CN110437533B - 一种纤维改性板材及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维改性板材及其应用，其包括由塑料成型的第一层体和掺杂于第一层体中的改性纤维，所述的改性纤维由聚酯切片与合金粉体混合后，将混合体系中的聚酯切片加热成熔融状态，并由双螺杆挤出装置进一步混合后，输送至纺丝装置中制成改性纤维；所述的合金粉体的化学组成为PtxAlyFemPn，其中，23≤x≤27、32≤y≤37、34≤m≤42、23≤n≤26，本方案的板材耐磨性能好、加工可靠简便且性能稳定。

Description

一种纤维改性板材及其应用
技术领域
本发明涉及板材及纤维复合材料领域，尤其是一种纤维改性板材及其应用。
背景技术
塑料板材作为当前建筑、家具等领域广泛应用的材料之一，其不仅成本低且生产成型便利，使得深受商家和消费者的亲睐，随着消费者的需求多样性日益增长，板材的性能要求也越来越严格和针对性，因此，目前有部分市销的塑料板材通过增加增韧剂进行增加其韧性，通过增加光屏蔽剂以增加其耐候性等等，然而，在耐磨性能上一直是塑料板材的短板，由于塑料多为树脂成分，因此，其表面的硬度较低，在接触到金属或者石材等材料摩擦时，很容易出现明显的刮擦痕迹。
发明内容
针对现有技术情况，本发明的目的在于提供一种耐磨性能好、加工可靠简便且性能稳定的纤维改性板材及其应用。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种纤维改性板材，其包括由塑料成型的第一层体和掺杂于第一层体中的改性纤维，所述的改性纤维由聚酯切片与合金粉体混合后，将混合体系中的聚酯切片加热成熔融状态，并由双螺杆挤出装置进一步混合后，输送至纺丝装置中制成改性纤维。
进一步，所述的合金粉体的化学组成为PtxAlyFemPn，其中，23≤x≤27、32≤y≤37、34≤m≤42、23≤n≤26。
进一步，所述的第一层体为聚乙烯或聚丙烯材料成型。
一种纤维改性板材的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于150～170℃环境下干燥处理4～5h；
(2)按化学组成将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以900～1100℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持1.5h，然后将其随炉冷却至低于400℃后，再升温至800～1200℃的继续熔炼处理，反复2～4次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体；
(3)将60～80份干燥处理后的聚酯切片、8～10份合金粉体、1.5～2.5份乙烯基双硬脂酰胺、0.8～1.6份结晶促进剂和1.5～2.5份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在200～300r/min的转速下搅拌处理15～30min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为480～600r/min，挤出温度为245～275℃，机头温度为265～285℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料；
(5)将10～20份复合纤维材料与50～70份塑料母粒混合均匀后，加入到塑料板材挤出机中挤出成型出纤维改性板材。
进一步，步骤(1)干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理。
优选的，步骤(1)中，经干燥后的聚酯切片的含水率低于300ppm。
进一步，步骤(2)中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于95％。
进一步，步骤(3)中，结晶促进剂为1，3，3-正丁基苯三甲酰胺或4，6-二叔丁基苯基磷酸盐。
进一步，步骤(5)中复合纤维材料与塑料母粒混合均匀后，加入到多层共挤塑料板材挤出机总挤出成型，其中所述的第一层体为外表层。
根据上述所述的制备方法制备所得的纤维改性板材在型材中应用，然而，本发明方案的板材并不局限与在型材中的应用，还可以用于机械设备、车辆等的外壳。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：本方案通过巧妙利用改性纤维掺入到塑料成型的层体中，而改性纤维利用合金粉体与聚酯切片进行混合后，形成合金粉体改性的纤维材料，而利用聚酯纤维的主要目的在于聚酯纤维具有较高的熔融温度，因此，将其掺入到塑料层体中时，能够使得改性纤维不会形成熔融体，因为聚丙烯和聚乙烯的挤出加工温度低于聚酯纤维的熔融温度，但是改性纤维在高温情况下，会发生一定的软化，这个使得改性纤维能够与塑料层体之间形成良好的结合，而经过成型后的第一层体可以通过多层共挤设备进行加工成外表层，从而在保持低成本的情况下，起到良好的抗磨性能，改性纤维在加工过程中通过加入了乙烯基双硬脂酰胺作为分散剂以提高其分散性，而采用乙烯基双硬脂酰胺的目的之一在于其无毒，对人体无副作用，常温下不溶于大多数溶剂，对酸碱和水介质稳定，而且其与传统的石蜡、聚乙烯蜡相比，不但具有很好的外部润滑作用，而且具有很好的内部润滑作用，使得合金粉末能够良好分散于聚酯切片的熔融体中，而加入结晶促进剂的作用在于提高聚酯切片熔融体在混入合金粉末后能够保持正常形成的塑料结晶状态，甚至提高其结晶后的结构强度，以使得生产出的复合纤维具有优异的耐磨性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：
图1为本发明纤维改性板材的简要结构示意图；
图2为本发明纤维改性板材作为外表层时的简要结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明纤维改性板材，其包括由塑料成型的第一层体1和掺杂于第一层体1中的改性纤维2，所述的改性纤维2由聚酯切片与合金粉体混合后，将混合体系中的聚酯切片加热成熔融状态，并由双螺杆挤出装置进一步混合后，输送至纺丝装置中制成改性纤维；所述的合金粉体的化学组成为PtxAlyFemPn，其中，23≤x≤27、32≤y≤37、34≤m≤42、23≤n≤26。
进一步，所述的第一层体为聚乙烯或聚丙烯材料成型。
进一步，本方案的第一层体1原料混合后加入到多层共挤塑料板材挤出机总挤出成型，其中所述的第一层体1为外表层，其余层2作为内层(参见图2)。
实施例1
一种纤维改性板材的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于170℃环境下干燥处理4h，干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理，经干燥后的聚酯切片的含水率低于300ppm；
(2)按化学组成(Pt24Al34Fe37P24)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以1000℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持1.5h，然后将其随炉冷却至低于400℃后，再升温至1000℃的继续熔炼处理，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于95％；
(3)将70份干燥处理后的聚酯切片、9份合金粉体、2.0份乙烯基双硬脂酰胺、1.3份1，3，3-正丁基苯三甲酰胺和2.0份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在250r/min的转速下搅拌处理25min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为550r/min，挤出温度为260℃，机头温度为275℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料；
(5)将15份复合纤维材料与60份聚丙烯塑料母粒混合均匀后，加入到塑料板材挤出机中挤出成型出纤维改性板材。
实施例2
一种纤维改性板材的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于160℃环境下干燥处理4.5h，干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理，经干燥后的聚酯切片的含水率低于300ppm；
(2)按化学组成(Pt23Al37Fe42P26)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以1100℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持1.5h，然后将其随炉冷却至低于400℃后，再升温至1100℃的继续熔炼处理，反复2次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于95％；
(3)将80份干燥处理后的聚酯切片、10份合金粉体、2.5份乙烯基双硬脂酰胺、1.6份4，6-二叔丁基苯基磷酸盐和2.5份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在300r/min的转速下搅拌处理15min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为480r/min，挤出温度为245℃，机头温度为265℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料；
(5)将10份复合纤维材料与50份聚丙烯塑料母粒混合均匀后，加入到塑料板材挤出机中挤出成型出纤维改性板材。
实施例3
一种纤维改性板材的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于150℃环境下干燥处理5h，干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理，经干燥后的聚酯切片的含水率低于300ppm；
(2)按化学组成(Pt27Al32Fe34P23)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以900℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持1.5h，然后将其随炉冷却至低于400℃后，再升温至900℃的继续熔炼处理，反复4次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于95％；
(3)将80份干燥处理后的聚酯切片、8份合金粉体、1.5份乙烯基双硬脂酰胺、0.8份1，3，3-正丁基苯三甲酰胺和1.5份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在200r/min的转速下搅拌处理30min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为480～600r/min，挤出温度为245℃，机头温度为265℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料；
(5)将20份复合纤维材料与70份聚丙烯塑料母粒混合均匀后，加入到塑料板材挤出机中挤出成型出纤维改性板材。
实施例4
一种纤维改性板材的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于165℃环境下干燥处理4h，干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理，经干燥后的聚酯切片的含水率低于300ppm；
(2)按化学组成(Pt27Al37Fe42P26)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以1100℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持1.5h，然后将其随炉冷却至低于400℃后，再升温至1200℃的继续熔炼处理，反复2次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于95％；
(3)将70份干燥处理后的聚酯切片、9份合金粉体、2.0份乙烯基双硬脂酰胺、1.2份1，3，3-正丁基苯三甲酰胺和2.0份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在200r/min的转速下搅拌处理30min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为600r/min，挤出温度为275℃，机头温度为285℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料；
(5)将18份复合纤维材料与60份聚丙烯塑料母粒混合均匀后，加入到塑料板材挤出机中挤出成型出纤维改性板材。
实施例5
一种纤维改性板材的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于155℃环境下干燥处理4h，干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理，经干燥后的聚酯切片的含水率低于300ppm；
(2)按化学组成(Pt27Al35Fe40P24)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以1100℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持1.5h，然后将其随炉冷却至低于400℃后，再升温至1000℃的继续熔炼处理，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于95％；
(3)将70份干燥处理后的聚酯切片、8.5份合金粉体、2.0份乙烯基双硬脂酰胺、1.2份1，3，3-正丁基苯三甲酰胺和2.0份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在200r/min的转速下搅拌处理30min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为600r/min，挤出温度为265℃，机头温度为280℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料；
(5)将15份复合纤维材料与55份聚丙烯塑料母粒混合均匀后，加入到塑料板材挤出机中挤出成型出纤维改性板材。
性能测试
取实施例1～5制得的纤维改性板材制成长度为10cm，宽度为5cm、厚度为0.5cm的条形试样进行测试其表面抗摩擦性能、承压性能和拉伸性能。
另外，取聚丙烯材料制成同规格的测试样条作为对比例进行测试对比。
抗摩擦性能测试方法为：以轮式研磨器进行往复研磨至其表面磨损深度达到3mm为止；
承压性能测试方法为：将测试样两端架起，然后在其中部施加砝码，直至测试样中部形变下沉至形变量超过1cm为止；
拉伸性能测试方法为：通过夹持装置夹持测试样两端，然后沿其长度方向进行拉伸至试样直接脆性断裂或出现拉伸强度骤降时的拉伸峰值。
所得结果如下：
组别\项目 拉伸性能/Mpa 承压测试/Kg 抗摩擦测试/次
实施例1 16.4 3.1 405
实施例2 15.6 2.8 421
实施例3 18.2 2.9 423
实施例4 17.2 3.4 455
实施例5 16.7 3.2 413
聚丙烯对比例 12.4 2.4 124
由上可知，加入纤维的改性板材在抗磨性能上，相较于未加入纤维的聚丙烯板材而言，耐磨性能大大提高，其主要原因在于合金粉体在经过摩擦时，能够进一步延展和均匀分散，使得板材表面不会过早组分剥离。
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种纤维改性板材的制备方法，其特征在于：所述纤维改性板材包括由塑料成型的第一层体和掺杂于第一层体中的改性纤维，所述的改性纤维由聚酯切片与合金粉体混合后，将混合体系中的聚酯切片加热成熔融状态，并由双螺杆挤出装置进一步混合后，输送至纺丝装置中制成改性纤维；
所述的合金粉体的化学组成为PtxAlyFemPn，其中，23≤x≤27、32≤y≤37、34≤m≤42、23≤n≤26；
所述的第一层体为聚乙烯或聚丙烯材料成型；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于150～170℃环境下干燥处理4～5h；
(2)按化学组成将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以900～1100℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持1.5h，然后将其随炉冷却至低于400℃后，再升温至800～1200℃的继续熔炼处理，反复2～4次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体；
(3)将60～80份干燥处理后的聚酯切片、8～10份合金粉体、1.5～2.5份乙烯基双硬脂酰胺、0.8～1.6份结晶促进剂和1.5～2.5份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在200～300r/min的转速下搅拌处理15～30min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为480～600r/min，挤出温度为245～275℃，机头温度为265～285℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料；
(5)将10～20份复合纤维材料与50～70份塑料母粒混合均匀后，加入到塑料板材挤出机中挤出成型出纤维改性板材。
2.根据权利要求1所述的一种纤维改性板材的制备方法，其特征在于：步骤(1)干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理。
3.根据权利要求2所述的一种纤维改性板材的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，经干燥后的聚酯切片的含水率低于300ppm。
4.根据权利要求1所述的一种纤维改性板材的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于95％。
5.根据权利要求1所述的一种纤维改性板材的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，结晶促进剂为1，3，3-正丁基苯三甲酰胺或4，6-二叔丁基苯基磷酸盐。
6.根据权利要求1所述的一种纤维改性板材的制备方法，其特征在于：步骤(5)中复合纤维材料与塑料母粒混合均匀后，加入到多层共挤塑料板材挤出机总挤出成型，其中所述的第一层体为外表层。
7.根据权利要求1至6所述的制备方法制备所得的纤维改性板材在型材中应用。
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