cm-1-1000cm-1的红外透过率在14%左右，相比7:3及8:2对红辐照的耐受性能，就显得更为差强人意，但与纯聚丙烯相比又表现出更好的阻隔辐照的性能。图7中d为纯聚丙烯（PP），其对红外光辐照的阻隔就看不到什么规律，耐辐照性能也明显没有本发明的复合材料好。所以经过对比可以看出本发明提出的一种复合材料相比聚丙烯（PP）表现出了更好的耐辐照性能。
对于红外辐照透过率的对比，如图8所示。
性能分析：
图8为复合材料与聚丙烯红外线透过率对比，分别在4000cm-1-3000cm-1、3000cm-1-2000cm-1、2000cm-1-1000cm-1和1000cm-1-500cm-1四个区间进行对比。通过分区间计算平均值来比较7:3比例、8:2比例、9:1比例和纯聚丙烯（PP）的耐辐照性能。可见：
1.对于7:3比例PP-g-AHB/ETFE复合材料，红外透过率：在4000cm-1-1000cm-1范围内，其红外透过率约为4.33%。辐照阻隔性能：对红外辐照的吸收及反射较强，阻止了95.66%的辐照穿过。应用价值：这种特性使其在高能辐射环境下表现出色，对于需要耐辐照的应用非常重要。
2.对于8:2比例PP-g-AHB/ETFE复合材料，红外透过率：在相同范围内，其红外透过率约为6.33%。辐照阻隔性能：尽管没有7:3比例的复合材料优秀，但仍展现出较好的耐辐照特性。
3.对于9:1比例PP-g-AHB/ETFE复合材料，红外透过率：在相同范围内，其红外透过率约为13%。辐照阻隔性能：与前两者相比，其耐辐照性能相对较差，但与纯聚丙烯相比仍有所提升。
4.纯聚丙烯（PP），红外透过率：在此测试中，其红外透过率没有规律可循。辐照阻隔性能：相比本发明提出的复合材料，其耐辐照性能明显较差。
5.结论：通过对比，可以明确地看出本发明提出的复合材料在耐辐照性能上明显优于纯聚丙烯。这为在高能辐射环境下工作的应用提供了重要的材料选择。
3.7，耐温效果对比
复合材料与聚丙烯耐温效果对比，如表2和图9所示。
表2复合材料与聚丙烯耐温效果对比
性能分析：
如表2所示，无论是7:3比例的PP-g-AHB/ETFE复合材料，还是8:2、9:1，均展现出远超聚丙烯（PP）的熔融温度。7:3、8:2、9:1的熔融温度相比聚丙烯分别提升了70℃、60℃、50℃。这一显著的温度提升，充分证明了本发明所提出的PP-g-AHB/ETFE复合材料在耐温性能上超越了聚丙烯。优良的耐高温性能不仅彰显了材料在极端环境下的稳定性，更可能对其耐辐照性能产生积极的影响。究其原因，高温与辐射均可导致材料内部的化学键断裂。而耐高温性能强的材料，其化学稳定性也相对更佳，从而更能抵抗高温与辐射的联合作用。结果如图9所示：
1.图9清晰体现了PP-g-AHB/ETFE复合材料的耐温性能优势。不同比例的复合材料均展现高温性能：无论是7:3、8:2还是9:1的比例，PP-g-AHB/ETFE复合材料均显示出远超纯聚丙烯（PP）的熔融温度。
2.温度提升的具体数据：7:3比例的复合材料相比PP，熔融温度提升了70℃，8:2比例的复合材料提升了60℃，9:1比例的复合材料提升了50℃。
3.温度提升的意义：这种显著的熔融温度提升，证明了该复合材料在耐温性能上明显优于纯聚丙烯。这种优良的耐高温性能，展现了材料在极端环境下的稳定性。
4.耐高温与耐辐照的关联：高温和辐射均可导致材料内部的化学键断裂。由于耐高温性能强的材料具有更好的化学稳定性，因此更能抵抗高温与辐射的联合作用。
5.综上，PP-g-AHB/ETFE复合材料的优异耐温性能，不仅彰显了其优良的稳定性，而且暗示了其在耐辐照方面可能具有的优越性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：
聚丙烯基料，按重量份数计，包含聚丙烯96.3份，4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮3份，抗氧剂0.3份和引发剂0.4份；
乙烯-四氟乙烯共聚物基料，按重量份数计，包含乙烯-四氟乙烯共聚物99.7份和抗氧剂0.3份；
其中，聚丙烯基料与乙烯-四氟乙烯基料的质量比为7:3~9:1。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯基料与乙烯-四氟乙烯共聚物基料的质量比为7:3。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述引发剂为过氧化二异丙苯。
5.具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将聚丙烯、4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮、抗氧剂和引发剂熔融共混，得到4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮接枝聚丙烯，作为聚丙烯基料；
将乙烯-四氟乙烯共聚物和抗氧剂共混，得到乙烯-四氟乙烯共聚物基料；
第二步，将第一步得到的4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮接枝聚丙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物基料放入密炼机中，密炼共混，得到所述聚丙烯复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，第一步中，聚丙烯基料制备的熔融在密炼机中进行，共混温度为190℃，转速为50r/min，共混时间为10min。
7.根据权利要求5所述的具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，第二步中，首先将乙烯-四氟乙烯共聚物基料进行密炼5min，再投入4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮接枝聚丙烯进行密炼4min。
8.据权利要求5所述的具有极优耐高温、耐辐照性能的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，第二步中，温度设定在260℃，转速为50r/min，共混时间为10min。
9.一种制品，其特征在于，其采用根据权利要求1-8中任一项所述的聚丙烯复合材料制备。
10.根据权利要求9所述的制品，其特征在于，所述制品包括电缆绝缘层、管道覆盖层、太阳能电池板覆盖层或航天器外壳。
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