CN107652533A - 一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及植物纤维改性聚丙烯技术领域,尤其是一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法;所述植物纤维填充改性聚丙烯复合材料的质量份数组成如下:聚丙烯树脂60~70份、目数为150目~300目的植物纤维粉末15~25份、植物纤维长纤维5~15份、相容剂2~5份、偶联剂1~3份、抗氧剂1~3份、白油1~2份。植物纤维填充改性聚丙烯复合材料采用的植物纤维粉末填充与滑石粉填充具有类似作用,提升了复合材料的冲击强度;采用的植物纤维长纤维与玻璃纤维具有类似作用,提升了复合材料的拉伸强度、弯曲强度。而且采用天然植物纤维作为原料,环保、价格低廉、密度低、来源广泛易得。
Description
技术领域
本发明属于植物纤维改性聚丙烯技术领域,具体涉及一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
天然植物纤维复合材料是以天然植物纤维作增强材料,以树脂作基体的一种复合材料。传统的纤维增强复合材料是由聚丙烯纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维或碳纤维等化学纤维组成的,它们一般都存在着耗能大、造价高、易污染环境等问题。与化学纤维相比,各种天然植物纤维具有价廉、可回收、可降解、可再生等优点,并具有一般纤维的强度和刚度,且比重较小,比强度、比刚度均较高。以天然植物纤维为增强基的复合材料同样具有优良的性能,如价格较低,密度小、强度良好、热性能优良等。随着原料可持续发展这个主题的延伸,环境意识材料已成为新时期国际高技术新材料研究中的一个新领域,天然植物纤维在增强复合材料领域中扮演着越来越重要的角色,可广泛应用于汽车、建筑、装潢等领域,具有广泛的发展前景。
但是,相对于进行得如火如荼的高性能化学纤维增强复合材料及无机填料增强复合材料的研究,天然植物纤维增强复合材料的研究投入还是太少,关于天然植物纤维增强复合材料的报道和相应的各种标准也比较缺乏。专利申请号02149613.7《天然植物纤维增强的可完全降解的聚合物复合材料及其制备方法》(公开号CN1422899,公开日2003年6月11日);专利申请号99116291.9《天然复合材料的制备方法》(公开号CN1242396,公开日2000年1月26日)。这些制备方法没有很好的解决复合材料界面弱,相容性差等技术问题,植物纤维增强效果不显著。专利申请号CN201210112141.3《一种高强度聚丙烯玻纤复合材料及其制备方法》(公开号CN102675727A,公开日2012年9月19日),玻纤增强复合材料的研究趋于成熟,性能优异,但材料刚性不足、热性能差、不环保等。
可作增强基的天然植物纤维的种类很多,主要有:木材、棉纤维、麻纤维、椰纤维、竹纤维等纤维素纤维以及常见的茎秆类纤维,如:稻草、麦秆、玉米秆、高梁秆、麻秆、向日葵秆、棉花秆、烟秆、小米秆、黄豆秆等等。由于现有植物纤维增强复合材料的技术不足,与玻璃纤维、碳纤维,无机填料等传统的增强材料相比,天然植物纤维增强复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等力学性能达不到应用要求。
发明内容
本发明克服现有技术中的不足,提供一种成本低、配比合理,力学性能好的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料,以替代目前市场上的滑石粉填充改性聚丙烯材料。为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
其原料组分按重量计,配方如下:聚丙烯树脂60~70份、目数为150目~300目植物纤维粉末15~25份、植物纤维长纤维5~15份、相容剂2~5份、偶联剂1~3份、抗氧剂1~3份、白油1~2份。
一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法,其方法包括以下步骤:
(1)将经过表面活性剂十二烷基苯磺酸钠处理的植物纤维粉末与经过碱处理的植物纤维长纤维80℃烘干4个小时。然后称取15~25份植物纤维粉末,称取5~15份植物纤维长纤维备用;
(2)称取60~70份聚丙烯树脂,2~5份相容剂、1~3份偶联剂、1~3份抗氧剂、1~2份白油,加入高混机中高混2-4 min。再将步骤(1)中的植物纤维粉末加入高混机中,高混2-4 min;
(3) 将步骤(2)所得物料加入双螺杆挤出机,在温度170-180℃、转速260-300、主喂料频率7-9、侧喂料频率0的工艺条件下造粒,挤出过程中加入步骤(1)中的植物纤维长纤维,制备本发明所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料。
本发明所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料的制备方法,具有以下优点:
1、本发明植物纤维填充改性聚丙烯复合材料采用的植物纤维粉末填充与滑石粉填充具有类似作用,提升了复合材料的冲击强度;采用的植物纤维长纤维与玻璃纤维具有类似作用,提升了复合材料的拉伸强度、弯曲强度。而且采用天然植物纤维作为原料,环保、价格低廉、密度低、来源广泛易得,能够使资源得到合理地开发与利用,具有显著的社会价值和经济价值;
2、本发明植物纤维填充改性聚丙烯复合材料能够在双螺杆挤出机中一步完成,制备工艺简单且易于操作,适合大规模工业化生产;
3、本发明制备的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料密度小且具有良好的机械性能、耐热性能,可应用于汽车轻量化材料达到节能减排的目的,降低环境污染。
具体实施方式
实施例中所用的原材料,除特殊说明外,实施例中各组分都为重量份。
实施例1
(1)按重量份称取以下各种原料:聚丙烯树脂70份、150目植物纤维粉末20份、植物纤维长纤维10份、相容剂4份、偶联剂2份、抗氧剂2份、白油1份;所述植物纤维粉末为秸秆粉,经过表面活性剂十二烷基苯磺酸钠处理,80℃烘干4个小时;所述植物纤维长纤维为亚麻纤维长纤维,经过碱处理,80℃烘干4个小时;所述偶联剂为KH-550;
(2)将步骤(1)中称取的聚丙烯树脂,相容剂、偶联剂、抗氧剂、白油加入高混机,高混2-4min。再将步骤(1)中的秸秆粉加入高混机中,高混2-4 min;
(3) 将步骤(2)所得物料加入双螺杆挤出机,在温度170-180℃、转速260-300、主喂料频率7-9、侧喂料频率0的工艺条件下造粒,挤出过程中加入步骤(1)中的黄麻纤维长纤维,制备本发明所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料。
对本实施例中制得的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料进行检测,包括冲击强度、拉伸强度、弯曲强度在内的质量指标,检测结果如图1:
性能对比小结:
本实施例中制得的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料简支梁缺口冲击强度、简支梁无缺口冲击强度、悬臂梁缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度、密度均优于PP+20%滑石粉材料,仅弯曲模量相比稍差。
实施例2
(1)按重量份称取以下各种原料:聚丙烯树脂65份、200目植物纤维粉末20份、植物纤维长纤维15份、相容剂5份、偶联剂3份、抗氧剂2份、白油2份;所述植物纤维粉末为秸秆粉,经过表面活性剂十二烷基苯磺酸钠处理,80℃烘干4个小时;所述植物纤维长纤维为亚麻纤维长纤维,经过碱处理,80℃烘干4个小时;所述偶联剂为KH-570;
(2)将步骤(1)中称取的聚丙烯树脂,相容剂、偶联剂、抗氧剂、白油加入高混机,高混2-4min。再将步骤(1)中的秸秆粉加入高混机中,高混2-4 min;
(3) 将步骤(2)所得物料加入双螺杆挤出机,在温度170-180℃、转速260-300、主喂料频率7-9、侧喂料频率0的工艺条件下造粒,挤出过程中加入步骤(1)中的亚麻纤维长纤维,制备本发明所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料。
对本实施例中制得的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料进行检测,包括冲击强度、拉伸强度、弯曲强度在内的质量指标,检测结果如图2:
性能对比小结:
本实施例中制得的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料简支梁缺口冲击强度、悬臂梁缺口冲击强度、密度优于PP+20%滑石粉材料,而简支梁无缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度接近,弯曲模量相比稍差。
实施例3
(1)按重量份称取以下各种原料:聚丙烯树脂60份、300目植物纤维粉末20份、植物纤维长纤维20份、相容剂5份、偶联剂3份、抗氧剂3份、白油2份;所述植物纤维粉末为稻壳粉,经过表面活性剂十二烷基苯磺酸钠处理,80℃烘干4个小时;所述植物纤维长纤维为苎麻纤维长纤维,经过碱处理,80℃烘干4个小时;所述偶联剂为YDH-151;
(2)将步骤(1)中称取的聚丙烯树脂,相容剂、偶联剂、抗氧剂、白油加入高混机,高混2-4min。再将步骤(1)中的秸秆粉加入高混机中,高混2-4 min;
(3) 将步骤(2)所得物料加入双螺杆挤出机,在温度170-180℃、转速260-300、主喂料频率7-9、侧喂料频率0的工艺条件下造粒,挤出过程中加入步骤(1)中的亚麻纤维长纤维,制备本发明所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料。
对本实施例中制得的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料进行检测,包括冲击强度、拉伸强度、弯曲强度在内的质量指标,检测结果如图3:
性能对比小结:
本实施例中制得的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料简支梁缺口冲击强度、悬臂梁缺口冲击强度、弯曲强度、密度优于PP+20%滑石粉材料,而简支梁无缺口冲击强度、拉伸强度接近,弯曲模量相比稍差。
通过实施例1~3检测结果对比,实施例1~3所制得的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料之间性能相差不大,且与PP+20%滑石粉材料的性能相比接近。但本发明所制备的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料采用天然植物纤维作为原料,环保、价格低廉、密度低、来源广泛易得,而且所制备的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料的各项性能优异,足以替代滑石粉填充改性聚丙烯材料。
以上所述,仅是本发明的部分实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明技术方案范围内,对技术内容进行些许更动或修饰,成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均属于本发明技术 方案的范围内。
说明书附图说明
图1为实施例1与PP+20%滑石粉材料性能对比;
图2为实施例2与PP+20%滑石粉材料性能对比;
图3为实施例3与PP+20%滑石粉材料性能对比。
Claims (9)
1.一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法,其特征在于所述植物纤维填充改性聚丙烯复合材料:利用植物纤维填充改性聚丙烯,通过熔融挤出法制成复合材料,其原料组分按重量计,配方如下:聚丙烯树脂60~70份、植物纤维粉末15~25份(目数为150目~300目)、植物纤维长纤维5~15份、相容剂2~5份、偶联剂1~3份、抗氧剂1~3份、白油1~2份。
2.如权利要求书1所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料,其特征在于所述植物纤维粉末为秸秆粉、稻壳粉、木粉或竹粉中的一种或几种复配。
3.如权利要求书1所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料,其特征在于所述植物纤维长纤维为黄麻纤维、亚麻纤维、苎麻纤维中的一种。
4.如权利要求书1所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料,其特征在于所述植物纤维粉末经过表面活性剂十二烷基苯磺酸钠处理。
5.如权利要求书1所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料,其特征在于所述植物纤维长纤维经过碱处理。
6.如权利要求书1所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料,其特征在于所述植物纤维长纤维的直径为10.0-20.0μm。
7.如权利要求书1所述的植物纤维填充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。
8.如权利要求书1所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料,其特征在于所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、YDH-151或KH-570中的一种。
9.一种权利要求1-8任一项所述一种植物纤维填充改性聚丙烯复合材料及其制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将经过表面活性剂十二烷基苯磺酸钠处理的植物纤维粉末与经过碱处理的植物纤维长纤维80℃烘干4个小时;然后称取15~25份植物纤维粉末,称取5~15份植物纤维长纤维备用;
(2)称取60~70份聚丙烯树脂,2~5份相容剂、1~3份偶联剂、1~3份抗氧剂、1~2份白油,加入高混机中高混2-4 min;再将步骤(1)中的植物纤维粉末加入高混机中,高混2-4 min;
(3)将步骤(2)所得物料加入双螺杆挤出机,在温度170-180℃、转速260-300、主喂料频率7-9、侧喂料频率0的工艺条件下造粒,挤出过程中加入步骤(1)中的植物纤维长纤维,制备本发明所述的植物纤维填充改性聚丙烯复合材料。
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