CN109705492A - 一种frp废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下：PVC树脂：80~120份；秸秆纤维：15‑40份；木质纤维：15‑35份；废渣FRP：10‑40份；MBS树脂：5‑12份；ACR加工助剂5‑10份；超细重钙：35‑45份；热稳定剂：3‑8份；硬脂酸：0.5‑1.0份；PE蜡：1‑2份；钛酸酯偶联剂：1‑3份。一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆制备方法，所述制备方法如下：步骤一：木纤维及秸秆纤维的制备及表面改性；步骤二：FRP废渣制备；步骤三：挤塑成型混合物的制备；步骤四：挤塑成型。本发明通过NaOH溶液处理提高复合材料的表面粗糙度，提高复合材料的成型性能；通过控制钛酸酯偶联剂的加入量优化机械性能，通过优化秸秆纤维含量，降低复合材料支撑杆的含水量。

Description

一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种园林绿化用的复合材料支撑杆，以及该支撑杆的制备方法，具体涉及一种利用FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，以及该支撑杆的制备方法，属于园林绿化技术领域。

背景技术

近年来，在气候变化、生态恶化、自然能源减少、自然灾害频发等一系列问题的冲击和挑战下，发展绿色经济已成为目前及未来的主旋律。园林产业作为绿色经济中重要的一环，其作用日益突显出来。苗木支撑作为园林产业中保证苗木成活率扮演着重要角色。其现有的技术领域主要使用木质支撑架，如采用杉木桩等，而现有自然中木材资源是有限的。我国作为传统农业大国，秸秆资源非常丰富。同时在天然木材产品加工过程中有着大量的如边角余料、木屑等废料，总量占木材总使用量的20%-30%，自然资源浪费严重。且随着塑料改性工艺及技术的不断发展，现代塑料拥有更多优异的使用性能。因此充分利用废弃FRP、废弃木材、秸秆等废弃物，将其纤维复合、制备新型环保支撑杆符合绿色环保的时代背景，社会效益显著。

纤维增强塑料(英文Fiber Reinforced Plastics，简称FRP )是近年来研究和应用的热点，主要有CFRP（碳纤维增强塑料）、GFRP（玻璃纤维增强塑料）、AFRP（芳纶纤维增强塑料）、BFRP（硼纤维增强塑料）等。FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合、经过特别的模具与一定的成型工艺而形成的高性能材料，其具备质轻且硬，不导电，机械强度高，耐腐蚀等特点。但是，目前对其回收利用少。随着FRP产量和用量的逐年提高，FRP生产过程中产生的边角料以及每年报废的FRP制品也逐年提高，这些FRP废弃物的处理问题也逐渐引起社会和研究者的关注。

发明内容

本发明的目的是：正式针对现有技术的不足，提出一种利用FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，以及支撑杆的制备方法，用以解决FRP生产过程中产生的边角料以及每年报废的FRP制品问题，充分利用废弃FRP、废弃木材、秸秆等废弃物。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，其特征是，所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下：

PVC树脂： 80~120份；

秸秆纤维： 15-40份；

木质纤维： 15-35份；

废渣FRP： 10-40份；

MBS树脂： 5-12份；

ACR加工助剂 5-10份；

超细重钙： 35-45份；

热稳定剂： 3-8份；

硬脂酸： 0.5-1.0份；

PE蜡： 1-2份；

钛酸酯偶联剂： 1-3份。

作为上述技术方案的改进，所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下：

PVC树脂： 100份；

秸秆纤维： 20份；

木质纤维： 20份；

废渣FRP： 15份；

MBS树脂： 7份；

ACR加工助剂： 8份；

超细重钙： 40份；

热稳定剂： 5份；

硬脂酸： 0.7份；

PE蜡： 1.5份；

钛酸酯偶联剂： 1.5份。

作为上述技术方案的改进，所述废渣FRP为废弃FRP材料、FRP边角料或者回收的FRP材料一种或几种的混合物。

一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆制备方法，其特征是，所述制备方法如下：

步骤一：木纤维及秸秆纤维的制备及表面改性；

使用皮囊分离机将秸秆的皮囊分离，用水对分离得到秸秆皮进行清洗，烘干至恒重，后用塑料破损机粗碎，再用超细粉碎机，把粗秸秆纤维打成粉状；

再利用质量分数5%的NaOH溶液对秸秆纤维，秸秆粉：碱溶液为1:8，封闭浸泡后用清水冲洗秸秆纤维至其滤液的PH为7；过滤后的秸秆纤维烘干备用；

步骤二：FRP废渣制备；

所用FRP选用堆弃的报废品、边角余料或回收料，将回收的FRP废弃物切割成颗粒，先用清水洗去表面杂质，晾干后按照秸秆纤维的制备方法，制备成废渣；

步骤三：挤塑成型混合物的制备；

将步骤二中制备的FRP废渣与PVC树脂、木质纤维、秸秆纤维、超细重钙及其他成分，按配方进行混合搅拌均匀，并烘干待用；

步骤四：挤塑成型；

采用挤出工艺将步骤三种的混合物料放入料筒后，根据模具挤塑成型工艺制备支撑杆，最终即得所述支撑杆。

作为上述技术方案的改进，所述步骤二中FRP废渣的粒度为140-200目。

一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆。

一种所述制备方法的FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明所述的FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，通过NaOH溶液处理提高复合材料的表面粗糙度，提高颗粒之间的结合力，提高复合材料的成型性能；通过控制钛酸酯偶联剂的加入量优化支撑杆的机械性能，通过试验对比优化秸秆纤维含量，降低复合材料支撑杆的含水量。本发明所述支撑杆，通过正交试验，优化其各项理化性能，通过实际使用和验证，使用效果良好。

附图说明

图1为本发明所述秸秆在NaOH溶液处理前的SEM扫描图；

图2为本发明所述秸秆在NaOH溶液处理后的SEM扫描图；

图3为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料弯曲强度的影响图；

图4为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料拉伸强度的影响图；

图5为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料冲击强度的影响图；

图6为本发明所述秸秆纤维含量对复合材料吸水性的试验对比图；

图7为本发明所述实施例三的30phr 秸秆纤维+15FRP(×500)断面的SEM扫描图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

本发明所述一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，该支撑杆的组分按质量百分比含量如下：

PVC树脂： 80~120份；

秸秆纤维： 15-40份；

木质纤维： 15-35份；

废渣FRP： 10-40份；

MBS树脂： 5-12份；

ACR加工助剂 5-10份；

超细重钙： 35-45份；

热稳定剂： 3-8份；

硬脂酸： 0.5-1.0份；

PE蜡： 1-2份；

钛酸酯偶联剂： 1-3份。

作为上述技术方案的改进，所述一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，该支撑杆的组分按质量百分比含量如下：

PVC树脂： 100份；

秸秆纤维： 20份；

木质纤维： 20份；

废渣FRP： 15份；

MBS树脂： 7份；

ACR加工助剂： 8份；

超细重钙： 40份；

热稳定剂： 5份；

硬脂酸： 0.7份；

PE蜡： 1.5份；

钛酸酯偶联剂： 1.5份。

该支撑杆的组分按质量百分比含量如下并进行对比试验：

实施例	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五
						PVC树脂	80	90	100	110	120
秸秆纤维	15	18	20	30	40
						木质纤维	15	18	20	30	35
废渣FRP	10	12	15	30	40
						MBS树脂	5	6	7	10	12
ACR加工助剂	5	6	8	9	10
						超细重钙	35	38	40	42	45
热稳定剂	3	4	5	7	8
						硬脂酸	0.5	0.6	0.7	0.8	1.0
PE蜡	1	1.2	1.5	1.8	2
						钛酸酯偶联剂	1	1.2	1.5	2	3

其中：废渣FRP为废弃FRP材料、FRP边角料或者回收的FRP材料等一种或几种的混合物；

MBS树脂（Methyl methacrylate-Butadiene-Styrene），是甲基丙烯酸甲酯（M），丁二烯（B）及苯乙烯（S）的三元共聚物，它具有典型的核-壳结构，MBS树脂为主导型抗冲击改性剂，主要应用于聚氯乙烯(PVC)及少量其他种类合成树脂所加工的塑料中(如ABS等)。由于MBS树脂与PVC折光指数相近，故当两者共混熔融以后，容易达到均一的折射率，因此用MBS做PVC的抗冲改性剂不会影响PVC的透明性。所以MBS是PVC制取透明制品的最佳材料。另一方面，由于其与PVC相容性好，在室温或低温下具有很高的抗冲击性，故也适用于非透明性的各种制品。据资料介绍，当PVC中加入的MBS树脂时，可使其制品的抗冲击强度提高，同时还可以改善制品的耐寒性和加工流动性。因此，MBS作为PVC抗冲改性剂得到了广泛应用。此外，它还具有良好的着色性，可用于制作盛装容器、管材、板材、室内装饰板和软质制品等。

ACR加工助剂：ACR是丙烯酸酯类（Acrylics）的缩写，也是丙烯酸酯类系列改性剂的总称，系丙烯酸酯类的高分子共聚物。ACR为甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸酯的共聚物，为白色可流动固体粉末。根据丙烯酸酯类的不同，所得的ACR性能及用途各异，其应用范围广泛。ACR是一种易流动的白色粉末，无毒、无腐蚀性，属非危险品，粒度较细，真密度为1.05－1.20g/cm³。PVC的纯树脂加工时易分解、流动性差、冲击强度低、耐候性差，因此需要在加工过程中添加各类辅助材料以改善其性能，如：润滑剂、热稳定剂、抗冲改性剂、ACR加工助剂等。

热稳定剂：热稳定剂是塑料加工助剂中重要类别之一，热稳定剂与PVC树脂的诞生和发展同步，主要用于PVC树脂加工中，因此热稳定剂与PVC树脂、PVC中软硬制品的比例有密切关系。

PE蜡：即聚乙烯蜡，又称高分子蜡或聚乙烯蜡。因PE蜡具备优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性而得到广泛的应用，正常生产中，PE蜡作为一种添加剂可直接加到聚烯烃加工中，可以增加产品的光泽和加工性能；作为润滑剂，PE蜡化学性质稳定、电性能良好；聚乙烯蜡与聚乙烯、聚丙烯、聚蜡酸乙烯、乙丙橡胶、丁基橡胶相溶性好，能改善聚乙烯、聚丙烯、ABS的流动性和聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯的脱模性；对于PVC和其它的外部润滑剂相比，PE蜡具有更强的内部润滑作用。

钛酸酯偶联剂：钛酸酯偶联剂在热塑性塑料、热固性塑料及橡胶等填料体系中都具有较好的偶联效果，钛酸酯偶联剂中的亚磷酰氧基可提供抗氧、耐燃性能等，可以使钛酸酯兼具偶联和其他特殊性能；R’-是长碳键烷烃基，它比较柔软，能和有机聚合物进行弯曲缠结，使有机物和无机物的相容性得到改善，提高材料的抗冲击强度;Y是羟基、氨基、环氧基或含双键的基团等，这些基团连接在钛酸酯分子的末端，可以与有机物进行化学反应而结合在一起。钛酸酯偶联剂应用在塑料行业，可使填料得到活化处理，从而提高填充量，减少树脂用量，降低制品成本，同时改善加工性能，增加了制品光泽，提高了质量。

本发明所述FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，钛酸酯偶联剂能对秸秆纤维表面改性能改善，与PVC树脂基体的相容性，并能提高秸秆粉的加入量，显著提高复合材料支撑杆的力学性能。如图3所示，为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料弯曲强度的影响图；图4为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料拉伸强度的影响图；图5为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料冲击强度的影响图。

本发明所述FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，秸秆纤维含量对复合材料吸水性有较大影响，如图6所示，为本发明所述秸秆纤维含量对复合材料吸水性的试验对比图。由图6可知，纤维添加量越大，复合材料吸水性越高。当纤维的含量为 55%时，其吸水率较 15%时的吸水率提高了 14 倍。这是因为秸秆纤维的极性较强，纤维表面含有较多亲水性的羟基，表现为秸秆纤维具有较强的吸水性能。所以秸秆纤维的添加量越多，复合材料的吸水性能就越强。当秸秆纤维添加量低于 35%时，复合材料的吸水率上升缓慢；而当纤维添加量超过 35%时，吸水率急剧上升。这是因为当秸秆纤维添加量较少时，聚甲醛基体能够将纤维完全包裹起来，形成致密的结构，水分子难以进入，表现为吸水率的缓慢上升。当添加量超过 35%时，由于秸秆纤维的分散性较差，易发生团聚现象，使得聚甲醛基体不能很好的包覆秸秆纤维。此外，过多的秸秆纤维会使得复合材料形成较多的孔洞，水分子更易进入复合材料，表现为材料吸水率的急剧上升。

本发明所述FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，其制备方法如下：

步骤一：木纤维及秸秆纤维的制备及表面改性；

使用皮囊分离机将秸秆的皮囊分离，用水对分离得到秸秆皮进行清洗，烘干至恒重，后用塑料破损机粗碎，再用超细粉碎机，把粗秸秆纤维打成粉状；

再利用质量分数5%的NaOH溶液对秸秆纤维，秸秆粉：碱溶液为1:8，封闭浸泡后用清水冲洗秸秆纤维至其滤液的PH为7；过滤后的秸秆纤维烘干备用；

用NaOH溶液对秸秆纤维处理前后有明显的差距，如图1和图2所示，处理前，秸秆纤维表面较为平整光滑，处理后秸秆纤维表面变得凹凸不平，有很多粗糙的面，甚至有纤维直接剥离下来，这是因为：秸秆纤维中含有果胶、果酸和脂肪酸等成分，这些成分与NaOH溶液进行化学反应发生分解，而秸秆纤维中的纤维素和半纤维素等成分不会发生水解，因此在NaOH溶液的作用下，原本平整光滑的秸秆纤维表面变成粗糙不平。粗糙不平的秸秆纤维利于后续FRP废渣制备及后续成型，增大颗粒之间的比表面积，提高颗粒相互之间的结合力，利于后续成型；

步骤二：FRP废渣制备；

所用FRP选用例如玻璃钢生产厂家堆弃的报废品、边角余料或回收料，将回收的FRP废弃物切割成颗粒，FRP废渣的粒度为140-200目，先用清水洗去表面杂质，晾干后按照秸秆纤维的制备方法，制备成废渣；

步骤三：挤塑成型混合物的制备；

将步骤二中制备的FRP废渣与PVC树脂、木质纤维、秸秆纤维、超细重钙及其他成分，按配方进行混合搅拌均匀，并烘干待用；

步骤四：挤塑成型；

采用挤出工艺将步骤三种的混合物料放入料筒后，根据模具挤塑成型工艺制备支撑杆，最终即得所述支撑杆。

根据以上实施例及上述制备方法，本发明制备各实施例的支撑杆，其试验对照比对如下：

本发明实施例三制备的支撑杆，其30phr 秸秆纤维+15FRP(×500)断面的SEM扫描图，如图7所示。

本发明所述一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，所述支撑杆表面覆膜，如采用含有夜光剂的塑料膜进行覆膜，这样光线较暗时可以直观地看到支撑杆，不仅实用且美观。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，其特征是，所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下：

PVC树脂： 80~120份；

秸秆纤维： 15-40份；

木质纤维： 15-35份；

废渣FRP： 10-40份；

MBS树脂： 5-12份；

ACR加工助剂 5-10份；

超细重钙： 35-45份；

热稳定剂： 3-8份；

硬脂酸： 0.5-1.0份；

PE蜡： 1-2份；

钛酸酯偶联剂： 1-3份。

2.如权利要求1所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，其特征是，所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下：

PVC树脂： 100份；

秸秆纤维： 20份；

木质纤维： 20份；

废渣FRP： 15份；

MBS树脂： 7份；

ACR加工助剂： 8份；

超细重钙： 40份；

热稳定剂： 5份；

硬脂酸： 0.7份；

PE蜡： 1.5份；

钛酸酯偶联剂： 1.5份。

3.如权利要求1或2所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，其特征是，所述废渣FRP为废弃FRP材料、FRP边角料或者回收的FRP材料一种或几种的混合物。

4.如权利要求1或2所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆，其特征是，所述支撑杆表面包覆有含有夜光剂的塑料膜。

5.如权利要求1所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆制备方法，其特征是，所述制备方法如下：

步骤一：木纤维及秸秆纤维的制备及表面改性；

使用皮囊分离机将秸秆的皮囊分离，用水对分离得到秸秆皮进行清洗，烘干至恒重，后用塑料破损机粗碎，再用超细粉碎机，把粗秸秆纤维打成粉状；

再利用质量分数5%的NaOH溶液对秸秆纤维，秸秆粉：碱溶液为1:8，封闭浸泡后用清水冲洗秸秆纤维至其滤液的PH为7；过滤后的秸秆纤维烘干备用；

步骤二：FRP废渣制备；

所用FRP选用堆弃的报废品、边角余料或回收料，将回收的FRP废弃物切割成颗粒，先用清水洗去表面杂质，晾干后按照秸秆纤维的制备方法，制备成废渣；

步骤三：挤塑成型混合物的制备；

将步骤二中制备的FRP废渣与PVC树脂、木质纤维、秸秆纤维、超细重钙及其他成分，按配方进行混合搅拌均匀，并烘干待用；

步骤四：挤塑成型；

采用挤出工艺将步骤三种的混合物料放入料筒后，根据模具挤塑成型工艺制备支撑杆，最终即得所述支撑杆。

6.如权利要求5所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆制备方法，其特征是，所述步骤二中FRP废渣的粒度为140-200目。

7.一种如权利要求1所述的FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆。

8.一种如权利要求5所述制备方法的FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆。