CN104073012B - 一种玄武岩长纤维增强木塑及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩长纤维增强木塑及其制备方法，包括表面改性玄武岩长纤维、造粒、挤出三个步骤，将经过表面改性处理的玄武岩长纤维用于增强木塑材料，相容性好，玄武岩长纤维分别插入第三区和第四区的开孔处，在经过第三区时，较多纤维被剪切成3-10mm的中短纤维，在经过第四区时，长纤维收到的剪切力较小，纤维长度一般为10-20mm，这样一来，在木塑型材内就分布了3-20mm的玄武岩纤维，结合合理选择各组分的重量份数，最终产品的弯曲强度、弯曲弹性模量、抗冲击强度等力学性能都得到了显著的提升。

Description

一种玄武岩长纤维增强木塑及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木塑材料，具体涉及一种玄武岩长纤维增强木塑及其制备方法，属于材料领域。
背景技术
玄武岩纤维(BasaltFiber,简称BF)是天然玄武岩矿石经高温熔融后通过铂铑合金拉丝制成的一种新型高性能纤维，近年来随着全球低能耗生产装置的诞生，其高性价比优势逐渐凸显出来。玄武岩纤维原料来源广、成本低，并具有耐高温、耐腐蚀、隔热、吸音及低吸湿等优良性能，被认为有望代替价格昂贵的碳纤维而成为新兴高强纤维，已广泛应用于交通路面，建筑加固等诸多领域。
玄武岩纤维还可以用于增强木塑材料，将玄武岩纤维用硅烷偶联剂处理后，与普通木塑的原料经过造粒和挤出的多重剪切加工，实际保留在材料中的起增强作用的玄武岩纤维长度一般小于1mm，其强度比普通木塑大幅提高，弯曲强度高达60-75MPa，弯曲弹性模量高达4500-5000MPa，冲击强度高达15-18kJ/m2，但这并没有充分发挥玄武岩长纤维的高强度优势。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种力学性能超级优异的长纤维增强木塑及其制备方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种玄武岩长纤维增强木塑，包含如下组分且各组分的重量份数分别为：改性玄武岩长纤维：0.1-0.5份；木纤维：40-60份；废塑料PE或PP：30-40份；相容剂：3-5份；润滑剂3-6份。
前述改性玄武岩长纤维是将长卷玄武岩纤维浸泡或以一定速度通过装有改性剂的溶剂槽中而制成的，所述改性剂包括如下组分且各组分的重量份数分别为：钛酸酯：10-40份；硅烷偶联剂：10-40份；环氧丙烯酸树脂：20-40份；异氰尿酸三缩水甘油酯：20-40份。
前述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡的一种或几种。
前述相容剂为马来酸酐接枝PE。
前述的一种玄武岩长纤维增强木塑的制备方法，包括如下步骤：
S1、表面改性玄武岩长纤维：将10-40份钛酸酯、10-40份硅烷偶联剂、20-40份环氧丙烯酸树脂及20-40份异氰尿酸三缩水甘油酯混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将直径为5-30微米的玄武岩长卷纤维以1-2m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，改性剂中的四种组分均与玄武岩长纤维表面的羟基发生反应，然后再以1-3m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷；
S2、造粒：将木纤维：40-60份、废塑料PE或PP：30-40份、马来酸酐接枝PE相容剂：3-5份、润滑剂3-6份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，在第三区和第四区的机筒正上方中心位置各开一个孔，孔直径为1-2cm，成卷的经表面处理的玄武岩纤维分别插入第三区和第四区的两个开孔处，混合挤出得到玄武岩长纤维增强木塑。
优选地，步骤S1中，干燥温度为60-80℃。
本发明的有益之处在于：本发明将经过表面改性处理的玄武岩长纤维用于增强木塑材料，相容性好，玄武岩长纤维分别插入第三区和第四区的开孔处，在经过第三区时，较多纤维被剪切成3-10mm的中短纤维，在经过第四区时，长纤维收到的剪切力较小，纤维长度一般为10-20mm，这样一来，在木塑型材内就分布了3-20mm的玄武岩纤维，结合合理选择各组分的重量份数，最终产品的弯曲强度、弯曲弹性模量、抗冲击强度等力学性能都得到了显著的提升。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
S1、表面改性玄武岩长纤维：将20份钛酸酯、20份硅烷偶联剂、40份环氧丙烯酸树脂及20份异氰尿酸三缩水甘油酯混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将直径为5微米的玄武岩长卷纤维以1m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，改性剂中的四种组分均与玄武岩长纤维表面的羟基发生反应，然后再以1m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷，干燥温度为75℃；改性后的玄武岩长纤维与木塑材料的相容性好，因而能够成功地将其应用于增强木塑材料的力学性能；
S2、造粒：将木纤维：49份、废塑料PE：40份、马来酸酐接枝PE相容剂：5份、润滑剂硬脂酸6份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，在第三区和第四区的机筒正上方中心位置各开一个孔，孔直径为1.5cm，成卷的经表面处理的玄武岩纤维分别插入第三区和第四区的两个开孔处，重量份为0.1份(以步骤S2中的原料为重量基准)，力学性能得到显著提升。
实施例2
实施例2与实施例1大致相同，区别之处在于组分含量和工艺参数有所差别，具体如下。
S1、表面改性玄武岩长纤维：将40份钛酸酯、30份硅烷偶联剂、20份环氧丙烯酸树脂及30份异氰尿酸三缩水甘油酯混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将直径为30微米的玄武岩长卷纤维以2m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，改性剂中的四种组分均与玄武岩长纤维表面的羟基发生反应，然后再以3m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷，干燥温度为60℃；
S2、造粒：将木纤维：60份、废塑料PP：30份、马来酸酐接枝PE相容剂：3份、润滑剂3份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，在第三区和第四区的机筒正上方中心位置各开一个孔，孔直径为2cm，成卷的经表面处理的玄武岩纤维分别插入第三区和第四区的两个开孔处，重量份为0.3份(以步骤S2中的原料为重量基准)，混合挤出得到玄武岩长纤维增强木塑，力学性能得到显著提升。
实施例3
实施例3与实施例1大致相同，区别之处在于组分含量和工艺参数有所差别，具体如下。
S1、表面改性玄武岩长纤维：将10份钛酸酯、40份硅烷偶联剂、30份环氧丙烯酸树脂及40份异氰尿酸三缩水甘油酯混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将直径为20微米的玄武岩长卷纤维以2m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，改性剂中的四种组分均与玄武岩长纤维表面的羟基发生反应，然后再以2m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷，干燥温度为70℃；
S2、造粒：将木纤维：40份、废塑料PP：35份、马来酸酐接枝PE相容剂：4份、润滑剂5份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，在第三区和第四区的机筒正上方中心位置各开一个孔，孔直径为1cm，成卷的经表面处理的玄武岩纤维分别插入第三区和第四区的两个开孔处，重量份为0.5份(以步骤S2中的原料为重量基准)，混合挤出得到玄武岩长纤维增强木塑，力学性能得到显著提升。
性能检测
为了更好地说明本发明，下面对各实施例得到的木塑材料的性能进行测试，采用行业内的标准测试方法对产品进行弯曲强度、弯曲弹性模量及抗冲击强度测试，同时，结合对比例进行比较，对比例为市购的玄武岩纤维增强木塑(如背景技术部分所述)，测试结果见表1。
序号 弯曲强度(MPa) 弯曲弹性模量(MPa) 抗冲击强度(kJ/m2)
实施例1 86 7250 26
实施例2 77 5140 20.5
实施例3 80 5640 22.5
对比例 60-75 4500-5000 15-18
表1实施例1-3及对比例测试结果对比
从表1可见，本发明的各实施例制备出的产品，玄武岩长纤维与木塑的相容性好，充分发挥了长纤维增强效果，木塑材料的弯曲强度、弯曲弹性模块及抗冲击强度均显著优于对比例，可见，本发明得到的玄武岩长纤维增强木塑的力学性能特别优异，市场前景好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种玄武岩长纤维增强木塑，其特征在于，包含如下组分且各组分的重量份数分别为：
改性玄武岩长纤维：0.1-0.5份；
木纤维：40-60份；
废塑料PE或PP：30-40份；
相容剂：3-5份；
润滑剂3-6份；所述改性玄武岩长纤维是将长卷玄武岩纤维浸泡或以一定速度通过装有改性剂的溶剂槽中而制成的，所述改性剂包括如下组分且各组分的重量份数分别为：
钛酸酯：10-40份；
硅烷偶联剂：10-40份；
环氧丙烯酸树脂：20-40份；
异氰尿酸三缩水甘油酯：20-40份。
2.根据权利要求1所述的一种玄武岩长纤维增强木塑，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种玄武岩长纤维增强木塑，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝PE。
4.如权利要求1所述的一种玄武岩长纤维增强木塑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、表面改性玄武岩长纤维：将10-40份钛酸酯、10-40份硅烷偶联剂、20-40份环氧丙烯酸树脂及20-40份异氰尿酸三缩水甘油酯混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将直径为5-30微米的玄武岩长卷纤维以1-2m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，改性剂中的四种组分均与玄武岩长纤维表面的羟基发生反应，然后再以1-3m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷；
S2、造粒：将木纤维：40-60份、废塑料PE或PP：30-40份、马来酸酐接枝PE相容剂：3-5份、润滑剂3-6份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，在第三区和第四区的机筒正上方中心位置各开一个孔，孔直径为1-2cm，成卷的经表面处理的玄武岩纤维分别插入第三区和第四区的两个开孔处，混合挤出得到玄武岩长纤维增强木塑。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，干燥温度为60-80℃。
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