CN105199416B - 一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，它涉及一种聚烯烃基木塑复合材料及其制备方法。本发明要解决现有木塑复合材料强度和韧性不足的问题。增强增韧聚烯烃基木塑复合材料由聚烯烃、植物纤维、相容剂、润滑剂、无机粒子、硅烷偶联剂和引发剂制备而成。制备方法：一、称取；二、制备无机粒子接枝改性的聚烯烃材料；三、挤出机造粒；四、加工成型。本发明用于增强增韧聚烯烃基木塑复合材料及其制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚烯烃基木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
现今，木塑复合材料由于其优异的性能得到广泛发展，但其两大组分植物纤维和聚烯烃表面性质不同，相容性差，导致木塑复合材料力学性能较低，通过改善界面相容性可以提高木塑复合材料的强度或韧性；添加弹性体可以提高木塑材料韧性，但材料强度和刚度会降低；添加碳纤、玻纤、芳纶纤维等可以有效提高木塑复合材料的强度和韧性，但纤维分散性差，与基体相容性差，且成本高；无机粒子强度高、刚性好、成本相对较低，如二氧化硅、碳酸钙、石墨、纳米黏土等，添加到木塑复合材料中，可以部分提高复合材料力学性能和其他性能，但是无机粒子在复合材料中分散及界面问题是限制其作用的主要原因。
纳米粒子或微米粒子本身有较好的热稳定性，抗老化性，抗蠕变性能等。以往研究将纳米粒子或微米粒子加入到聚烯烃中来改善聚烯烃的力学性能，存在的突出问题是纳米粒子或微米粒子分散性差、易团聚。
发明内容
本发明要解决现有木塑复合材料强度和韧性不足的问题，而提供一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料及其制备方法。
本发明的一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，增强增韧聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由20份～90份聚烯烃、10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂、0.1份～20份无机粒子、0.01份～1份硅烷偶联剂和0.0001份～0.01份引发剂制备而成；所述的无机粒子为二氧化硅、碳酸钙、炭黑、石墨、滑石粉、蒙脱土、硫酸钡、氧化铝和二氧化钛中的一种或其中几种的混合物；所述的无机粒子的粒径为1nm～100nm或粒径为0.1μm～50μm。
本发明的一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料是按以下步骤制备：
一、称取：按重量份数称取20份～90份聚烯烃、10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂、0.1份～20份无机粒子、0.01份～1份硅烷偶联剂、0.0001份～0.01份引发剂和1200份～2000份的溶剂；所述的无机粒子为二氧化硅、碳酸钙、炭黑、石墨、滑石粉、蒙脱土、硫酸钡、氧化铝和二氧化钛中的一种或其中几种的混合物；所述的无机粒子的粒径为1nm～100nm或粒径为0.1μm～50μm；
二、制备无机粒子接枝改性的聚烯烃材料：在温度为20℃～50℃及搅拌条件下，将0.01份～1份硅烷偶联剂溶于1200份～2000份的溶剂中，搅拌5min～30min，然后加入0.1份～20份无机粒子，搅拌4h～16h，得到反应体系，然后向反应体系中依次加入0.0001份～0.01份引发剂和20份～90份聚烯烃，搅拌10min～40min，得到混合物，将混合物气干12h～24h，然后在温度为40℃～120℃的条件下，将气干后的混合物烘干，然后在共混温度为135℃～185℃的条件下，将干燥后的混合物加热熔融共混，得到无机粒子接枝改性的聚烯烃材料；
三、挤出机造粒：将10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂及无机粒子接枝改性的聚烯烃材料混合，在造粒温度为135℃～185℃的条件下，通过挤出机造粒，得到木塑粒料；
四、加工成型：在加工温度为135℃～185℃的条件下，将木塑粒料加工成型，即得到增强增韧聚烯烃基木塑复合材料。
本发明的有益效果是：本发明将微米级无机粒子或纳米级无机粒子在制备过程中改性，利用改性后纳米或微米无机粒子表面的不饱和双键与聚烯烃之间，硅烷基与植物纤维之间分别形成共价键，提高了粒子在聚烯烃中的分散性，进而提高了纳米或微米无机粒子与聚烯烃、植物纤维之间的界面相容性，在材料受力时，有效传递应力，提高材料强度；当较大的裂纹遇到细小的纳米或微米粒子时，会迅速分散为许多微裂纹，吸收更多能量，提高材料冲击韧性。通过本发明制备的纳米或微米无机粒子增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，弯曲强度提高15％～20％，冲击强度提高20％～35％，拉伸强度提高10％～15％。
具体实施方案
具体实施方案一：本实施方式是一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由20份～90份聚烯烃、10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂、0.1份～20份无机粒子、0.01份～1份硅烷偶联剂和0.0001份～0.01份引发剂制备而成；所述的无机粒子为二氧化硅、碳酸钙、炭黑、石墨、滑石粉、蒙脱土、硫酸钡、氧化铝和二氧化钛中的一种或其中几种的混合物；所述的无机粒子的粒径为1nm～100nm或粒径为0.1μm～50μm。
本实施方式的有益效果是：本实施方式将微米级无机粒子或纳米级无机粒子在制备过程中改性，利用改性后纳米或微米无机粒子表面的不饱和双键与聚烯烃之间，硅烷基与植物纤维之间分别形成共价键，提高了粒子在聚烯烃中的分散性，进而提高了纳米或微米无机粒子与聚烯烃、植物纤维之间的界面相容性，在材料受力时，有效传递应力，提高材料强度；当较大的裂纹遇到细小的纳米或微米粒子时，会迅速分散为许多微裂纹，吸收更多能量，提高材料冲击韧性。通过本实施方式制备的纳米或微米无机粒子增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，弯曲强度提高15％～20％，冲击强度提高20％～35％，拉伸强度提高10％～15％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的聚烯烃为粉状聚乙烯、粉状聚丙烯、粉状聚苯乙烯和粉状聚氯乙烯中的一种或其中几种的混合物；
所述的植物纤维为木材、竹材、秸秆、麻和稻草中的一种或其中几种的混合物，其中所述的木材为纤维状或粉状；所述的竹材为纤维状或粉状；所述的秸秆为纤维状或粉状；所述的麻为纤维状或粉状；所述的稻草为纤维状或粉状。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点是：所述的相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯、马来酸酐接枝的聚丙烯、异腈酸酯、氨基硅烷、乙烯基硅烷、烯丙基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或其中几种的混合物；所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、石蜡、聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点是：所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基基三氯硅烷、烯丙基二甲基氯硅烷、甲基丙烯酰氧甲基三甲氧基硅烷、(5-烯己基)三甲氧基硅烷、(5-烯己基)三乙氧基硅烷、(5-烯己基)三氯硅烷和(5-烯己基)二甲基氯硅烷中的一种或其中几种的混合物；所述的引发剂为异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰和过氧化二叔丁基中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式所述的一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、称取：按重量份数称取20份～90份聚烯烃、10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂、0.1份～20份无机粒子、0.01份～1份硅烷偶联剂、0.0001份～0.01份引发剂和1200份～2000份的溶剂；所述的无机粒子为二氧化硅、碳酸钙、炭黑、石墨、滑石粉、蒙脱土、硫酸钡、氧化铝和二氧化钛中的一种或其中几种的混合物；所述的无机粒子的粒径为1nm～100nm或粒径为0.1μm～50μm；
二、制备无机粒子接枝改性的聚烯烃材料：在温度为20℃～50℃及搅拌条件下，将0.01份～1份硅烷偶联剂溶于1200份～2000份的溶剂中，搅拌5min～30min，然后加入0.1份～20份无机粒子，搅拌4h～16h，得到反应体系，然后向反应体系中依次加入0.0001份～0.01份引发剂和20份～90份聚烯烃，搅拌10min～40min，得到混合物，将混合物气干12h～24h，然后在温度为40℃～120℃的条件下，将气干后的混合物烘干，然后在共混温度为135℃～185℃的条件下，将干燥后的混合物加热熔融共混，得到无机粒子接枝改性的聚烯烃材料；
三、挤出机造粒：将10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂及无机粒子接枝改性的聚烯烃材料混合，在造粒温度为135℃～185℃的条件下，通过挤出机造粒，得到木塑粒料；
四、加工成型：在加工温度为135℃～185℃的条件下，将木塑粒料加工成型，即得到增强增韧聚烯烃基木塑复合材料。
本实施方式的有益效果是：本实施方式利用改性后纳米粒子或微米粒子表面的不饱和双键与聚烯烃之间，硅烷基与植物纤维之间分别形成共价键，提高了粒子在聚烯烃中的分散性，进而提高了纳米或微米粒子与聚烯烃、植物纤维之间的界面相容性，在材料受力时，有效传递应力，提高材料强度；当较大的裂纹遇到细小的纳米或微米粒子时，会迅速分散为许多微裂纹，吸收更多能量，提高材料冲击韧性。通过本实施方式制备的纳米或微米粒子增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，弯曲强度提高15％～20％，冲击强度提高20％～35％，拉伸强度提高10％～15％。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同点是：步骤一中所述的聚烯烃为粉状聚乙烯、粉状聚丙烯、粉状聚苯乙烯和粉状聚氯乙烯中的一种或其中几种的混合物；
所述的植物纤维为木材、竹材、秸秆、麻和稻草中的一种或其中几种的混合物，其中所述的木材为纤维状或粉状；所述的竹材为纤维状或粉状；所述的秸秆为纤维状或粉状；所述的麻为纤维状或粉状；所述的稻草为纤维状或粉状。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六之一不同点是：步骤一中所述的相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯、马来酸酐接枝的聚丙烯、异腈酸酯、氨基硅烷、乙烯基硅烷、烯丙基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或其中几种的混合物；所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、石蜡、聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同点是：步骤一中所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基基三氯硅烷、烯丙基二甲基氯硅烷、甲基丙烯酰氧甲基三甲氧基硅烷、(5-烯己基)三甲氧基硅烷、(5-烯己基)三乙氧基硅烷、(5-烯己基)三氯硅烷和(5-烯己基)二甲基氯硅烷中的一种或其中几种的混合物；所述的引发剂为异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰和过氧化二叔丁基中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式五至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同点是：步骤一中所述的溶剂为质量百分数为60％～99.9％的乙醇溶液、质量百分数为60％～99.9％的丙酮溶液、质量百分数为60％～99.9％的甲醇溶液和质量百分数为60％～99.9％的四氢呋喃溶液中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式五至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同点是：步骤四中所述的加工成型为挤出成型、模压成型或注射成型。其它与具体实施方式五至九相同。
采用下述试验验证本发明效果：
实施例一：
一种纳米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、1份无机粒子、0.01份硅烷偶联剂和0.004份引发剂；所述的无机粒子的粒径为10nm～20nm；
所述的聚烯烃为粉状高密度聚乙烯(HDPE)；所述的植物纤维为杨木粉，40目～100目，含水率≦3％；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)，接枝率为1wt％；所述的润滑剂按重量份数由1份聚乙烯蜡和1份硬脂酸的混合物；所述的无机粒子为二氧化硅；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述的引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
上述纳米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称取：按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、1份无机粒子、0.01份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的无机粒子的粒径为10nm～20nm；
所述的聚烯烃为粉状高密度聚乙烯(HDPE)；所述的植物纤维为杨木粉，40目～100目，含水率≦3％；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)，接枝率为1wt％；所述的润滑剂按重量份数由1份聚乙烯蜡和1份硬脂酸组成；所述的无机粒子为二氧化硅；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述的引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)；
二、制备无机粒子接枝改性的聚烯烃材料：在室温及搅拌条件下，将0.01份硅烷偶联剂溶于1500份的溶剂中，搅拌10min，然后加入1份无机粒子，搅拌6h，得到反应体系，然后向反应体系中依次加入0.004份引发剂和40份聚烯烃，搅拌20min，得到混合物，将混合物气干12h，然后在温度为50℃的条件下，将气干后的混合物烘干，然后在共混温度为145℃～165℃的条件下，将干燥后的混合物通过双螺杆挤出机加热熔融共混，得到纳米二氧化硅接枝改性的聚烯烃材料；
三、挤出机造粒：将55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂及纳米二氧化硅接枝改性的聚烯烃材料混合，在造粒温度为145℃～165℃的条件下，通过双螺杆挤出机造粒，得到木塑粒料；
四、加工成型：在加工温度为145℃～165℃的条件下，将木塑粒料通过单螺杆挤出机加工成型，即得到纳米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料；
步骤一中所述的溶剂为质量百分数为95％的乙醇溶液。
实施例二：本实施例与实施例一的不同点是：步骤一中按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、3份无机粒子、0.03份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的纳米粒子的粒径为10nm～20nm。其它与实施例一相同。
实施例三：本实施例与实施例一的不同点是：步骤一中按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、5份无机粒子、0.05份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的纳米粒子的粒径为10nm～20nm。其它与实施例一相同。
实施例四：本实施例与实施例一的不同点是：步骤一中按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、7份无机粒子、0.07份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的纳米粒子的粒径为10nm～20nm。其它与实施例一相同。
实施例五：本实施例与实施例一的不同点是：步骤一中按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、9份无机粒子、0.09份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的纳米粒子的粒径为10nm～20nm。其它与实施例一相同。
实施例六：
一种微米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、1份无机粒子、0.01份硅烷偶联剂和0.004份引发剂；所述的无机粒子的粒径为5μm；
所述的聚烯烃为粉状高密度聚乙烯(HDPE)；所述的植物纤维为杨木粉，40目～100目，含水率≦3％；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)，接枝率为1wt％，熔融指数≥50g/10min；所述的润滑剂按重量份数由1份聚乙烯蜡与1份硬脂酸组成；所述的无机粒子为二氧化硅；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述的引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
上述微米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称取：按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、1份无机粒子、0.01份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的无机粒子的粒径为5μm；
所述的聚烯烃为粉状高密度聚乙烯(HDPE)；所述的植物纤维为杨木粉，40目～100目，含水率≦3％；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)，接枝率为1wt％；所述的润滑剂按重量份数由1份聚乙烯蜡和1份硬脂酸组成；所述的无机粒子为二氧化硅；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述的引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)；
二、制备无机粒子接枝改性的聚烯烃材料：在室温及搅拌条件下，将0.01份硅烷偶联剂溶于1500份的溶剂中，搅拌10min，然后加入1份无机粒子，搅拌6h，得到反应体系，然后向反应体系中依次加入0.004份引发剂和40份聚烯烃，搅拌20min，得到混合物，将混合物气干12h，然后在温度为50℃的条件下，将气干后的混合物烘干，然后在共混温度为145℃～165℃的条件下，将干燥后的混合物通过双螺杆挤出机加热熔融共混，得到微米二氧化硅接枝改性的聚烯烃材料；
三、挤出机造粒：将55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂及微米二氧化硅接枝改性的聚烯烃材料混合，在造粒温度为145℃～165℃的条件下，通过双螺杆挤出机造粒，得到木塑粒料；
四、加工成型：在加工温度为145℃～165℃的条件下，将木塑粒料通过单螺杆挤出机加工成型，即得到微米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料；
步骤一中所述的溶剂为质量百分数为95％的乙醇溶液。
实施例七：本实施例与实施例六的不同点是：步骤一中按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、3份无机粒子、0.03份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的纳米粒子的粒径为10nm～20nm。其它与实施例六相同。
实施例八：本实施例与实施例六的不同点是：步骤一中按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、5份无机粒子、0.05份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的纳米粒子的粒径为10nm～20nm。其它与实施例六相同。
实施例九：本实施例与实施例六的不同点是：步骤一中按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、7份无机粒子、0.07份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的纳米粒子的粒径为10nm～20nm。其它与实施例六相同。
实施例十：本实施例与实施例六的不同点是：步骤一中按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂、9份无机粒子、0.09份硅烷偶联剂、0.004份引发剂和1500份的溶剂；所述的纳米粒子的粒径为10nm～20nm。其它与实施例六相同。
对比试验：
一种聚烯烃基木塑复合材料由40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂和1500份的溶剂；
所述的聚烯烃为粉状高密度聚乙烯(HDPE)；所述的植物纤维为杨木粉，40目～100目，含水率≦3％；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)，接枝率为1wt％；所述的润滑剂按重量份数由1份聚乙烯蜡和1份硬脂酸组成。
上述聚烯烃基木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称取：按重量份数称取40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂和1500份的溶剂；
所述的聚烯烃为粉状高密度聚乙烯(HDPE)；所述的植物纤维为杨木粉，40目～100目，含水率≦3％；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)，接枝率为1wt％；所述的润滑剂按重量份数由1份聚乙烯蜡和1份硬脂酸组成；
二、将称取的40份聚烯烃、55份植物纤维、3份相容剂、2份润滑剂和1500份的溶剂混合，在造粒温度为145℃～165℃的条件下，通过双螺杆挤出机造粒，得到木塑粒料；
三、在加工温度为145℃～165℃的条件下，将木塑粒料通过单螺杆挤出机加工成型，即得到聚烯烃基木塑复合材料；
步骤一中所述的溶剂为质量百分数为95％的乙醇溶液。
对实施例一至五制备的纳米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料、实施例六至十制备的微米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料及对比实验制备的聚烯烃基木塑复合材料进行弯曲强度测试、冲击强度测试及拉伸强度测试，测试结果如表1及表2所示。
弯曲强度测试标准：ASTM D790-03；冲击强度测试标准：ASTM D4812；拉伸强度测试标准：ASTM D638-03。
表1纳米二氧化硅增强增韧聚烯烃基木塑复合材料的力学性能
| 力学测试 | 弯曲强度(MPa) | 拉伸强度(MPa) | 冲击强度(kJ/m2) |
| 实施例一 | 59.74±0.41 | 40.53±0.23 | 10.09±0.41 |
| 实施例二 | 59.71±0.47 | 40.77±0.40 | 10.72±0.47 |
| 实施例三 | 58.80±0.26 | 40.35±0.79 | 10.02±0.26 |
| 实施例四 | 59.14±0.37 | 41.48±0.37 | 9.93±0.37 |
| 实施例五 | 59.92±0.32 | 40.38±0.72 | 9.59±0.32 |
| 对比试验 | 51.42±0.60 | 35.88±0.49 | 8.62±0.43 |
表2微米二氧化硅增强增韧聚乙烯基木塑复合材料的力学性能
| 力学测试 | 弯曲强度(MPa) | 拉伸强度(MPa) | 冲击强度(kJ/m2) |
| 实施例六 | 60.12±0.37 | 40.68±0.41 | 11.44±0.61 |
| 实施例七 | 55.92±0.36 | 36.02±0.41 | 9.79±0.06 |
| 实施例八 | 52.70±0.49 | 33.35±0.48 | 8.64±0.46 |
| 实施例九 | 49.42±0.5 | 30.65±0.24 | 7.23±0.56 |
| 实施例十 | 46.22±0.44 | 27.92±0.28 | 6.90±0.27 |
| 对比试验 | 51.42±0.60 | 35.88±0.49 | 8.62±0.43 |
由表1可知：实施例一至十将微米级无机粒子或纳米级无机粒子在制备过程中改性，接枝改性纳米二氧化硅添加1、3、5、7、9份时，弯曲强度平均提高16％，拉伸强度平均提高14％，冲击强度分别提高17.1％、24.4％、16.2％、15.2％、11.3％；由表2可知：接枝改性微米二氧化硅添加1份时，弯曲强度提高16.9％，拉伸强度提高13.4％，接枝改性微米二氧化硅分别添加1、3份时，抗冲击强度分别提高32.7％、15.7％。接枝改性纳米二氧化硅添加1-9份，木塑复合材料弯曲、拉伸和冲击强度均增加，而微米二氧化硅添加量超过5份时，弯曲、拉伸和冲击强度开始下降。由上可知，添加接枝改性纳米或微米二氧化硅均可以有效提高木塑复合材料综合力学性能，纳米二氧化硅效果优于微米二氧化硅，且可以通过继续提高纳米二氧化硅用量，在保证力学性能提高的前提下，改善木塑复合材料的其他性能。
Claims (5)
1.一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于增强增韧聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由20份～90份聚烯烃、10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂、0.1份～20份无机粒子、0.01份～1份硅烷偶联剂和0.0001份～0.01份引发剂制备而成；所述的无机粒子为二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、氧化铝和二氧化钛中的一种或其中几种的混合物；所述的无机粒子的粒径为1nm～100nm或粒径为0.1μm～50μm；
所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三氯硅烷、烯丙基二甲基氯硅烷、甲基丙烯酰氧甲基三甲氧基硅烷、(5-烯己基)三甲氧基硅烷、(5-烯己基)三乙氧基硅烷、(5-烯己基)三氯硅烷和(5-烯己基)二甲基氯硅烷中的一种或其中几种的混合物；
所述的引发剂为异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰和过氧化二叔丁基中的一种或其中几种的混合物；
所述的相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯和马来酸酐接枝的聚丙烯中的一种或两种的混合物；
所述的增强增韧聚烯烃基木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一、称取：按重量份数称取20份～90份聚烯烃、10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂、0.1份～20份无机粒子、0.01份～1份硅烷偶联剂、0.0001份～0.01份引发剂和1200份～2000份的溶剂；所述的无机粒子为二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、氧化铝和二氧化钛中的一种或其中几种的混合物；所述的无机粒子的粒径为1nm～100nm或粒径为0.1μm～50μm；
二、制备无机粒子接枝改性的聚烯烃材料：在温度为20℃～50℃及搅拌条件下，将0.01份～1份硅烷偶联剂溶于1200份～2000份的溶剂中，搅拌5min～30min，然后加入0.1份～20份无机粒子，搅拌4h～16h，得到反应体系，然后向反应体系中依次加入0.0001份～0.01份引发剂和20份～90份聚烯烃，搅拌10min～40min，得到混合物，将混合物气干12h～24h，然后在温度为40℃～120℃的条件下，将气干后的混合物烘干，然后在共混温度为135℃～185℃的条件下，将干燥后的混合物加热熔融共混，得到无机粒子接枝改性的聚烯烃材料；
三、挤出机造粒：将10份～80份植物纤维、0.5份～8份相容剂、0.1份～5份润滑剂及无机粒子接枝改性的聚烯烃材料混合，在造粒温度为135℃～185℃的条件下，通过挤出机造粒，得到木塑粒料；
四、加工成型：在加工温度为135℃～185℃的条件下，将木塑粒料加工成型，即得到增强增韧聚烯烃基木塑复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于所述的聚烯烃为粉状聚乙烯、粉状聚丙烯、粉状聚苯乙烯和粉状聚氯乙烯中的一种或其中几种的混合物；
所述的植物纤维为木材、竹材、秸秆、麻和稻草中的一种或其中几种的混合物，其中所述的木材为纤维状或粉状；所述的竹材为纤维状或粉状；所述的秸秆为纤维状或粉状；所述的麻为纤维状或粉状；所述的稻草为纤维状或粉状。
3.根据权利要求1所述的一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、石蜡、聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或其中几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于步骤一中所述的溶剂为质量百分数为60％～99.9％的乙醇溶液、质量百分数为60％～99.9％的丙酮溶液、质量百分数为60％～99.9％的甲醇溶液和质量百分数为60％～99.9％的四氢呋喃溶液中的一种或其中几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种增强增韧聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于步骤四中所述的加工成型为挤出成型、模压成型或注射成型。
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