CN102229749B - 一种新型竹塑复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型竹塑复合材料的制备。具体涉及以聚丙烯为基体树脂,加入增强材料竹粉(或竹纤维)、增韧剂及其它助剂而得到的一种具有优越力学性能的竹塑复合材料,所述的竹塑复合材料的组分及质量份数包括:聚丙烯40~100,竹粉或竹纤维100~40,相容剂3~15,增韧剂3~15,偶联剂0~5,润滑剂0.5~8,核剂0~15,其它助剂0~8。本发明通过选择适当种类和比例的增韧剂、相容剂以及其它助剂,克服了复合材料因纤维的加入而使其冲击强度大幅度降低的弊端。

Description

一种新型竹塑复合材料
技术领域
本发明涉及一种新型竹塑复合材料的制备。具体涉及以聚丙烯为基体树脂,加入增强材料竹粉(或竹纤维)、增韧剂及其它助剂而得到的一种具有优越力学性能的竹塑复合材料,属于材料制备领域。
背景技术
聚丙烯是由丙烯单体通过自由基聚合而制得的一种热塑性树脂,按甲基的排列顺序有等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯三种,工业产品以等规聚丙烯为主。聚丙烯熔融温度约170℃,密度为0.90克/厘米3,是最轻的通用塑料,具有强度高、硬度大、耐磨、耐弯曲疲劳、耐热温度高、耐湿和耐化学性能好、易加工成型、价格低廉而被广泛应用的通用高分子材料。聚丙烯的主要缺点有二个:一是收缩率大,由此导致制品尺寸稳定性差,容易产生翘曲变形;二是低温易脆断。当然,同传统工程塑料相比还存在模量低,耐热性差及耐光、热老化性能差等缺点。
我国竹资源丰富,竹材被誉为第二森林资源,是木材的重要替代材料。天然绿色材料的竹纤维可广泛应用于工业、建筑、环保材料领域,可代替木纤维和玻璃纤维等增强材料。我国竹材主要生长在长江以南各省市的丘陵山区和贫困地区,竹类资源的开发利用,不仅对缓解我国木材供需矛盾,而且对进一步促进林业产业化的形成,拉动贫困地区经济增长都具有深远的现实意义。
竹纤维与塑料的复合依然面临着很多技术难题。竹纤维本身成分非常复杂,含有纤维素,半纤维素,木质素,多缩戊糖,苯醇抽出物,冷水抽出物,热水抽出物,氢氧化钠抽出物,灰分,水分等。植物纤维在加工时发生降解,植物纤维在进行加热的时候,首先蒸发的是纤维中的自由水分,然后随着时间的延续(温度不高,50℃左右),纤维开始降解,而纤维的降解对纤维强度的影响很大;在化学结构上,植物纤维素分子中存在大量羟基(-OH)基团,使纤维素大分子链之间及其内部有强烈的氢键作用,加之单根纤维在物理结构上的各向异性共同导致了单根纤维整体结构上的不对称性。单根纤维具有较强的表面化学极性,使纤维具有极强的吸水性,而热塑性塑料多数为非极性,具有疏水性,使两种不同极性间的界面润湿性和粘合性极差。通过添加相容剂,可以使官能团之间进行反应,降低纤维表面的羟基数量,增加纤维与树脂的界面粘结性,但是纤维的加入会使复合材料的冲击强度大幅度降低。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明提供一种具有优越力学性能的竹塑复合材料。
聚丙烯树脂的价格昂贵,而纤维的的成本相对较低,在聚丙烯中添加纤维可以有效地降低生产成本。但由于纤维表面含有大量的羟基,具有较强的极性,与聚丙烯的极性相差较大,使得纤维与聚丙烯的相容性较差。纤维与聚丙烯的界面粘结性能较差,一方面使纤维与基体的浸润性较低,导致材料在加工的过程中不能很好地混合,并且会延长混合的时间,加大了纤维的降解;另一方面因为纤维与基体树脂的相容性较差,无法得到综合性能优越的复合材料,通过添加相容剂,使官能团之间进行反应,可以有效地降低纤维表面的羟基数量,增加纤维与树脂的界面粘结性。纤维的加入在一定程度上可以提高复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量,但是会使材料的冲击强度大幅度降低。本发明主要是通过选择适当种类和比例的增韧剂、相容剂以及其它助剂,来克服复合材料因纤维的加入而使其冲击强度大幅度降低的弊端。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种新型竹塑复合材料,其特征在于,所述的竹塑复合材料的组分及质量份数包括:
其中,所述的聚丙烯的熔融指数MFI=2.5,等规指数>96.6%,拉伸强度>30MPa;
相容剂为选自PP-g-MAH(聚丙烯接枝马来酸酐)、POE-g-MAH(乙烯-1-辛烯共聚物接枝马来酸酐)、PP-g-GMA(聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯)、EVA-g-MAH(乙烯醋酸乙烯酯接枝马来酸酐)、SMA(苯乙烯接枝马来酸酐)中的一种或几种。其中相容剂PP-g-MAH的接枝率为0.6%~3%,80≤MFI≤400;其它相容剂的接枝率在0.5%~2.5%,10≤MFI≤100。
增韧剂为选自PNBR(粉末丁腈橡胶)、丁腈系列粉末接枝橡胶、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PTW(乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物)、POE-g-GMA(乙烯-1-辛烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯)、POE(乙烯-1-辛烯共聚物)中的一种或者几种。粉末丁腈橡胶的目数在30~50,结合丙烯腈的含量为粉末丁腈橡胶的20%~40%(质量比),门尼粘度在40~120;MBS中丁二烯橡胶的含量在40%~60%(质量比);PTW的密度是0.94g/cm3,熔融指数为10~15g/10min;POE-g-GMA的熔融指数为0.5~3.0g/10min,其中POE(乙烯-辛烯共聚物)中辛烯的含量为20%~40%;POE(乙烯-1-辛烯共聚物)中辛烯含量为20%~40%。
偶联剂为硅烷类偶联剂(优选KH-550、KH-560、KH-570)、钛酸酯类偶联剂、异氰酸酯类偶联剂中的一种或者几种;
润滑剂为选自硬脂酸(SA)、石蜡油(PW)、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺(EBS)中的一种或几种;
成核剂为选自CaCO3、滑石粉、二苯亚甲基山梨醇(DBS)中的一种或几种;
其它助剂为选自交联剂、稳定剂、抗氧剂、加工改性剂中的一种或几种。其中交联剂为选自过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷(双25)中的一种或几种;稳定剂为氧化锌或硬脂酸锌;抗氧剂为抗氧剂1010或辅助抗氧剂168;加工改性剂为丙烯酸酯共聚物(ACR501)。
竹粉或竹纤维的目数优选为60~100目。
本发明的制备方法包括如下步骤:
由于纤维分子中含有大量的羟基,易吸湿,导致材料在加工过程中因水分蒸发或挥发性气体产生而使复合材料发泡,材料中气泡的存在影响材料力学性能。为了有效地降低因原料中水分对材料产生的影响,实验前要对纤维进行干燥处理。
1、用分子筛筛选60~100目的竹粉(或竹纤维),将纤维放在烘箱中,在100℃下作恒温干燥处理24h;
2、然后按照上述配方,将聚丙烯、竹粉(或竹纤维)、相容剂、增韧剂、偶联剂、成核剂、润滑剂及其它助剂于编织袋中进行简单地手工混合,最后将混合料在辊筒开炼机上充分混合,开炼温度165~170℃,开炼时间10~15min;
3、上述混合料通过模压方法制得板材,裁样制得测试样条。其中模压预热时间10~15min,模压温度在170~175℃,保压时间3~5min,压力8~13MPa;冷压时间3~5min,冷压压力10~13MPa,即得到所述的竹塑复合材料。
附图说明
图1为新型竹塑复合材料的制备过程。
具体实施方式:
下面通过具体实施例对本发明做进一步阐述。
通过以下方法制备本发明的新型竹塑复合材料:首先用分子筛筛选80目的竹粉(或竹纤维),将纤维放在烘箱中,在100℃条件下作恒温干燥处理24h;然后按照下列配方,将各组分于编织袋中进行简单地手工混合;最后将混合料在辊筒开炼机上充分混合。混合料通过模压方法制得板材,裁样制得测试样条。其中关键的工艺参数为:开炼温度165~170℃,开炼时间10~15min;模压预热时间10~15min,模压温度在170~175℃,保压时间3~5min,压力8~13MPa;冷压时间3~5min,冷压压力10~13MPa。
[实施例1]
Figure BSA00000509442500041
[实施例2]
Figure BSA00000509442500042
[实施例3]
Figure BSA00000509442500043
[实施例4]
Figure BSA00000509442500044
Figure BSA00000509442500051
[实施例5]
Figure BSA00000509442500052
[实施例6]
Figure BSA00000509442500053
[实施例7]
Figure BSA00000509442500054
[实施例8]
Figure BSA00000509442500055
[实施例9]
Figure BSA00000509442500062
[实施例10]
Figure BSA00000509442500063
对比组:
[实施例1]
Figure BSA00000509442500071
[实施例2]
Figure BSA00000509442500072
[实施例3]
Figure BSA00000509442500073
[实施例4]
[实施例5]
Figure BSA00000509442500075
[实施例6]
Figure BSA00000509442500076
Figure BSA00000509442500081
按照上述配方,模压成型制得测试板,根据测试标准制得样条,对竹塑材料力学性能进行分别测试。拉伸强度测试按照GB/T1040-1992;弯曲强度测试按GB/T 9341-88;简支梁冲击强度按照GB/T 1043-1993进行,表1是一些具有代表性的力学性能测试数据:
表1竹塑复合材料力学性能测试
Figure BSA00000509442500082
由上表可见,根据上述配方制得的竹塑复合材料,不仅可以有效地提高纤维与基体树脂聚丙烯的界面相容性,还可以最大程度地保持材料的拉伸强度,有效地提高聚丙烯中因纤维的加入而使其冲击强度大幅度降低的缺陷,具有很高的使用价值。

Claims (3)

1.一种新型竹塑复合材料,其特征在于,所述的竹塑复合材料的组分及质量份数为:
Figure FSB00001050643400011
其中,所述的聚丙烯的熔融指数MFI=2.5,等规指数>96.6%,拉伸强度>30MPa;
所述的竹粉或竹纤维的目数为60~100目;
相容剂为选自聚丙烯接枝马来酸酐、乙烯-1-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐、苯乙烯接枝马来酸酐中的一种或几种,其中相容剂聚丙烯接枝马来酸酐的接枝率为0.6%~3%,80≤MFI≤400;其它相容剂的接枝率在0.5%~2.5%,10≤MFI≤100;
增韧剂为选自粉末丁腈橡胶、丁腈系列粉末接枝橡胶、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-1-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-1-辛烯共聚物中的一种或者几种;
偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、异氰酸酯类偶联剂中的一种或者几种;
润滑剂为选自硬脂酸、石蜡油、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种;
成核剂为选自CaCO3、滑石粉、二苯亚甲基山梨醇中的一种或几种;
其它助剂为选自交联剂、稳定剂、加工改性剂中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的一种新型竹塑复合材料,其特征在于,所述的增韧剂中,粉末丁腈橡胶的目数为30~50,结合丙烯腈的含量为粉末丁腈橡胶质量的20%~40%,门尼粘度在40~120;甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯橡胶的含量为40%~60%;乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的密度为0.94g/cm3,熔融指数为10~15g/10min;乙烯-1-辛烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的熔融指数为0.5~3.0g/10min,其中乙烯-1-辛烯共聚物中辛烯的含量为20%~40%;乙烯-1-辛烯共聚物中辛烯含量为20%~40%。
3.如权利要求1所述的一种新型竹塑复合材料,其特征在于,所述的交联剂为选自过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷中的一种或几种;稳定剂为氧化锌、硬脂酸锌、抗氧剂1010、辅助抗氧剂168中的一种;加工改性剂为丙烯酸酯共聚物。
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Application publication date: 20111102

Assignee: Shanghai extraordinary splendour plastic material Co., Ltd

Assignor: East China University of Science and Technology

Contract record no.: 2014310000118

Denomination of invention: Novel bamboo-plastic composite material

Granted publication date: 20130828

License type: Exclusive License

Record date: 20140627

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Granted publication date: 20130828

Termination date: 20170601

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