CN107841155B - 一种麦秸秆/pbs复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种麦秸秆/pbs复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，按照重量百分比称取麦秸秆纤维为60%~80％，PBS为20%~40％，通过合理调整麦秸秆纤维和PBS的用量，通过螺旋挤出机、真空输送器、传送装置、滚筒的相互配合，共同协作，使麦秸秆和PBS紧密结合，制备出力学性能优异，耐热性能好，热变形温度较高，环保的复合材料。本麦秸秆/PBS复合材料的制备方法能有效控制麦秸秆/PBS复合材料的结合力，增加麦秸秆和PBS界面的相容性，解决了麦秸秆纤维与PBS共混后的复合材料具有流动性差、易过热、加工过程有大量气体释放、分散不均匀等现象，生产方法简便易操作，制得的麦秸秆/PBS复合材料性能稳定。

Description

一种麦秸秆/PBS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，具体地，涉及麦秸秆/PBS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、秸秆等废植物生物质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。
聚丁二酸丁二醇酯（PBS）树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料。具有良好的生物相容性和生物可吸收性；密度1.26g/cm3，熔点114℃，根据分子量的高低和分子量分布的不同，结晶度在30~45%之间。具有良好可生物降解性能的聚合物，与聚乳酸、聚羟基烷酸酯、聚己内酯等可生物降解塑料相比，PBS价格相对较低，力学性能优异，耐热性能好，热变形温度接近100℃，是国内外在生物降解塑料研发方面的重点。
近年来，具有良好的综合性能的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）迅速成为可广泛推广应用的通用型完全生物降解塑料的研究热点。但是，由于PBS生产成本较高，严重制约其发展和广泛应用。在这一背景下，廉价的再生周期短的秸秆纤维进入了研究者的视野，将经过处理的秸秆纤维作为增强材料，制备可生物降解秸秆纤维/PBS复合材料，该复合材料结合了PBS和秸秆纤维的优点，大大降低了产品的成本，而且对于解决能源短缺和环境污染有十分重要的意义。但是秸秆纤维本身具有较强的极性和亲水性，而PBS是典型的非极性聚酯，具有疏水性，二者之间的极性相差较大导致其界面相容性很差，所以如何提高二者之间的界面相容性是制备秸秆纤维/PBS复合材料要解决的关键问题之一。
以麦秸秆纤维与PBS混合，生产出一种新型复合材料，可代替木材、塑料、金属等，广泛应用于各行各业。但是，麦秸秆纤维与PBS共混后的复合材料具有流动性差、易过热、加工过程有大量气体释放、分散不均匀等现象，直接导致加工困难，生产效率低，应用受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，提供一种麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，有效解决了麦秸秆/PBS共混后的复合材料生产过程中的流动性差、易过热、加工过程有大量气体释放、分散不均匀等现象，使麦秸秆/PBS复合材料的生产效率提高，易于加工。
本发明另一目的在于提供一种麦秸秆/PBS复合材料的制备方法制备得到的麦秸秆/PBS复合材料。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现：
公开一种麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，按照重量百分比称取麦秸秆纤维为60~80％，PBS为20~40％，合计重量百分比为100％，其中制备方法包括以下步骤：
S1. 将麦秸秆粉粹至长度为10~20mm，然后烘干备用；将PBS烘干备用；
S2. 将PBS一放在螺杆挤出机一中，将PBS一通过熔融塑化挤出，加热到90~120℃，将PBS一压合呈成熔融状态的PBS熔膜A；
S3. 同时，将麦秸秆材料加入到真空输送器，通过传送装置，将麦秸秆材料输送到呈成熔融状态的PBS熔膜A处，通过滚筒压合，使麦秸秆材料完全与PBS熔膜A紧密结合；
S4. 将PBS二放在螺杆挤出机二中，将PBS二通过熔融塑化挤出，加热到90~120℃，将PBS二压合呈成熔融状态的PBS熔膜B；将压合PBS熔膜A、麦秸秆与PBS熔膜B成为一体；压合成麦秸秆/PBS复合材料。
本发明通过合理调整麦秸秆纤维和PBS的用量，将麦秸秆/PBS复合材料通过螺旋挤出机、真空输送器、传送装置、滚筒的相互配合，共同协作，使麦秸秆和PBS紧密结合，制备出力学性能优异，耐热性能好，热变形温度较高，环保的复合材料。
本发明的麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，将PBS与麦秸秆分别通过可加热的滚筒，形成熔融状态，能有效控制麦秸秆/PBS复合材料的结合力，增加麦秸秆和PBS界面的相容性，解决了麦秸秆纤维与PBS共混后的复合材料具有流动性差、易过热、加工过程有大量气体释放、分散不均匀等现象，生产方法简便易操作，生产出的麦秸秆/PBS复合材料性能稳定。
进一步地，步骤S1的烘干温度为60~80℃。
进一步地，步骤S3所述滚筒压合的压力为70~100MPa。
进一步地，所述螺杆挤出机包括挤出机和流延模具，所述挤出机的出口与所述流延模具的入口连通。
进一步地，所述螺杆挤出机一和螺杆挤出机二为单螺杆、双螺杆、多螺杆挤出机的任意一种。
PBS依靠螺杆旋转所产生的压力及剪切力，能使得物料可以充分进行塑化以及均匀混合，通过口模成型；使用一台挤出机就能够同时完成混合，塑化以及成型等一系列工艺，从而进行连续的生产，生产效率高，输送稳定可靠。
进一步地，所述滚筒为空心滚筒，所述空心滚筒内部通过水、油、气体或电阻加热。
进一步地，所述传送装置包括传送带和设置在传送带上下两侧的分散辊。
在分散辊的作用下，能够均匀分散麦秸秆材料，使其在传送装置上与PBS压合均匀分布，传送带为橡胶材料。
进一步地，所述传送装置包括传送带的下方设有三维震动器。
三维震动器可以提供三维方向的震动，使麦秸秆在层合之前形成沿纤维长度方向的取向，通过调整不同层的纤维取向方向，就可以使不同层纤维取向形成交叉，得到类似网状结构的层合材料，从而提高复合材料的力学性能。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的提供的麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，有效解决了麦秸秆/PBS共混后的复合材料生产过程中的流动性差、易过热、加工过程有大量气体释放、分散不均匀等现象，使麦秸秆/PBS复合材料的生产效率提高，易于加工。
本发明的麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，将PBS与麦秸秆分别通过可加热的滚筒，形成熔融状态，能有效控制麦秸秆/PBS复合材料的结合力，增加麦秸秆和PBS界面的相容性，解决了麦秸秆纤维与PBS共混后的复合材料具有流动性差、易过热、加工过程有大量气体释放、分散不均匀等现象，生产方法简便易操作，生产出的麦秸秆/PBS复合材料性能稳定。
附图说明
附图1为本发明的麦秸秆/PBS复合材料的连续生产系统的示意图。
其中，1-螺杆挤出机一、2-成型辊一、3-滚筒一、4-PBS熔膜A、5-生物质麦秸秆、6-PBS熔膜B、7-滚筒二、8-螺杆挤出机二、9-成型辊二、10-辊体、11-传送带、12-回收装置、13-分散辊、14-三维震动器、15-加湿器、16-真空输送器、101-挤出机、102-流延模具。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的麦秸秆/PBS复合材料的连续生产系统，包括PBS熔膜成型装置一、麦秸秆输送装置和PBS熔膜输送装置二；
PBS熔膜成型装置一包括螺杆挤出机一1、成型辊一2和与成型辊一2压合的滚筒一3；麦秸秆输送装置包括真空输送器16、三维震动器14、加湿器15和设有辊体10的传送装置，三维震动器14设置在传送装置的下方；本传送装置包括传送带11和设置在传送带11上下两侧的两对分散辊13，两对分散辊13间设置三维震动器14。
辊体10与滚筒一3配合转动，其被设置为压合麦秸秆与PBS成为一体。
PBS熔膜输送装置二包括螺杆挤出机二8、成型辊二9和与成型辊二9压合的滚筒二7，滚筒二7与滚筒一3配合转动，其被设置为压合麦秸秆与PBS熔膜成为一体。
本实施例的螺杆挤出机一1包括挤出机101和流延模具102，挤出机101的出口与流延模具102的入口连通，流延模具102的下方设有成型辊一2。本螺杆挤出机为单螺杆、双螺杆、多螺杆挤出机的任意一种，本实施例为单螺杆挤出机。
其中，滚筒一3、滚筒二7、成型辊一2和成型辊二9均为空心滚筒，空心滚筒内部通过水、油或气体加热。为了加热熔膜成熔融状态，以便于麦秸秆完全与PBS熔膜紧密贴合。
输送纤维颗粒的辊体10的下方设置有回收装置12，为了回收未完全贴合在PBS熔膜上的麦秸秆。
本麦秸秆/PBS复合材料的连续生产系统，有效解决了纤维与塑料共混后的复合材料生产过程中的流动性差、易过热、加工过程有大量气体释放、分散不均匀等现象，使麦秸秆/PBS复合材料的生产效率提高，易于加工。
实施例2
本实施例的麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，按照重量百分比称取麦秸秆纤维为60g，PBS为40g，将PBS平均分成两份，制备方法包括以下步骤：
S1. 将麦秸秆粉粹至长度为10mm，然后烘干备用；将PBS烘干备用；
S2. 将20g的PBS一放在螺杆挤出机一1中，将PBS一通过熔融塑化挤出，挤出在成型辊一2上，通过成型辊一2和滚筒一3压合，成型辊一2和滚筒一3加热到100℃，将PBS一压合呈成熔融状态的PBS熔膜A；
S3. 同时，将麦秸秆材料加入到真空输送器16，通过传送装置，通过辊体10带动传送装置，开启传送装置下方的三维震动器14和分散辊13，将生物质麦秸秆输送到辊体10和滚筒一3间，辊体10和滚筒一3之间加70MPa，将麦秸秆材料输送到呈成熔融状态的PBS熔膜A处，通过滚筒压合，使麦秸秆材料完全与PBS熔膜A紧密结合；
S4. 将20g的PBS二放在螺杆挤出机二8中，将PBS二通过熔融塑化挤出在成型辊二9上，通过成型辊二9和滚筒二7压合，成型辊二9和滚筒二7加热到100℃，将PBS二压合呈成熔融状态的PBS熔膜B；将压合PBS熔膜A、麦秸秆与PBS熔膜B成为一体；压合成麦秸秆/PBS复合材料。
本发明通过合理调整麦秸秆纤维和PBS的用量，将麦秸秆/PBS复合材料通过螺旋挤出机、真空输送器、传送装置、滚筒的相互配合，共同协作，使麦秸秆和PBS紧密结合，制备出力学性能优异，耐热性能好，热变形温度较高，环保的复合材料。
本发明的麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，将PBS与麦秸秆分别通过可加热的滚筒，形成熔融状态，能有效控制麦秸秆/PBS复合材料的结合力，增加麦秸秆和PBS界面的相容性，解决了麦秸秆纤维与PBS共混后的复合材料具有流动性差、易过热、加工过程有大量气体释放、分散不均匀等现象，生产方法简便易操作，生产出的麦秸秆/PBS复合材料性能稳定。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，其特征在于，按照重量百分比称取麦秸秆纤维为60%~80％，PBS为20%~40％，合计重量百分比为100％，其中制备方法包括以下步骤：
S1. 将麦秸秆粉粹至长度为10~20mm，然后烘干备用；将PBS烘干备用；
S2. 将PBS一放在螺杆挤出机一中，将PBS一通过熔融塑化挤出，加热到90~120℃，将PBS一压合呈成熔融状态的PBS熔膜A；
S3. 同时，将麦秸秆材料加入到真空输送器，通过传送装置，将麦秸秆材料输送到呈成熔融状态的PBS熔膜A处，通过滚筒压合，使麦秸秆材料完全与PBS熔膜A紧密结合；
S4. 将PBS二放在螺杆挤出机二中，将PBS二通过熔融塑化挤出，加热到90~120℃，将PBS二压合呈成熔融状态的PBS熔膜B；将压合PBS熔膜A、麦秸秆与PBS熔膜B成为一体；压合成麦秸秆/PBS复合材料；
其中，步骤S1的烘干温度为60~80℃；步骤S3所述滚筒压合的压力为70~100MPa；所述螺杆挤出机包括挤出机和流延模具，所述挤出机的出口与所述流延模具的入口连通；所述螺杆挤出机一和螺杆挤出机二为单螺杆、双螺杆、多螺杆挤出机的任意一种；空心滚筒内部通过水、油、气体或电阻加热。
2.根据权利要求1所述麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，其特征在于，所述传送装置包括传送带和设置在传送带上下两侧的分散辊。
3.根据权利要求1所述麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，其特征在于，所述传送装置包括传送带的下方设有三维震动器。
4.根据权利要求1所述麦秸秆/PBS复合材料的制备方法，其特征在于，所述传送装置的下方设有收集槽。
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