CN105440453A - 一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉提供一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，由聚丙烯60-85份、改性亚麻纤维10-40份、纤维界面处理剂0.5-2份、纤维分散剂1-5份、相溶剂1-10份和其它助剂0.1-2份制备而成。本发明通过对于亚麻纤维的特殊处理和加入纤维分散剂，使得制备的复合材料具有纤维分散均匀，具有比没有处理过的纤维增强材料更高的强度，而且具有更好的隔音降噪效果，提高了聚丙烯复合材料的使用范围。

Description

一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，具体涉及一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
天然麻纤维可以部分替代玻璃纤维、碳纤维用来对聚丙烯进行增强改性。不同之处在于：玻璃纤维、碳纤维是人造制得，其制备方法复杂，且会对自然界产生污染；而天然麻纤维是一种绿色、环保的自然资源，是一种可持续利用的资源。
亚麻纤维是由具有高纤维含量的植物中经过多步而提取的，具有比强度高，多空隙隔音等优良效果。如对聚丙烯材料进行改性，则可提高聚丙烯材料的性能，但由于亚麻纤维具有不耐热、不耐剪切、纤维分散难等缺陷而导致复合材料的性能低，会让材料在挤出过程中分解，同时容易产生难闻的气味，这严重的限制了材料的应用范围。所以要提高复合材料的性能主要需要提高材料的耐热性，提高材料的耐剪切性，提高材料在基体里面的分散性。中国专利CN102229717B公开了一种稀土硅油改性麻纤维/聚丙烯或聚丙烯合金复合材料，此发明采用稀土硅油改善了麻纤维与聚丙烯之间的相容性，但并未改善麻纤维/聚丙烯复合材料的冲击韧性，且稀土硅油改性麻纤维的制备过程复杂，不利于工业化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料及其制备方法，减少了材料的重量，同时不减少材料的力学性能。
本发明采用了以下技术方案：
一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，由下述组份按重量份制备而成：
聚丙烯60-85份；
改性亚麻纤维10-40份；
纤维界处理剂0.5-2份；
纤维分散剂1-5份；
相容剂1-10份，
其它助剂0.1-2份。
进一步方案，所述聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为20-100g/10min的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中至少一种。
所述改性亚麻纤维是指将亚麻纤维浸于质量浓度为2-10%的NaOH溶液中，加热至50-100℃，于4-24小时后取出用水洗涤2次后，进行压辊并烘干，使改性亚麻纤维中水分质量小于0.3%；
所述亚麻纤维为短切亚麻纤维，其长度为2-5mm。
所述纤维界处理剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）和N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（KH602）中的一种。
所述纤维分散剂为聚丙烯接枝乙二醇（PP-G-PEG）。
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
所述其他助剂为抗氧剂、光稳定剂、分散剂中的至少一种。
其中抗氧剂为抗168和抗1010，光稳定剂为亚磷酸酯、亚膦酸酯、二甲基二硫代氨基甲酸酯或二硫代磷酸酯；所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺（EBS）。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料的制备方法，按配比，将改性亚麻纤维和纤维界处理剂加入到混合机中，于80-150r/min下混合3-5分钟；然后加入聚丙烯和分散剂、相容剂和其他助剂继续混合3-5分钟，得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出制得复合材料，并在熔融过程中向挤出机中通入氮气，防止改性亚麻纤维被氧化。
进一步方案，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为150-250转/min，螺杆长径比为35-45：1，挤出机温度为170-185℃；
所述双螺杆挤出机只有一个抽真空口，并在其下料口处有氮气保护，防止在下料阶段过多空气进入到螺杆内氧化亚麻纤维。
本发明的有益效果有：
1、本发明中的亚麻纤维为市场上可以买到的成品亚麻纤维，对其改性后，在与聚丙烯混合挤出前需要经过纤维界面处理剂进行处理，从而提高亚麻纤维和聚丙烯之间的界面相容性。
2、本发明加入了纤维分散剂，提高亚麻纤维的分散性，使制备的复合材料性能均一稳定，从而解决了复合材料中因分散不均一，导致制件内应力过多的原因，更好的满足材料使用。
3、本发明制备的复合材料根据本行业的检测标准检测，其缺口冲击强度大于7.5KJ/m2、弯曲模量大于2500MPa，显示出良好的刚性和韧性，同时其密度小于同等矿粉填充条件下的同类产品，满足了材料轻量化的要求；
4、通过纤维分散剂及相容剂和其他助剂的添加，使得亚麻纤维在通过挤出机中螺杆剪切时不易分解，材料性能不会过度降低；同时提高了聚丙烯产品的生产速率，加工工艺范围，从而可以大批量进行材料的生产，通过减低重量达到材料成本降低。
5、本发明中的原材料聚丙烯、亚麻纤维、助剂等原料易得，其他材料均可以直接用于工业化生产。
6、本发明的挤出工艺中，采用只一个抽真空口的双螺杆挤出机，防止其他排气口有空气混入；并在熔融过程中向挤出机中通入氮气，防止改性亚麻纤维被氧化；同时在挤出机的下料口处有氮气保护，防止在下料阶段过多空气进入到螺杆内氧化亚麻纤维。
7、本发明通过对亚麻纤维的改性处理和加入纤维分散剂，使得制备的复合材料具有纤维分散均匀，具有比没有处理过的纤维增强材料更高的强度，而且具有更好的隔音降噪效果，提高了聚丙烯复合材料的使用范围。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。
按照以下制备方法制备各实施例，其各组份的配比如表1所示：
（1）选择长度为2-5mm的短切亚麻纤维，将其浸于质量浓度为2-10%的NaOH溶液中，加热至50-100℃，于4-24小时后取出用水洗涤2次后，进行压辊并烘干，使改性亚麻纤维中水分质量小于0.3%，得改性亚麻纤维；
（2）按配比，将改性亚麻纤维和纤维界处理剂加入到混合机中，于80-150r/min下混合3-5分钟；然后加入聚丙烯和分散剂、相容剂和其他助剂继续混合3-5分钟，得混合物料；
（3）将该混合物料从喂料口加入只有一个抽真空口、螺杆转速为150-250转/min、螺杆长径比为35-45：1、挤出机温度为170-185℃的双螺杆挤出机中经熔融、挤出制得复合材料，并在熔融过程中向挤出机中通入氮气，并在其下料口处有氮气保护，防止改性亚麻纤维被氧化。
根据相关检测标准，对具体实施例1-4及对比例制得的聚丙烯复合材料进行测试，主要测试物性指标如下：拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强，其检测标准与性能检测结果如表2所示：
从上表2可看出，本发明制备的亚麻纤维改性聚丙烯复合材料的拉伸强度、弯曲强度等机械性能与对比例相比要高出很多，这是由于在聚丙烯中添加的亚麻纤维在使用之前做过了处理，同时使用纤维处理剂和分散剂使得亚麻纤维在与基体树脂复合时具有更好的界面相容性和分散性，从而制备出具有更低密度、高强度的亚麻纤维增强聚丙烯产品。
所述的实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行修改或变动的都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：由下述组份按重量份制备而成：
聚丙烯60-85份；
改性亚麻纤维10-40份；
纤维界处理剂0.5-2份；
纤维分散剂1-5份；
相容剂1-10份，
其它助剂0.1-2份。
2.根据权利要求1所述的一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为20-100g/10min的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述改性亚麻纤维是指将亚麻纤维浸于质量浓度为2-10%的NaOH溶液中，加热至50-100℃，于4-24小时后取出用水洗涤2次后，进行压辊并烘干，使改性亚麻纤维中水分质量小于0.3%；
所述亚麻纤维为短切亚麻纤维，其长度为2-5mm。
4.根据权利要求1所述的一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述纤维界处理剂为KH550、KH570或KH602。
5.根据权利要求1所述的一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述纤维分散剂为聚丙烯接枝乙二醇。
6.根据权利要求1所述的一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
7.根据权利要求1所述的一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述其他助剂为抗氧剂、光稳定剂、分散剂中的至少一种。
8.如权利要求1所述的一种亚麻纤维改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：按配比，将改性亚麻纤维和纤维界处理剂加入到混合机中，于80-150r/min下混合3-5分钟；然后加入聚丙烯和分散剂、相容剂和其他助剂继续混合3-5分钟，得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出制得复合材料，并在熔融过程中向挤出机中通入氮气，防止改性亚麻纤维被氧化。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆转速为150-250转/min，螺杆长径比为35-45：1，挤出机温度为170-185℃；
所述双螺杆挤出机只有一个抽真空口，并在其下料口处有氮气保护，防止在下料阶段过多空气进入到螺杆内氧化亚麻纤维。
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