CN106633969A - 一种腈纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种腈纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种腈纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法，由下列重量份的原料制成：木粉10‑15份、油菜秸秆16‑20份、甘蔗秸秆5‑10份、高粱秸秆4‑9份、聚碳酸酯6‑18份、聚苯乙烯5‑12份、聚乙烯醇7‑15份、晴纶纤维10‑18份、苯甲酸3‑6份、1‑萘甲醛1‑2份、5‑甲氧基色胺盐酸盐2‑3份、4,4'‑联苯二甲醛1‑3份、乙二醇双(2‑氨基乙基醚)四乙酸3‑4份、偶联剂1‑4份、阻燃剂1‑3份、固化剂2‑5份。制备而成的腈纶纤维增强木塑复合材料,其性能稳定，材料强度大，适用范围广。

Description

一种腈纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，特别涉及一种腈纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料（Wood-Plastic Composites,WPC）是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。将塑料和木质粉料按一定比例混合后经热挤压成型的板材，称之为挤压木塑复合板材。
木塑复合材料的生产和使用不会向周围环境散发危害人类健康的挥发物，木质塑料制品本身还可回收二次利用，因此木塑制品是一种全新的绿色环保制品，能够生态自洁净，有着广阔的开发前景。所以现在研制出一款腈纶纤维增强的复合木塑材料显得尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种腈纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到的腈纶纤维增强木塑复合材料，其性能稳定，材料强度大，适用范围广，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种腈纶纤维增强木塑复合材料，由下列重量份的原料制成：木粉10-15份、油菜秸秆16-20份、甘蔗秸秆5-10份、高粱秸秆4-9份、聚碳酸酯6-18份、聚苯乙烯5-12份、聚乙烯醇7-15份、晴纶纤维10-18份、苯甲酸3-6份、1-萘甲醛1-2份、5-甲氧基色胺盐酸盐2-3份、4,4'-联苯二甲醛1-3份、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸3-4份、偶联剂1-4份、阻燃剂1-3份、固化剂2-5份。
优选地，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
优选地，所述阻燃剂选自氢氧化铝、硼酸锌、氧化锡、亚磷酸酯中的一种或几种。
优选的，所述固化剂选自乙二胺、二乙烯三胺、间苯二胺、二氨基二苯基甲烷中的一种或几种。
所述的腈纶纤维增强木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆加入粉碎机中，进行机械粉碎，粉碎功率为7.5KW，粉碎时间为15-30分钟；
（3）将步骤（2）的粉碎物注入搅拌机中，然后再依次加入聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维,搅拌混合，搅拌转速为500-700转/分钟，搅拌时间为40分钟,然后加入苯甲酸、1-萘甲醛、偶联剂，搅拌15分钟；
（4）将步骤（3）中的搅拌混合物注入密炼机中，然后依次加入5-甲氧基色胺盐酸盐、4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、阻燃剂、固化剂，充分搅拌后，高温反应75分钟，温度为760-850℃，设置炉内压强为2-3MPa；
（5）将步骤（4）的反应物在惰性气体环境中冷却至180-200℃，得到材料前体；
（6）将步骤（5）的材料前体加入平行双螺杆挤出机初步造粒，螺杆转速为500-700转/分钟，螺杆温度为200-220℃，初步造粒冷却至45℃时放出；
（7） 将步骤（6）的初步造粒注入锥形螺杆挤出机中，挤出、压模塑形，冷却得成品，螺杆转速为500-1000转/分钟，螺杆温度为220-260℃。
优选的，所述步骤（5）中的惰性气体为氩气。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明的腈纶纤维增强木塑复合材料以木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维为主要成分，通过加入苯甲酸、1-萘甲醛、5-甲氧基色胺盐酸盐、4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、阻燃剂、固化剂、偶联剂，辅以机械粉碎、搅拌混合、高温密炼、挤出造粒、冷却塑形等工艺，使得制备而成的腈纶纤维增强木塑复合材料，其性能稳定，材料强度大，适用范围广，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
（2）本发明的腈纶纤维增强木塑复合材料原料便宜、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
（1）按照重量份称取木粉10份、油菜秸秆16份、甘蔗秸秆5份、高粱秸秆4份、聚碳酸酯6份、聚苯乙烯5份、聚乙烯醇7份、晴纶纤维10份、苯甲酸3份、1-萘甲醛1份、5-甲氧基色胺盐酸盐2份、4,4'-联苯二甲醛1份、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸3份、乙烯基三乙氧基硅烷1份、氢氧化铝1份、乙二胺2份；
（2）将木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆加入粉碎机中，进行机械粉碎，粉碎功率为7.5KW，粉碎时间为15分钟；
（3）将步骤（2）的粉碎物注入搅拌机中，然后再依次加入聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维,搅拌混合，搅拌转速为500转/分钟，搅拌时间为40分钟,然后加入苯甲酸、1-萘甲醛、乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌15分钟；
（4）将步骤（3）中的搅拌混合物注入密炼机中，然后依次加入5-甲氧基色胺盐酸盐、4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、氢氧化铝、乙二胺，充分搅拌后，高温反应75分钟，温度为760℃，设置炉内压强为2MPa；
（5）将步骤（4）的反应物在氩气环境中冷却至180℃，得到材料前体；
（6）将步骤（5）的材料前体加入平行双螺杆挤出机初步造粒，螺杆转速为500转/分钟，螺杆温度为200℃，初步造粒冷却至45℃时放出；
（7） 将步骤（6）的初步造粒注入锥形螺杆挤出机中，挤出、压模塑形，冷却得成品，螺杆转速为500转/分钟，螺杆温度为220℃。
制得的腈纶纤维增强木塑复合材料测试结果如表1所示。
实施例2
（1）按照重量份称取木粉12份、油菜秸秆18份、甘蔗秸秆7份、高粱秸秆5份、聚碳酸酯8份、聚苯乙烯7份、聚乙烯醇9份、晴纶纤维13份、苯甲酸4份、1-萘甲醛1份、5-甲氧基色胺盐酸盐2份、4,4'-联苯二甲醛1份、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸3份、3-氨丙基三甲氧基硅烷剂2份、硼酸锌2份、二乙烯三胺3份；
（2）将木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆加入粉碎机中，进行机械粉碎，粉碎功率为7.5KW，粉碎时间为20分钟；
（3）将步骤（2）的粉碎物注入搅拌机中，然后再依次加入聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维,搅拌混合，搅拌转速为550转/分钟，搅拌时间为40分钟,然后加入苯甲酸、1-萘甲醛、3-氨丙基三甲氧基硅烷，搅拌15分钟；
（4）将步骤（3）中的搅拌混合物注入密炼机中，然后依次加入5-甲氧基色胺盐酸盐、4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、硼酸锌、二乙烯三胺，充分搅拌后，高温反应75分钟，温度为780℃，设置炉内压强为2.3MPa；
（5）将步骤（4）的反应物在氩气环境中冷却至190℃，得到材料前体；
（6）将步骤（5）的材料前体加入平行双螺杆挤出机初步造粒，螺杆转速为550转/分钟，螺杆温度为205℃，初步造粒冷却至45℃时放出；
（7） 将步骤（6）的初步造粒注入锥形螺杆挤出机中，挤出、压模塑形，冷却得成品，螺杆转速为700转/分钟，螺杆温度为230℃。
制得的腈纶纤维增强木塑复合材料测试结果如表1所示。
实施例3
（1）按照重量份称取木粉14份、油菜秸秆19份、甘蔗秸秆9份、高粱秸秆8份、聚碳酸酯17份、聚苯乙烯11份、聚乙烯醇13份、晴纶纤维16份、苯甲酸5份、1-萘甲醛2份、5-甲氧基色胺盐酸盐3份、4,4'-联苯二甲醛2份、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸4份、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷3份、氧化锡2份、间苯二胺4份；
（2）将木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆加入粉碎机中，进行机械粉碎，粉碎功率为7.5KW，粉碎时间为25分钟；
（3）将步骤（2）的粉碎物注入搅拌机中，然后再依次加入聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维,搅拌混合，搅拌转速为650转/分钟，搅拌时间为40分钟,然后加入苯甲酸、1-萘甲醛、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌15分钟；
（4）将步骤（3）中的搅拌混合物注入密炼机中，然后依次加入5-甲氧基色胺盐酸盐、4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、氧化锡、间苯二胺，充分搅拌后，高温反应75分钟，温度为810℃，设置炉内压强为2.8MPa；
（5）将步骤（4）的反应物在氩气环境中冷却至195℃，得到材料前体；
（6）将步骤（5）的材料前体加入平行双螺杆挤出机初步造粒，螺杆转速为650转/分钟，螺杆温度为215℃，初步造粒冷却至45℃时放出；
（7） 将步骤（6）的初步造粒注入锥形螺杆挤出机中，挤出、压模塑形，冷却得成品，螺杆转速为900转/分钟，螺杆温度为250℃。
制得的腈纶纤维增强木塑复合材料测试结果如表1所示。
实施例4
（1）按照重量份称取木粉15份、油菜秸秆20份、甘蔗秸秆10份、高粱秸秆9份、聚碳酸酯18份、聚苯乙烯12份、聚乙烯醇15份、晴纶纤维18份、苯甲酸6份、1-萘甲醛2份、5-甲氧基色胺盐酸盐3份、4,4'-联苯二甲醛3份、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸4份、乙烯基三甲氧基硅烷4份、亚磷酸酯3份、二氨基二苯基甲烷5份；
（2）将木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆加入粉碎机中，进行机械粉碎，粉碎功率为7.5KW，粉碎时间为30分钟；
（3）将步骤（2）的粉碎物注入搅拌机中，然后再依次加入聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维,搅拌混合，搅拌转速为700转/分钟，搅拌时间为40分钟,然后加入苯甲酸、1-萘甲醛、乙烯基三甲氧基硅烷，搅拌15分钟；
（4）将步骤（3）中的搅拌混合物注入密炼机中，然后依次加入5-甲氧基色胺盐酸盐、4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、亚磷酸酯、二氨基二苯基甲烷，充分搅拌后，高温反应75分钟，温度为850℃，设置炉内压强为3MPa；
（5）将步骤（4）的反应物在氩气环境中冷却至200℃，得到材料前体；
（6）将步骤（5）的材料前体加入平行双螺杆挤出机初步造粒，螺杆转速为700转/分钟，螺杆温度为220℃，初步造粒冷却至45℃时放出；
（7） 将步骤（6）的初步造粒注入锥形螺杆挤出机中，挤出、压模塑形，冷却得成品，螺杆转速为1000转/分钟，螺杆温度为260℃。
制得的腈纶纤维增强木塑复合材料测试结果如表1所示。
对比例1
（1）按照重量份称取木粉10份、油菜秸秆16份、甘蔗秸秆5份、高粱秸秆4份、聚碳酸酯6份、聚苯乙烯5份、聚乙烯醇7份、晴纶纤维10份、1-萘甲醛1份、4,4'-联苯二甲醛1份、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸3份、乙烯基三乙氧基硅烷1份、氢氧化铝1份、乙二胺2份；
（2）将木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆加入粉碎机中，进行机械粉碎，粉碎功率为7.5KW，粉碎时间为15分钟；
（3）将步骤（2）的粉碎物注入搅拌机中，然后再依次加入聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维,搅拌混合，搅拌转速为500转/分钟，搅拌时间为40分钟,然后加入1-萘甲醛、乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌15分钟；
（4）将步骤（3）中的搅拌混合物注入密炼机中，然后依次加入4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、氢氧化铝、乙二胺，充分搅拌后，高温反应75分钟，温度为760℃，设置炉内压强为2MPa；
（5）将步骤（4）的反应物在氩气环境中冷却至180℃，得到材料前体；
（6）将步骤（5）的材料前体加入平行双螺杆挤出机初步造粒，螺杆转速为500转/分钟，螺杆温度为200℃，初步造粒冷却至45℃时放出；
（7） 将步骤（6）的初步造粒注入锥形螺杆挤出机中，挤出、压模塑形，冷却得成品，螺杆转速为500转/分钟，螺杆温度为220℃。
制得的腈纶纤维增强木塑复合材料测试结果如表1所示。
对比例2
（1）按照重量份称取木粉15份、油菜秸秆20份、甘蔗秸秆10份、高粱秸秆9份、聚碳酸酯18份、聚苯乙烯12份、聚乙烯醇15份、晴纶纤维18份、苯甲酸6份、1-萘甲醛2份、5-甲氧基色胺盐酸盐3份、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸4份、乙烯基三甲氧基硅烷4份、亚磷酸酯3份、二氨基二苯基甲烷5份；
（2）将木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆加入粉碎机中，进行机械粉碎，粉碎功率为7.5KW，粉碎时间为30分钟；
（3）将步骤（2）的粉碎物注入搅拌机中，然后再依次加入聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维,搅拌混合，搅拌转速为700转/分钟，搅拌时间为40分钟,然后加入苯甲酸、1-萘甲醛、乙烯基三甲氧基硅烷，搅拌15分钟；
（4）将步骤（3）中的搅拌混合物注入密炼机中，然后依次加入5-甲氧基色胺盐酸盐、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、亚磷酸酯、二氨基二苯基甲烷，充分搅拌后，高温反应75分钟，温度为850℃，设置炉内压强为3MPa；
（5）将步骤（4）的反应物在氩气环境中冷却至200℃，得到材料前体；
（6）将步骤（5）的材料前体加入平行双螺杆挤出机初步造粒，螺杆转速为700转/分钟，螺杆温度为220℃，初步造粒冷却至45℃时放出；
（7） 将步骤（6）的初步造粒注入锥形螺杆挤出机中，挤出、压模塑形，冷却得成品，螺杆转速为1000转/分钟，螺杆温度为260℃。
制得的腈纶纤维增强木塑复合材料测试结果如表1所示。
将实施例1-4和对比例1-2的制得的腈纶纤维增强木塑复合材料分别进行拉伸强度、断裂伸长率、压缩强度、无缺口Izod冲击强度这几项性能测试。
表1
拉伸强度（MPa） 断裂伸长率（%） 压缩强度（MPa） 无缺口Izod冲击强度 （J/m）
实施例1 51.72 3.43 29.52 152
实施例2 53.16 3.53 28.77 154
实施例3 54.59 3.32 29.63 155
实施例4 51.72 3.64 30.39 153
对比例1 15.55 8.89 12.66 107
对比例2 17.30 8.14 13.90 123
本发明的腈纶纤维增强木塑复合材料以木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维为主要成分，通过加入苯甲酸、1-萘甲醛、5-甲氧基色胺盐酸盐、4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、阻燃剂、固化剂、偶联剂，辅以机械粉碎、搅拌混合、高温密炼、挤出造粒、冷却塑形等工艺，使得制备而成的腈纶纤维增强木塑复合材料，其性能稳定，材料强度大，适用范围广，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的腈纶纤维增强木塑复合材料原料便宜、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种腈纶纤维增强木塑复合材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成:木粉10-15份、油菜秸秆16-20份、甘蔗秸秆5-10份、高粱秸秆4-9份、聚碳酸酯6-18份、聚苯乙烯5-12份、聚乙烯醇7-15份、晴纶纤维10-18份、苯甲酸3-6份、1-萘甲醛1-2份、5-甲氧基色胺盐酸盐2-3份、4,4'-联苯二甲醛1-3份、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸3-4份、偶联剂1-4份、阻燃剂1-3份、固化剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的腈纶纤维增强木塑复合材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的腈纶纤维增强木塑复合材料，其特征在于：所述阻燃剂选自氢氧化铝、硼酸锌、氧化锡、亚磷酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的腈纶纤维增强木塑复合材料，其特征在于：所述固化剂选自乙二胺、二乙烯三胺、间苯二胺、二氨基二苯基甲烷中的一种或几种。
5.根据权利要求1～4任一所述的腈纶纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将木粉、油菜秸秆、甘蔗秸秆、高粱秸秆加入粉碎机中，进行机械粉碎，粉碎功率为7.5KW，粉碎时间为15-30分钟；
（3）将步骤（2）的粉碎物注入搅拌机中，然后再依次加入聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、晴纶纤维,搅拌混合，搅拌转速为500-700转/分钟，搅拌时间为40分钟,然后加入苯甲酸、1-萘甲醛、偶联剂，搅拌15分钟；
（4）将步骤（3）中的搅拌混合物注入密炼机中，然后依次加入5-甲氧基色胺盐酸盐、4,4'-联苯二甲醛、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、阻燃剂、固化剂，充分搅拌后，高温反应75分钟，温度为760-850℃，设置炉内压强为2-3MPa；
（5）将步骤（4）的反应物在惰性气体环境中冷却至180-200℃，得到材料前体；
（6）将步骤（5）的材料前体加入平行双螺杆挤出机初步造粒，螺杆转速为500-700转/分钟，螺杆温度为200-220℃，初步造粒冷却至45℃时放出；
（7） 将步骤（6）的初步造粒注入锥形螺杆挤出机中，挤出、压模塑形，冷却得成品，螺杆转速为500-1000转/分钟，螺杆温度为220-260℃。
6.根据权利要求5所述的腈纶纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中的惰性气体为氩气。
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CN102492304A (zh) * 2011-12-02 2012-06-13 江苏力达塑料托盘制造有限公司 一种植物纤维基交联型木塑复合材料的制备方法
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