CN107033449A - 一种剑麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种剑麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种剑麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，由聚丙烯、聚氯乙烯、剑麻纤维、纳米纤维素、环氧树脂E51、环氧氯丙烷、γ‑氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、硬质酰胺、聚乙二醇、乙酸乙酯、异丙醇、丙酮、氢氧化钠溶液制备而成，剑麻纤维切切条后用氢氧化钠溶液浸泡，调节pH至中性后用蒸馏水洗涤，加入其他原料进行改性处理，加入模具中进行热压成型，冷却脱模即可。本发明的复合材料具有很好的拉伸性能，其拉伸强度可达33.8MPa，其冲击强度最高也可达20.6KJ/m2，具有很好的抗冲击性能。

Description

一种剑麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体是一种用于环保的剑麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，由于全球能源和环境问题的日益突出，采用自然界丰富的天然植物纤维，如木纤维、竹纤维、亚麻、剑麻、竺麻等、椰纤维等，替代合成纤维作为树脂基复合材料的增强体逐渐受到人们的关注。与合成纤维相比，天然纤维具有价廉质轻、比强度和比模量高等优良特性，采用自然界丰富的天然植物纤维替代传统的人造纤维等增强聚合物基复合材料，可制备环境友好及可回收利用的复合材料，可用于建筑工业中的防火隔音材料、装潢材料、包装材料、缓冲材料及飞机汽车内饰件、零部件等。特别是随着汽车工业向轻量化、环保、节能、可回收方向的发展，天然纤维复合材料在该领域的研究和应用得到了广泛关注。
麻纤维具有密度低、比性能高、价格便宜、资源丰富、可生物降解等优点，目前已成为复合材料增强体的热点，然而，亲水性基团与毛细管的大量存在，使得麻纤维具有优良的亲水性，从而严重影响了纤维与低极性聚合物的界面相容性和粘合性。此外，麻纤维纤维素含量比例为60～80%，其它非纤维素成分的存在不仅使麻纤维变脆变硬，而且降低了麻纤维的强度，致使麻纤维增强复合材料的性能增加有限。为了提高麻纤维复合材料的增强效果，需要对麻纤维进行表面改性处理。
为改善麻纤维与基体的界面结合性能，针对天然纤维的表面处理方法可分为物理法和化学法。物理法主要有热处理（处理纤维干硬变脆，影响复合材料的力学性能）；静放电处理（需要特殊设备，成本高，至今未实现工业化生产）；浸润/包覆（很难找到相容性较好的单体）；化学法主要有碱处理（可以去除非纤维素成分，但并不能改善纤维与聚合物的相容性和界面粘接性能）；接枝共聚（单体在引发剂的作用下被引发生成自由基，与基体或纤维表面发生接枝共聚，引入与基体相容性较好的分子链，可以改善界面状况，但过程复杂，且可能引起纤维强度的下降）；有机硅烷偶联剂处理（在一定程度上降低纤维表面能，提高纤维与聚合物的相容性，但界面偶联剂自身含有一定的羧基、羟基等亲水性基团，如果反应不完全，纤维表面仍具有较高的表面能和亲水性）。
因此，针对以上的问题，现开发出一种改性的、增强效果显著且成本低的剑麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性的剑麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种剑麻纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯40～70份，聚氯乙烯10～20份，剑麻纤维3～8份，纳米纤维素5～10份，环氧树脂E51 10～18份，环氧氯丙烷5～10份，γ-氨丙基三甲氧基硅烷2～5份，乙烯基三乙氧基硅烷1～3份，硬质酰胺2～5份，聚乙二醇1～2份，乙酸乙酯10～20份，异丙醇10～20份，丙酮10～20份，0.5mol/L氢氧化钠溶液40～60份。
作为本发明进一步的方案：具体由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯55～65份，聚氯乙烯12～16份，剑麻纤维3～5份，纳米纤维素6～8份，环氧树脂E51 13～15份，环氧氯丙烷5～7份，γ-氨丙基三甲氧基硅烷3～4份，乙烯基三乙氧基硅烷1～2份，硬质酰胺2～3份，聚乙二醇1.5份，乙酸乙酯10～15份，异丙醇12～15份，丙酮13～15份，0.5mol/L氢氧化钠溶液50份。
一种所述的剑麻纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）将经过沤制敲打过的剑麻纤维切成2～5cm长，然后开松，混合；
（3）过筛，去除大颗粒；
（3）用0.5mol/L氢氧化钠溶液对剑麻纤维进行浸泡预处理，浸泡时间为30～150min，调节pH至中性后用蒸馏水洗涤，室温下自然晾干，得到初步处理的剑麻纤维；
（4）依次加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙酸乙酯、异丙酮、丙酮，混合搅拌30～60min，静置18～22h；取出室温下自然晾干后，再在40～50℃的烘箱中烘干30～40min，得到改性处理的剑麻纤维；
（5）将改性处理的剑麻纤维与聚丙烯、聚氯乙烯、纳米纤维素、环氧树脂、环氧氯丙烷、硬质酰胺、聚乙二醇混合搅拌20～60min；
（6）加入模具中进行热压成型，热压温度170～190℃，模压为2～5MPa，保压时间3～5min；
（7）冷却脱模即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的复合材料具有很好的拉伸性能，其拉伸强度可达33.8MPa，其冲击强度最高也可达20.6KJ/m2，具有很好的抗冲击性能，增强效果显著、成本较低。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
剑麻纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯40份，聚氯乙烯10份，剑麻纤维3份，纳米纤维素5份，环氧树脂E51 10份，环氧氯丙烷5份，γ-氨丙基三甲氧基硅烷2份，乙烯基三乙氧基硅烷1份，硬质酰胺2份，聚乙二醇1份，乙酸乙酯10份，异丙醇10份，丙酮10份，0.5mol/L氢氧化钠40份。
上述剑麻纤维增强聚丙烯的制备步骤为：
（1）将经过沤制敲打过的剑麻纤维切成2cm长，然后开松，混合；
（3）过筛，去除大颗粒；
（3）用0.5mol/L氢氧化钠溶液对剑麻纤维进行浸泡预处理，浸泡时间为50min，调节pH至中性后用蒸馏水洗涤，室温下自然晾干，得到初步处理的剑麻纤维；
（4）依次加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙酸乙酯、异丙酮、丙酮，混合搅拌40min，静置20h；取出室温下自然晾干后，再在40℃的烘箱中烘干40min，得到改性处理的剑麻纤维；
（5）将改性处理的剑麻纤维与聚丙烯、聚氯乙烯、纳米纤维素、环氧树脂、环氧氯丙烷、硬质酰胺、聚乙二醇混合搅拌30min；
（6）加入模具中进行热压成型，热压温度170℃，模压为2MPa，保压时间5min；
（7）冷却脱模即可。
实施例2
剑麻纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯45份、氯化聚乙烯11份、剑麻纤维12份、羧甲基纤维素1.5份、N-氨乙基哌嗪0.35份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷3份、乙烯基三乙氧基硅烷1.5份、硬脂酰胺3份、聚乙二醇1.2份、乙酸乙酯15份、异丙醇23份、丙酮13份。
上述剑麻纤维增强聚丙烯的制备步骤为：
（1）将经过沤制敲打过的剑麻纤维切成3cm长，然后开松，混合；
（3）过筛，去除大颗粒；
（3）用0.5mol/L氢氧化钠溶液对剑麻纤维进行浸泡预处理，浸泡时间为60min，调节pH至中性后用蒸馏水洗涤，室温下自然晾干，得到初步处理的剑麻纤维；
（4）依次加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙酸乙酯、异丙酮、丙酮，混合搅拌45min，静置21h；取出室温下自然晾干后，再在42℃的烘箱中烘干38min，得到改性处理的剑麻纤维；
（5）将改性处理的剑麻纤维与聚丙烯、聚氯乙烯、纳米纤维素、环氧树脂、环氧氯丙烷、硬质酰胺、聚乙二醇混合搅拌35min；
（6）加入模具中进行热压成型，热压温度175℃，模压为3MPa，保压时间4min；
（7）冷却脱模即可。
实施例3
剑麻纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯50份、氯化聚乙烯12.5份、剑麻纤维15份、羧甲基纤维素2份、N-氨乙基哌嗪0.4份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷3.5份、乙烯基三乙氧基硅烷2份、硬脂酰胺3.5份、聚乙二醇1.5份、乙酸乙酯20份、异丙醇25份、丙酮15份。
上述剑麻纤维增强聚丙烯的制备步骤为：
（1）将经过沤制敲打过的剑麻纤维切成4cm长，然后开松，混合；
（3）过筛，去除大颗粒；
（3）用0.5mol/L氢氧化钠溶液对剑麻纤维进行浸泡预处理，浸泡时间为60min，调节pH至中性后用蒸馏水洗涤，室温下自然晾干，得到初步处理的剑麻纤维；
（4）依次加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙酸乙酯、异丙酮、丙酮，混合搅拌50min，静置21.5h；取出室温下自然晾干后，再在47℃的烘箱中烘干33min，得到改性处理的剑麻纤维；
（5）将改性处理的剑麻纤维与聚丙烯、聚氯乙烯、纳米纤维素、环氧树脂、环氧氯丙烷、硬质酰胺、聚乙二醇混合搅拌40min；
（6）加入模具中进行热压成型，热压温度180℃，模压为3MPa，保压时间4min；
（7）冷却脱模即可。
实施例4
剑麻纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯55份，氯化聚乙烯14份，剑麻纤维15份，羧甲基纤维素2.5份，N-氨乙基哌嗪0.45份，γ-氨丙基三甲氧基硅烷4份，乙烯基三乙氧基硅烷2.5份，硬脂酰胺4份，聚乙二醇1.7份，乙酸乙酯25份，异丙醇28份，丙酮18份。
上述剑麻纤维增强聚丙烯的制备步骤为：
（1）将经过沤制敲打过的剑麻纤维切成5cm长，然后开松，混合；
（3）过筛，去除大颗粒；
（3）用0.5mol/L氢氧化钠溶液对剑麻纤维进行浸泡预处理，浸泡时间为100min，调节pH至中性后用蒸馏水洗涤，室温下自然晾干，得到初步处理的剑麻纤维；
（4）依次加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙酸乙酯、异丙酮、丙酮，混合搅拌55min，静置22h；取出室温下自然晾干后，再在50℃的烘箱中烘干30min，得到改性处理的剑麻纤维；
（5）将改性处理的剑麻纤维与聚丙烯、聚氯乙烯、纳米纤维素、环氧树脂、环氧氯丙烷、硬质酰胺、聚乙二醇混合搅拌50min；
（6）加入模具中进行热压成型，热压温度185℃，模压为4MPa，保压时间4min；
（7）冷却脱模即可。
本发明材料的实施例部分性能指标见下表，可以看到，本发明材料具有很好的拉伸性能，其拉伸强度可以达到33.8MPa，其冲击强度最高可达20.6KJ/m2，具有较好的抗冲击性能。
表1 剑麻纤维增强聚丙烯复合板材的部分性能指标
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
抗拉强度（MPa） 31.2 32.9 33.8 32.6
冲击强度（KJ/m2） 19.2 20.3 20.6 19.8
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内 。

Claims (3)

1.一种剑麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯40～70份，聚氯乙烯10～20份，剑麻纤维3～8份，纳米纤维素5～10份，环氧树脂E51 10～18份，环氧氯丙烷5～10份，γ-氨丙基三甲氧基硅烷2～5份，乙烯基三乙氧基硅烷1～3份，硬质酰胺2～5份，聚乙二醇1～2份，乙酸乙酯10～20份，异丙醇10～20份，丙酮10～20份，0.5mol/L氢氧化钠溶液40～60份。
2.根据权利要求1所述的剑麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，具体由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯55～65份，聚氯乙烯12～16份，剑麻纤维3～5份，纳米纤维素6～8份，环氧树脂E51 13～15份，环氧氯丙烷5～7份，γ-氨丙基三甲氧基硅烷3～4份，乙烯基三乙氧基硅烷1～2份，硬质酰胺2～3份，聚乙二醇1.5份，乙酸乙酯10～15份，异丙醇12～15份，丙酮13～15份，0.5mol/L氢氧化钠溶液50份。
3.一种如权利要求1或2所述的剑麻纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
（1）将经过沤制敲打过的剑麻纤维切成2～5cm长，然后开松，混合；
（3）过筛，去除大颗粒；
（3）用0.5mol/L氢氧化钠溶液对剑麻纤维进行浸泡预处理，浸泡时间为30～150min，调节pH至中性后用蒸馏水洗涤，室温下自然晾干，得到初步处理的剑麻纤维；
（4）依次加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙酸乙酯、异丙酮、丙酮，混合搅拌30～60min，静置18～22h；取出室温下自然晾干后，再在40～50℃的烘箱中烘干30～40min，得到改性处理的剑麻纤维；
（5）将改性处理的剑麻纤维与聚丙烯、聚氯乙烯、纳米纤维素、环氧树脂、环氧氯丙烷、硬质酰胺、聚乙二醇混合搅拌20～60min；
（6）加入模具中进行热压成型，热压温度170～190℃，模压为2～5MPa，保压时间3～5min；
（7）冷却脱模即可。
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