CN105907024A - 一种低成本纤维增强abs木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种低成本纤维增强abs木塑复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低成本纤维增强ABS木塑复合材料及其制备方法，利用改性松木粉作为改性填充料，玻璃纤维作为增强材料、SAN、MBS作为改性树脂，复合其它改性助剂，通过混合机，挤出造粒机等设备制备出低成本纤维增强ABS木塑复合材料。本发明克服了ABS自身的性能缺陷，提高了强度和模量，制备出性能优越，加工容易，价格低廉的ABS木塑复合材料，用于电子、电器、轻工、汽车和建筑等领域。

Description

一种低成本纤维增强ABS木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低成本纤维增强ABS木塑复合材料及其制备方法，属于新型木塑复合材料领域。
背景技术
ABS树脂是苯乙烯系列三元共聚物，它是由苯乙烯和丙烯腈)、丁二烯三种单体接枝共聚而成的一种综合性能较好热塑性通用塑料，广泛应用于电子、电器、轻工、汽车和建筑等领域。但ABS的强度、硬度、尺寸稳定性及热变形温度等性能尚不能满足工程件的要求。另外，ABS是无定形聚合物，无明显的熔点，熔融流动温度不太高，随所含三种单体比例的不同，在180-230℃范围即具有充分的流动性，且热稳定性好，在约高于285℃时才出现分解现象，加工温度范围较宽，适合制备木塑复合材料。同时ABS存在腈键等极性基团，可能与极性的植物纤维有较好的相容性。为了克服ABS自身的缺陷，在保证ABS树脂性能的前提下，制备出性能优越，加工容易，价格低廉的ABS木塑复合材料，用于电子、电器、轻工、汽车和建筑等领域，本发明产品设计了如下制备方案。本发明产品成本比ABS树脂降低30-40％。
发明内容
本发明的目的制备出一种低成本纤维增强ABS木塑复合材料。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：
一种低成本纤维增强ABS木塑复合材料及其制备方法，包括以下步骤：
第一步：玻璃纤维的处理：
将玻璃纤维在250℃高温炉中灼烧，去除纤维表面原有的浸润剂，然后将灼烧过的玻璃纤维在盛有1.5wt％硅烷偶联剂水溶液中浸渍，浸渍时间10分钟，在浸渍过程中不断振荡溶液，然后将玻纤在室温下放置2小时，再在120℃下加热4小时，冷却至室温。
第二步：松木粉的处理
首先对松木粉过筛，干燥，干燥温度105℃，干燥时间12小时。
硅烷偶联剂处理：先用水、无水乙醇将硅烷偶联剂稀释，放置24小时使其醇解。水、无水乙醇、硅烷偶联剂的质量比例为：1:18:1。
把松木粉加入到高速混合机中，开动高速混合机，然后加入醇解后的硅烷偶联剂，滑石粉，升温到80℃，使乙醇充分挥发，然后冷却，制备出活化松木粉。松木粉、醇解后的硅烷偶联剂、滑石粉的质量比例为50:1:2。
第三步：原料的混合
将ABS树脂粉、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、玻璃纤维、松木粉、甲基苯基硅油、滑石粉加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，ABS树脂粉、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、玻璃纤维、松木粉、甲基苯基硅油、滑石粉的质量比例为：30-40:10-20:5-10:8-10:20-30:1-2:5-7。
第四步：平行双螺杆挤出造粒
把第三步混合好的物料排入到平行双螺杆挤出造粒机中，熔融挤出，水下模面切粒，粒子脱水后烘干，制备出低成本纤维增强ABS木塑复合材料颗粒；挤出机的工作温度为：一区190±5℃，二区200±5℃，三区210±5℃，四区220±5℃，五区220±5℃，六区220±5℃，模头225±5℃。
本发明所用主要原材料说明：
玻璃纤维：短切纤维，纤维直径13μm，泰山玻璃纤维有限公司生产；
硅烷偶联剂：型号，KH-550，无色或微黄色透明液体；
松木粉：120目，市售；
ABS树脂粉：丙烯睛/丁二烯/苯乙烯共聚物，粉状，吉林石化生产；
苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)：无色透明的热塑性树脂颗粒，改性剂，市售；
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)：浅黄色透明固体颗粒，改性剂；
甲基苯基硅油：无色或浅黄色液体，市售，润滑、脱膜剂；
滑石粉：3500目，填充剂，改良剂；
本发明具有以下优点:
1、ABS综合性能较好。但ABS的强度、硬度、尺寸稳定性及热变形温度等性能尚不能满足工程件的要求。本发明产品对ABS的改性不仅保持了ABS原有的优异性能，而且能有效提高其拉伸强度，弹性模量，热变形温度及尺寸稳定性，扩大了ABS的应用领域。
2、目前本发明产品是一种新型的木塑材料，ABS树脂是无定形聚合物，无明显的熔点，熔融流动温度不太高，在180-230℃范围即具有充分的流动性，且热稳定性好，在约高于285℃时才出现分解现象，加工温度范围较宽，适合制备木塑复合材料。同时ABS存在腈键等极性基团，可能与极性的植物纤维有较好的相容性。
3、由于ABS树脂表面为弱极性，与木纤维表面能够很好的相融合，结合良好，没有明显空隙。
4、本发明产品具备较好的加工流动性。目前，加工困难是木塑复合材料生产中存在的一个重要问题和难题，本发明产品通过选取合适的改性木粉和配方体系，制备出了的木塑复合材料挤出或注塑非常容易，与普通的ABS树脂无任何差异，尤其是制备大尺寸制品。
5、由于木粉及玻璃纤维价格低廉，来源丰富，本产品添加后成本比ABS树脂降低30-40％，但性能提高，改善了原有树脂的缺点，可以替代ABS树脂直接使用。在抗张强度、弹性模量、耐热性及尺寸稳定性方面均有所提高。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明
一种低成本纤维增强ABS木塑复合材料及其制备方法，包括以下步骤：
第一步：玻璃纤维的处理：
将玻璃纤维在250℃高温炉中灼烧，去除纤维表面原有的浸润剂，然后将灼烧过的玻璃纤维在盛有1.5％硅烷偶联剂水溶液中浸渍，浸渍时间10分钟，在浸渍过程中不断振荡溶液，然后将玻纤在室温下放置2小时，再在120℃下加热4小时，冷却至室温。
第二步：松木粉的处理
首先对松木粉过筛，干燥，干燥温度105℃，干燥时间12小时。
硅烷偶联剂处理：取1Kg水、18Kg无水乙醇将1Kg硅烷偶联剂稀释，放置24小时后使其醇解。
取50Kg松木粉加入到高速混合机中，开动搅拌机，然后加入1Kg醇解后的硅烷偶联剂，2Kg滑石粉，当温度上升到80℃，使乙醇充分挥发，然后冷却，制备出活化松木粉。
第三步：原料的混合
取30-40KgABS树脂粉、10-20Kg苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、5-10Kg甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、8-10Kg玻璃纤维、20-30Kg松木粉、1-2Kg甲基苯基硅油、5-7Kg滑石粉加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟。
第四步：平行双螺杆挤出造粒
把第三步混合好的物料排入到平行双螺杆挤出造粒机中，熔融挤出，水下模面切粒，粒子脱水后烘干，制备出低成本纤维增强ABS木塑复合材料颗粒；挤出机的工作温度为：一区190±5℃，二区200±5℃，三区210±5℃，四区220±5℃，五区220±5℃，六区220±5℃，模头225±5℃。
实施例1：一种低成本纤维增强ABS木塑复合材料及其制备方法，该制备方法依次包括以下步骤：
第一步：玻璃纤维的处理：
将玻璃纤维在250℃高温炉中灼烧，去除纤维表面原有的浸润剂，然后将灼烧过的玻璃纤维在盛有1.5％硅烷偶联剂水溶液中浸渍，浸渍时间10分钟，在浸渍过程中不断振荡溶液，然后将玻纤在室温下放置2小时，再在120℃下加热4小时，冷却至室温。
第二步：松木粉的处理
首先对松木粉过筛，干燥，干燥温度105℃，干燥时间12小时。
硅烷偶联剂处理：取1Kg水、18Kg无水乙醇将1Kg硅烷偶联剂稀释，放置24小时使其醇解。
取50Kg松木粉加入到高速混合机中，开动搅拌机，然后加入1Kg醇解后的硅烷偶联剂，2Kg滑石粉，当温度上升到80℃，使乙醇充分挥发，然后冷却，制备出活化松木粉。
第三步：原料的混合
取30KgABS树脂粉、10Kg苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、5Kg甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、8Kg玻璃纤维、20Kg松木粉、1Kg甲基苯基硅油、5Kg滑石粉加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟。
第四步：平行双螺杆挤出造粒
把第三步混合好的物料排入到平行双螺杆挤出造粒机中，熔融挤出，水下模面切粒，粒子脱水后烘干，制备出低成本纤维增强ABS木塑复合材料颗粒；挤出机的工作温度为：一区190±5℃，二区200±5℃，三区210±5℃，四区220±5℃，五区220±5℃，六区220±5℃，模头225±5℃。
本实施例的效果数据如下：
1、抗张强度，84.6MPa；2、冲击强度，85KJ/m-2；3、断裂伸长率，3％；4、弯曲强度，110MPa；5、弯曲弹性模量，4870kPa；6、热变形温度，105℃；7、洛氏硬度(R)120；8、溶体流动速率，12.8g/10min。
实施例2：
同实施例1，不同时的是：
第三步：原料的混合
取40KgABS树脂粉、20Kg苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、10Kg甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、10Kg玻璃纤维、30Kg松木粉、2Kg甲基苯基硅油、7Kg滑石粉。
本实施例的效果数据如下：
1、抗张强度，75MPa；2、冲击强度，75.4KJ/m-2；3、断裂伸长率，5％；4、弯曲强度，99MPa；5、弯曲弹性模量，4300kPa；6、热变形温度，108℃；7、洛氏硬度(R)122；8、溶体流动速率，10.2g/10min。
实施例3：
同实施例1，不同时的是：
第三步：原料的混合
取35KgABS树脂粉、15Kg苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、7.5Kg甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、9Kg玻璃纤维、25Kg松木粉、1.5Kg甲基苯基硅油、6Kg滑石粉。
本实施例的效果数据如下：
1、抗张强度，78MPa；2、冲击强度，80.4KJ/m-2；3、断裂伸长率，4.2％；4、弯曲强度，106MPa；5、弯曲弹性模量，45050kPa；6、热变形温度，106℃；7、洛氏硬度(R)121；8、溶体流动速率，11.5g/10min。

Claims (3)

1.一种低成本纤维增强ABS木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：玻璃纤维的处理：
将玻璃纤维在250℃高温炉中灼烧，去除纤维表面原有的浸润剂，然后将灼烧过的玻璃纤维在盛有质量百分比1.5％硅烷偶联剂水溶液中浸渍，浸渍时间10分钟，在浸渍过程中不断振荡溶液，然后将玻纤在室温下放置2小时，再在120℃下加热4小时，冷却至室温；
第二步：松木粉的处理
首先对松木粉过筛，干燥，干燥温度105℃，干燥时间12小时；
硅烷偶联剂处理：先用水、无水乙醇将硅烷偶联剂稀释，放置24小时得到入醇解后的硅烷偶联剂；水、无水乙醇、硅烷偶联剂的质量比为：1:18:1；
把松木粉加入到高速混合机中，开动高速混合机，然后加入醇解后的硅烷偶联剂和滑石粉，升温到80℃，使乙醇充分挥发，然后冷却，得到活化松木粉；松木粉、醇解后的硅烷偶联剂、滑石粉的质量比为50:1:2；
第三步：原料的混合
将ABS树脂粉、苯乙烯-丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、玻璃纤维、松木粉、甲基苯基硅油和滑石粉加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，ABS树脂粉、苯乙烯-丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、玻璃纤维、松木粉、甲基苯基硅油和滑石粉的质量比例为：30-40:10-20:5-10:8-10:20-30:1-2:5-7。
第四步：平行双螺杆挤出造粒
把第三步混合好的物料排入到平行双螺杆挤出造粒机中，熔融挤出，水下模面切粒，粒子脱水后烘干，制备出低成本纤维增强ABS木塑复合材料颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：第四步平行双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区190±5℃，二区200±5℃，三区210±5℃，四区220±5℃，五区220±5℃，六区220±5℃，模头225±5℃。
3.由权利要求1或2制备得到的低成本纤维增强ABS木塑复合材料颗粒。
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