CN108164828B - 一种棉状纤维增强塑料成型体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种棉状纤维增强塑料成型体及其制备方法，制备时首先将热塑性树脂加入混炼机中，用高于所述热塑性树脂熔点20‑50℃的温度缓慢加热至熔融状态，然后加入与热塑性树脂互溶或部分互溶的15‑20wt％的液态烷烃，继续搅拌0.5‑1.5h，接着向上述混合物中缓慢加入20‑25wt％的棉状纤维，抽真空至真空度为5‑25mmHg去除气泡混炼1‑2h得到浆料，然后将浆料制成颗粒得到棉状纤维增强塑料成型体。本方法在不添加硅烷基的条件下通过抽真空方法去除了加热搅拌过程中产生的气泡，纤维不会发生缠绕，从而均匀分布在树脂中并维持原物性，从而有效增强塑料成型体的强度、韧性、耐磨性、耐热性、抗折、耐老化、不易变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种塑料成型体及其制备方法，具体涉及一种棉状纤维增强塑料成型体及其制备方法。
背景技术
塑料的特性中既有很多优点，但同时也存在亟待改进的缺点。例如有的塑料因强度低、韧性差、耐磨耗性能差使得其用途不广泛，但由于其价格低廉，若能加以改性提高其特性则用途会更广泛。目前，有研究人员通过在塑料中添加各种长、短纤维来提高其性能，可以在一定程度上改善热塑性树脂的特性，但存在纤维在树脂中分散不均匀的情况，导致复合制品在使用过程中翘曲。经过实验研究发现，纤维加入到树脂中加热进行混炼时，会产生大量微气泡，若纤维不经过表面表面处理，更不容易均匀分散在树脂中，很容易打坨和相互缠在一起。而主要原因在于大量微气泡，纤维和气泡相互缠绕形成一簇一簇，再加上流动的惯力使纤维之间在拉扯过程中切断，导致纤维在树脂中分布不均匀。
此外，还有一部分现有技术在纤维上喷涂润滑剂或硅烷耦合剂使之润滑，使得玻璃短纤维较难被切断而维持纤维原有的长度，从而使纤维更多的被加入树脂中且分散均匀。
但硅烷耦合剂及润滑剂的添加，而且由于玻璃棉本身碱性原因，使得硅烷耦合剂及其润滑剂与碱作用之后，玻璃棉之间的结合变得脆弱，不能充分发挥玻璃棉的增强性能，会导致塑料某些性能的下降，例如热塑性树脂的强度、韧性、耐磨性及耐热性等。
发明内容
为了解决现有技术中纤维在树脂中分布不均匀、添加剂导致塑料性能下降的问题，本发明提供一种棉状纤维增强塑料成型体及其制备方法，采用抽真空的方法去除气泡，使棉状纤维均匀分散在塑料中，而且无需使用添加剂。
本发明的技术方案：
一种棉状纤维增强塑料成型体的制备方法，其特征在于首先将热塑性树脂加入混炼机中，用高于所述热塑性树脂熔点20-50℃的温度缓慢加热至熔融状态，然后加入与所述热塑性树脂互溶或部分互溶的15-20wt％的液态烷烃，继续搅拌0.5-1.5h，接着向上述混合物中边搅拌边缓慢加入20-25wt％的棉状纤维，抽真空至真空度为5-25mmHg去除气泡混炼1-2h得到浆料，然后将所述浆料制成颗粒得到棉状纤维增强塑料成型体。
优选的，所述棉状纤维为岩棉或玻璃棉或纤维棉。
优选的，所述棉状纤维的直径为1-20μm，平均长度为100-500μm。
更优选的，所述棉状纤维的直径为7.5-15μm。
所述棉状纤维增强塑料成型体中所述棉状纤维的直径为1-20μm，平均长度为20-400μm，长宽比10以上。
所述棉状纤维增强塑料成型体中所述棉状纤维的直径为7.5-15μm，平均长度为20-400μm，长宽比20以上。
所述热塑性树脂为聚丙烯，加热温度为180-200°，所述液态烷烃为液态己烷。
搅拌速度为100-200转/分钟。
所述棉状纤维的填料时间为10-30分钟。
一种棉状纤维增强塑料成型体，其特征在于采用上述所述的制备方法制备。
本发明的有益技术效果：
本发明提出了一种棉状纤维增强塑料成型体的制备方法，在棉状纤维与热塑性树脂混炼时，控制混炼条件为所述棉状纤维与所述热塑性树脂的比例为20-25wt％，加热温度为高于热塑性树脂熔点20-50℃，液态烷烃的量为15-20wt％(相对于所述热塑性树脂)，混炼时间为1-2h，抽真空度至5-25mmHg，从而有效去除热塑性树脂加热过程中产生的气泡。浆料中没有了气泡，纤维没有了依附体，不会发生缠绕，从而均匀分布在所述热塑性树脂中。同时本方法没有添加任何硅烷耦合剂，通过选择特定原料、特定尺寸的纤维、控制合适的加料比例和抽真空条件的配合实现了可在不添加硅烷基的条件下使棉状纤维均匀分散在热塑性树脂中并在复合物中维持原物性，从而有效增强塑料成型体的强度、韧性、耐磨性、耐热性、抗折、耐老化、不易变形。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的内容，将结合具体实施例详细说明。
实施例1
本实施例为岩棉纤维增强塑料成型体，具体制备方法如下：
首先将1公斤聚丙烯(PP)颗粒加入混炼机中，缓慢加热升温至185℃使聚丙烯达到熔融态，边搅拌边加入20wt％的己烷(C6H14)，继续搅拌0.5-1.5h达到一定溶解程度后，边搅拌边缓慢加入23wt％的岩棉纤维，在搅拌的同时抽真空1-2小时至真空度为5mmHg去除气泡，使得混合浆料中没有气泡、岩棉纤维均匀分散在聚丙烯中，混炼1.5h得到浆料，然后将所述浆料加入到双螺杆挤出机上挤出造粒，得到棉状纤维增强塑料成型体。
混合前，所述岩棉的平均长度为480μm，直径为7.5μm。
得到的棉状纤维增强塑料成型体中，岩棉纤维的平均长度为241.5μm，直径为7.5μm，长宽比为32.2。
实施例2
本实施例为玻璃棉增强塑料成型体，除了棉状纤维为玻璃棉，混合前，所述玻璃棉的平均长度为500μm，直径为8.5μm，其它与实施例1相同制作颗粒。
得到的棉状纤维增强塑料成型体中，玻璃棉的平均长度为198.1μm，直径为8.5μm，长宽比为23.3。
实施例3
本实施例为纤维棉增强塑料成型体，除了棉状纤维为纤维棉，混合前，所述棉状纤维的平均长度为490μm，直径为9.5μm，其它与实施例1相同制作颗粒。
得到的棉状纤维增强塑料成型体中，纤维棉的平均长度为190.3μm，直径为9.5μm，长宽比为20.0。
实施例4
本实施例为岩棉纤维增强塑料成型体，除了岩棉纤维的添加量为热塑树脂的20wt％，其它与实施例1相同制作颗粒。得到的棉状纤维增强塑料成型体中，岩棉的平均长度为192.8μm，直径为7.5μm，长宽比为25.7。
实施例5
本实施例为岩棉纤维增强塑料成型体，除了岩棉纤维的添加量为热塑树脂的25wt％，其它与实施例1相同制作颗粒。得到的棉状纤维增强塑料成型体中，岩棉的平均长度为161.3.0μm，直径为7.5μm，长宽比为21.5。
实施例6
本实施例为岩棉纤维增强塑料成型体，除了己烷的加入量为热塑性树脂的15wt％，其它与实施例1相同制作颗粒。得到的棉状纤维增强塑料成型体中，岩棉纤维的平均长度为170.2μm，直径为7.5μm，长宽比为22.7。
实施例7
本实施例为岩棉纤维增强塑料成型体，除了抽真空时间为30-40min和抽真空度为20cmHg，其它与实施例1相同制作颗粒。得到的棉状纤维增强塑料成型体中，岩棉纤维的平均长度为183.7μm，直径为7.5μm，长宽比为24.5。
实施例8
本实施例为岩棉纤维增强塑料成型体，除了聚丙烯的加热温度为215℃，其它与实施例1相同制作颗粒。得到的棉状纤维增强塑料成型体中，岩棉纤维的平均长度为195.8μm，直径为7.5μm，长宽比为26.1。
对比例1
本实施例为塑料成型体实施例，除了不添加岩棉，其它与实施例1相同，并制作颗粒。
对比例2
本实施例为玻璃棉增强塑料成型体实施例，除了不抽真空，其它与实施例1相同。
对上述实施例和对比例进行造粒后，在注塑机上注塑成型测试样条，然后通过弯曲试验测试其弯曲强度，通过冲击强度试验测试冲击强度。另外，通过拉伸试验测定其拉伸强度，测试结果见表1。
表1.测试结果
从表1的数据可以看出，实施例1-8中通过抽真空方法，无需添加硅烷耦合剂，即可将棉状纤维均匀分散到塑料中，相对于未添加棉状纤维的对比例1以及未抽真空的对比例2，
实施例1-8中得到的增强塑料成型体的弯曲强度、冲击强度和拉伸强度明显增强。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种棉状纤维增强塑料成型体的制备方法，其特征在于首先将热塑性树脂加入混炼机中，用高于所述热塑性树脂熔点20-50℃的温度缓慢加热至熔融状态，然后加入与所述热塑性树脂互溶或部分互溶的15-20wt％的液态烷烃，继续搅拌0.5-1.5h，接着向上述混合物中边搅拌边缓慢加入20-25wt％的棉状纤维，抽真空至真空度为5-25mmHg去除气泡混炼1-2h得到浆料，然后将所述浆料制成颗粒得到棉状纤维增强塑料成型体；
所述棉状纤维增强塑料成型体中所述棉状纤维的直径为1-20μm，平均长度为20-400μm，长宽比10以上。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述棉状纤维为岩棉或玻璃棉或纤维棉。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述棉状纤维的直径为7.5-15μm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述棉状纤维增强塑料成型体中所述棉状纤维的直径为7.5-15μm，平均长度为20-400μm，长宽比20以上。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述热塑性树脂为聚丙烯，加热温度为180-200°，所述液态烷烃为液态己烷。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于搅拌速度为100-200转/分钟。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述棉状纤维的填料时间为10-30分钟。
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