CN105038091A - 一种竹纤维/abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种竹纤维/abs复合材料及其制备方法 Download PDF

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金跃国
王磊
石秀枫
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Abstract

本发明公开了一种竹纤维/ABS复合材料及其制备方法，该复合材料由以下质量份的各组分组成：ABS树脂66-81份、竹纤维15-29份、邻苯二甲酸丁苄酯7-18份、乙撑双硬脂酰胺5-21份、玻璃纤维2-13份、硬脂酸钙1-11份、碳酸镁5-15份、防老剂CPPD？3-20份、硫醇甲基锡4-15份、过氧化二异丙苯9-17份。本发明制得的复合材料可以提高弯曲强度、剪切强度和悬臂梁缺口冲击强度，具有突出的机械性能，同时制备工艺简单，成本较低，可广泛用于运动器械、建筑材料等领域。

Description

一种竹纤维/ABS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种竹纤维/ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
竹纤维来源于竹子，竹子相比于树木具有生长周期短，无需人工管理等优点。我国的竹资源无论从竹林面积、竹子种类还是经济利用水平上均居世界首位。将竹纤维与塑料制成竹塑材料，既可以充分利用丰富的可再生竹资源，又可以避免对树木的滥砍滥伐而影响生态平衡。同时与纯塑料相比较，竹塑材料具有成本较低的优点。
ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是目前产量最大，应用最广泛的聚合物。ABS树脂可用注塑、挤出、真空、吹塑及辊压等成型法加工为塑料，还可用机械、粘合、涂层、真空蒸着等法进行二次加工。
在运动器械、建筑材料等领域中，大量运用到ABS树脂，但是由于其抗冲击性能较差，弯曲强度较低，容易发生断裂，不足以满足使用要求。
发明内容
为了克服以上现有技术的不足，本发明提供了一种竹纤维/ABS复合材料及其制备方法，制得的复合材料通过组分之间的协同作用，可以提高弯曲强度、剪切强度和悬臂梁缺口冲击强度，具有突出的机械性能，同时制备工艺简单，成本较低，可广泛用于运动器械、建筑材料等领域。
本发明采用的技术方案是：一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂66-81份、竹纤维15-29份、邻苯二甲酸丁苄酯7-18份、乙撑双硬脂酰胺5-21份、玻璃纤维2-13份、硬脂酸钙1-11份、碳酸镁5-15份、防老剂CPPD3-20份、硫醇甲基锡4-15份、过氧化二异丙苯9-17份。
优选的，一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂69-78份、竹纤维18-24份、邻苯二甲酸丁苄酯8-15份、乙撑双硬脂酰胺9-16份、玻璃纤维5-11份、硬脂酸钙3-10份、碳酸镁6-12份、防老剂CPPD6-13份、硫醇甲基锡5-12份、过氧化二异丙苯11-15份。
更优选的，一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂75份、竹纤维21份、邻苯二甲酸丁苄酯12份、乙撑双硬脂酰胺14份、玻璃纤维8份、硬脂酸钙6份、碳酸镁9份、防老剂CPPD7份、硫醇甲基锡8份、过氧化二异丙苯12份。
一种竹纤维/ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、邻苯二甲酸丁苄酯、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁、玻璃纤维和过氧化二异丙苯加入混合搅拌机中，在130-180℃温度下混匀，速率为300-500r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在200-225℃温度下混匀，速率为1000-1200r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得。
上述步骤（3）中双螺杆挤出机温度设置为230-260℃，转速设置为300-400r/min。
上述步骤（3）中双螺杆挤出机的机头压力为2-4.5MPa。
有益效果：本发明制得的复合材料弯曲强度在66.2-68.2MPa之间，悬臂梁缺口冲击强度在31.5-34.9kJ/m2之间，剪切强度在96-108MPa之间，通过组分之间的协同作用，可以提高弯曲强度度、剪切强度和悬臂梁缺口冲击强度，具有突出的机械性能，同时制备工艺简单，成本较低，可广泛用于运动器械、建筑材料等领域。
具体实施方式
实施例1
一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂66份、竹纤维15份、邻苯二甲酸丁苄酯7份、乙撑双硬脂酰胺5份、玻璃纤维2份、硬脂酸钙1份、碳酸镁5份、防老剂CPPD3份、硫醇甲基锡4份、过氧化二异丙苯9份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、邻苯二甲酸丁苄酯、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁、玻璃纤维和过氧化二异丙苯加入混合搅拌机中，在130℃温度下混匀，速率为300r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在200℃温度下混匀，速率为1000r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得，其中双螺杆挤出机温度设置为230℃，转速设置为300r/min，机头压力设置为2MPa。
实施例2
一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂81份、竹纤维29份、邻苯二甲酸丁苄酯18份、乙撑双硬脂酰胺21份、玻璃纤维13份、硬脂酸钙11份、碳酸镁15份、防老剂CPPD20份、硫醇甲基锡15份、过氧化二异丙苯17份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、邻苯二甲酸丁苄酯、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁、玻璃纤维和过氧化二异丙苯加入混合搅拌机中，在180℃温度下混匀，速率为500r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在225℃温度下混匀，速率为1200r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得，其中双螺杆挤出机温度设置为260℃，转速设置为400r/min，机头压力设置为4.5MPa。
实施例3
一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂69份、竹纤维18份、邻苯二甲酸丁苄酯8份、乙撑双硬脂酰胺9份、玻璃纤维5份、硬脂酸钙3份、碳酸镁6份、防老剂CPPD6份、硫醇甲基锡5份、过氧化二异丙苯11份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、邻苯二甲酸丁苄酯、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁、玻璃纤维和过氧化二异丙苯加入混合搅拌机中，在150℃温度下混匀，速率为350r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在210℃温度下混匀，速率为1100r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得，其中双螺杆挤出机温度设置为240℃，转速设置为350r/min，机头压力设置为2.5MPa。
实施例4
一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂78份、竹纤维24份、邻苯二甲酸丁苄酯15份、乙撑双硬脂酰胺16份、玻璃纤维11份、硬脂酸钙10份、碳酸镁12份、防老剂CPPD13份、硫醇甲基锡12份、过氧化二异丙苯15份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、邻苯二甲酸丁苄酯、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁、玻璃纤维和过氧化二异丙苯加入混合搅拌机中，在170℃温度下混匀，速率为400r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在220℃温度下混匀，速率为1100r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得，其中双螺杆挤出机温度设置为250℃，转速设置为350r/min，机头压力设置为4MPa。
实施例5
一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂75份、竹纤维21份、邻苯二甲酸丁苄酯12份、乙撑双硬脂酰胺14份、玻璃纤维8份、硬脂酸钙6份、碳酸镁9份、防老剂CPPD7份、硫醇甲基锡8份、过氧化二异丙苯12份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、邻苯二甲酸丁苄酯、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁、玻璃纤维和过氧化二异丙苯加入混合搅拌机中，在150℃温度下混匀，速率为400r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在210℃温度下混匀，速率为1100r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得，其中双螺杆挤出机温度设置为250℃，转速设置为350r/min，机头压力设置为3.5MPa。
对比例1
与实施例5的区别是未添加过氧化二异丙苯。
一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂75份、竹纤维21份、邻苯二甲酸丁苄酯12份、乙撑双硬脂酰胺14份、玻璃纤维8份、硬脂酸钙6份、碳酸镁9份、防老剂CPPD7份、硫醇甲基锡8份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、邻苯二甲酸丁苄酯、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁和玻璃纤维加入混合搅拌机中，在150℃温度下混匀，速率为400r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在210℃温度下混匀，速率为1100r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得，其中双螺杆挤出机温度设置为250℃，转速设置为350r/min，机头压力设置为3.5MPa。
对比例2
与实施例5的区别是未添加邻苯二甲酸丁苄酯。
一种竹纤维/ABS复合材料，由以下质量份的各组分组成：ABS树脂75份、竹纤维21份、乙撑双硬脂酰胺14份、玻璃纤维8份、硬脂酸钙6份、碳酸镁9份、防老剂CPPD7份、硫醇甲基锡8份、过氧化二异丙苯12份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁、玻璃纤维和过氧化二异丙苯加入混合搅拌机中，在150℃温度下混匀，速率为400r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在210℃温度下混匀，速率为1100r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得，其中双螺杆挤出机温度设置为250℃，转速设置为350r/min，机头压力设置为3.5MPa。
性能测试：
实施例1-5和对比例1-2制得的复合材料性能测试结果如下表所示：
弯曲强度（MPa） 悬臂梁缺口冲击强度（kJ/m2） 剪切强度（MPa）
实施例1 66.2 31.5 96
实施例2 67.3 32.1 98
实施例3 66.8 32.7 104
实施例4 67.0 34.6 103
实施例5 68.2 34.9 108
对比例1 54.6 21.8 97
对比例2 58.9 19.3 81
从上表中可以看出：实施例1-5制得的复合材料弯曲强度在66.2-68.2MPa之间，悬臂梁缺口冲击强度在31.5-34.9kJ/m2之间，剪切强度在96-108MPa之间；而对比例1中未添加过氧化二异丙苯，制得的复合材料弯曲强度为54.6MPa，拉悬臂梁缺口冲击强度为21.8kJ/m2，剪切强度为97MPa；对比例2中未添加邻苯二甲酸丁苄酯，制得的复合材料弯曲强度为58.9MPa，拉悬臂梁缺口冲击强度为19.3kJ/m2，剪切强度为81MPa。由此可知，本发明制得的复合材料通过组分之间的协同作用，可以提高弯曲强度、剪切强度和悬臂梁缺口冲击强度，具有突出的机械性能，同时制备工艺简单，成本较低，可广泛用于运动器械、建筑材料等领域。

Claims (6)

1.一种竹纤维/ABS复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：ABS树脂66-81份、竹纤维15-29份、邻苯二甲酸丁苄酯7-18份、乙撑双硬脂酰胺5-21份、玻璃纤维2-13份、硬脂酸钙1-11份、碳酸镁5-15份、防老剂CPPD3-20份、硫醇甲基锡4-15份、过氧化二异丙苯9-17份。
2.根据权利要求1所述的竹纤维/ABS复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：ABS树脂69-78份、竹纤维18-24份、邻苯二甲酸丁苄酯8-15份、乙撑双硬脂酰胺9-16份、玻璃纤维5-11份、硬脂酸钙3-10份、碳酸镁6-12份、防老剂CPPD6-13份、硫醇甲基锡5-12份、过氧化二异丙苯11-15份。
3.根据权利要求1所述的竹纤维/ABS复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：ABS树脂75份、竹纤维21份、邻苯二甲酸丁苄酯12份、乙撑双硬脂酰胺14份、玻璃纤维8份、硬脂酸钙6份、碳酸镁9份、防老剂CPPD7份、硫醇甲基锡8份、过氧化二异丙苯12份。
4.权利要求1至3任何一项所述的竹纤维/ABS复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按上述质量份，将ABS树脂、竹纤维、邻苯二甲酸丁苄酯、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、碳酸镁、玻璃纤维和过氧化二异丙苯加入混合搅拌机中，在130-180℃温度下混匀，速率为300-500r/min，得到混合料一；
（2）向步骤（1）所得混合料一中加入防老剂CPPD和硫醇甲基锡，在200-225℃温度下混匀，速率为1000-1200r/min，得到混合料二；
（3）将步骤（2）所得混合料二后经双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，切割后即得。
5.根据权利要求4所述的竹纤维/ABS复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中双螺杆挤出机温度设置为230-260℃，转速设置为300-400r/min。
6.根据权利要求4所述的竹纤维/ABS复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中双螺杆挤出机的机头压力为2-4.5MPa。
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