CN110982207A - 一种行李箱壳体用材及其制备方法 - Google Patents

一种行李箱壳体用材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及行李箱技术领域，具体涉及一种行李箱壳体用材及其制备方法，该行李箱壳体用材包括如下重量份的原料：聚乙烯50‑80份、聚丙烯180‑280份、热塑性弹性体10‑25份、耐寒剂3‑8份、植物纤维35‑75份。本发明的行李箱壳体用材，以聚乙烯、聚丙烯为主要原料，提供基本硬度承重能力、耐磨性和抗冲击性，再加入热塑性弹性体、耐寒剂和植物纤维，提高行李箱壳体用材的韧性、抗裂性和可生物降解性。

Description

一种行李箱壳体用材及其制备方法
技术领域
本发明涉及行李箱技术领域，具体涉及一种行李箱壳体用材及其制备方法。
背景技术
行李箱，亦称旅行箱、拉杆箱，是出门时所携带用以放置物品的箱子，它是行李的其中一种类型。早期的行李箱是以木材或其他重的材料制成，随着航空旅行的普及，行李箱的材料趋向更为轻便的硬塑胶或布质。
对于硬塑胶行李箱而言，其壳体大多采用HDPE、PP、增强PP、ABS或PC制造加工而成，但是，这些材质的行李箱一旦开裂就会报废，由于硬塑胶行李箱不容易降解，对环境会带来较大危害。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种可生物降解的行李箱壳体用材。
本发明的另一目的在于提供一种行李箱壳体用材的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种行李箱壳体用材，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002316964600000011
本发明的行李箱壳体用材，以聚乙烯、聚丙烯为主要原料，提供基本硬度承重能力、耐磨性和抗冲击性，再加入热塑性弹性体、耐寒剂和植物纤维，提高行李箱壳体用材的韧性、抗裂性和可生物降解性。其中，聚乙烯比ABS材质轻且更耐冲击，与聚丙烯结合更有利于减轻行李箱壳体用材的密度；加入的热塑性弹性体与耐寒剂共同作用，降低行李箱壳体用材的脆性，提高其抗裂性和低温耐冲击强度，从而提高行李箱壳体用材的使用寿命；加入的植物纤维在体系中形成有效骨架，进而提高聚丙烯的冲击强度，植物纤维自身具有良好的力学强度，能够对聚丙烯起到较好的增强作用，其在体系中形成有效骨架，从而承载来自聚丙烯的破坏应力，使聚丙烯在破坏前消耗大量的能量吸收冲击能，有效地阻止聚丙烯发生断裂，从而有效地提高了行李箱壳体用材的冲击强度，而且加入的植物纤维本身为可生物降解材料，在降解条件下可使行李箱壳体用材分解成若干小分子，从而促进行李箱壳体用材的分解回收，降低对环境造成不良影响。进一步的，所述植物纤维为竹纤维、棉纤维、草纤维、麻纤维或棕纤维等可生物降解的生物质纤维。
进一步的，所述耐寒剂为耐寒剂A-940和三元乙丙橡胶3722P按重量比1-3：0.5-1混合而成，提高行李箱壳体用材的低温抗冲击性和改善加工流动性，使得材料在-40℃低温时仍能保持较高的韧性，避免低温导致行李箱壳体用材脆化。
优选的，所述植物纤维的长度为0.5-1.8mm，所述植物纤维的细度为0.8-1.5tex。
采用上述技术方案，促进其均匀分布于行李箱壳体用材中，避免植物纤维团聚，经加工处理后，植物纤维保留长度趋于临界最适长度，具有更低的翘曲度和更好的尺寸稳定性，有助于提高纤维含量和力学性能，使行李箱壳体用材具有更高的冲击强度，同时还能降低行李箱壳体用材的翘曲度，从而提高其耐压、抗裂性能。
优选的，所述聚乙烯是由熔融指数为1.6-3.0g/10min、密度为0.915-0.925g/cm3的线型低密度聚乙烯与熔融指数为0.21-0.80g/10min、密度为0.926-0.935g/cm3的线型低密度聚乙烯按重量比5-8：1混合而成。
采用上述技术方案，由上述两种不同物性的线型低密度聚乙烯混合而成的聚乙烯，更能提高行李箱壳体用材的耐环境应力开裂性、耐冲击强度和耐撕裂强度。本发明中，熔融指数均在230℃、2.16kg负荷条件下测得。
优选的，所述聚丙烯是由嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯以重量比1.4-2.2：1组成的混合物；所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为18-30g/10min；所述无规共聚聚丙烯的熔融指数为2-8g/10min。
采用上述技术方案，由上述嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯以特定比例混合，两者共同作用提高行李箱壳体用材的耐磨性、抗冲击性、低温韧性和抗老化性，同时节约聚丙烯原材料成本，加入无规共聚聚丙烯降低聚丙烯的收缩率又能维持聚丙烯的硬度。限定嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为18-30g/10min，避免降低行李箱壳体用材的硬度，嵌段共聚聚丙烯结合无规共聚聚丙烯提高行李箱壳体用材的力学强度。
优选的，所述热塑性弹性体是由POE和TPU按重量比3-5：1混合而成。
采用上述技术方案，由POE和TPU按特定比例混合而成的热塑性弹性体，10-25重量份的热塑性弹性体与植物纤维、耐寒剂协同作用，共同提高行李箱壳体用材的耐低温韧性，且热塑性弹性体用量过小，对行李箱壳体用材的韧性提高不大；热塑性弹性体用量过多，反而会导致行李箱壳体用材强度和刚性的下降。
优选的，所述行李箱壳体用材还包括5-20重量份的聚乳酸。
采用上述技术方案，对聚丙烯起增强作用，替代均聚聚丙烯，能同时提高行李箱壳体用材的硬度和韧性，从而提高行李箱壳体用材的承重性能；另外，聚乳酸具有可生物降解性能，其与植物纤维共同作用，在降解条件下可使行李箱壳体用材分解成若干小分子，从而促进行李箱壳体用材的分解回收，降低对环境造成不良影响。
优选的，所述聚乳酸的重均分子量为120000-180000，所述聚乳酸的熔融指数为1-3g/min、密度为1.25-1.3g/cm3。
选用上述聚乳酸，可防止在加工过程中聚乳酸的结晶速率过慢，提高聚乳酸的球晶结构的完整度，从而充分发挥聚乳酸的内韧力作用；当受到外界力作用时，能迅速地导走消散产生的内应力，提高抗裂强度。
优选的，所述聚乳酸的含水率为0.5-1wt％。
采用上述技术方案，控制聚乳酸的含水率为0.5-1wt％，防止在加工过程中聚乳酸受水分和温度影响而发生降解。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：上述的行李箱壳体用材的制备方法，包括如下步骤：
(S1)、按重量份称取植物纤维和其它原料，然后分别置于65-75℃的真空烘箱中干燥5-10h，备用；
(S2)、将步骤(S1)干燥后的除植物纤维外的其它原料投入从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，同时将步骤(S1)干燥后的植物纤维从侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出和造粒，得到混合料；
(S3)、将步骤(S2)得到的混合料投入注塑机中，在150-180℃温度下注塑得到行李箱壳体用材。
优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为60-120r/min，所述双螺杆挤出机的长径比为20-30:1；所述双螺杆挤出机的一区温度为170-180℃，二区温度为175-185℃，三区温度为175-180℃，四区温度为180-185℃，五区温度为185-190℃，模头温度为175-180℃。
本发明的制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。其中，步骤(S1)中，将原料在65-75℃的真空烘箱中干燥，使整体含水率降低，避免湿度太大而降低行李箱壳体用材的耐压强度，提高抗冲压强度。步骤(S2)中，植物纤维从侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，减少了双螺杆挤出机对植物纤维的剪切作用，更有利于植物纤维保留长度趋于临界最适长度，具有更低的翘曲度和更好的尺寸稳定性，有助于提高纤维含量和力学性能，使行李箱壳体用材具有更高的冲击强度，同时还能降低行李箱壳体用材的翘曲度，从而提高其耐压、抗裂性能。步骤(S3)中，控制注塑温度在150-180℃，防止因为温度过高导致成型速率降低，同时避免植物纤维高温下失去作用。
本发明的有益效果在于：本发明的行李箱壳体用材，以聚乙烯、聚丙烯为主要原料，提供基本硬度承重能力、耐磨性和抗冲击性，再加入热塑性弹性体、耐寒剂和植物纤维，提高行李箱壳体用材的韧性、抗裂性和可生物降解性。
本发明的制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种行李箱壳体用材，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002316964600000051
所述耐寒剂为耐寒剂A-940和三元乙丙橡胶3722P按重量比2：0.7混合而成。
所述植物纤维的长度为1.0mm，所述植物纤维的细度为1.0tex。所述植物纤维为竹纤维。
所述聚乙烯是由熔融指数为2.2g/10min、密度为0.920g/cm3的线型低密度聚乙烯与熔融指数为0.50g/10min、密度为0.930g/cm3的线型低密度聚乙烯按重量比6：1混合而成。
所述聚丙烯是由嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯以重量比1.8：1组成的混合物；所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为24g/10min；所述无规共聚聚丙烯的熔融指数为5g/10min。
所述热塑性弹性体是由POE和TPU按重量比4：1混合而成。
所述行李箱壳体用材还包括13重量份的聚乳酸。
所述聚乳酸的重均分子量为150000，所述聚乳酸的熔融指数为2g/min、密度为1.28g/cm3。
所述聚乳酸的含水率为0.7wt％。
上述的行李箱壳体用材的制备方法，包括如下步骤：
(S1)、按重量份称取植物纤维和其它原料，然后分别置于70℃的真空烘箱中干燥8h，备用；
(S2)、将步骤(S1)干燥后的除植物纤维外的其它原料投入从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，同时将步骤(S1)干燥后的植物纤维从侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出和造粒，得到混合料；
(S3)、将步骤(S2)得到的混合料投入注塑机中，在165℃温度下注塑得到行李箱壳体用材。
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为90r/min，所述双螺杆挤出机的长径比为25:1；所述双螺杆挤出机的一区温度为175℃，二区温度为180℃，三区温度为178℃，四区温度为183℃，五区温度为188℃，模头温度为178℃。
实施例2
一种行李箱壳体用材，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002316964600000071
所述耐寒剂为耐寒剂A-940和三元乙丙橡胶3722P按重量比1：0.5混合而成。
所述植物纤维的长度为0.5mm，所述植物纤维的细度为0.8tex。所述植物纤维为竹纤维。
所述聚乙烯是由熔融指数为1.6g/10min、密度为0.915g/cm3的线型低密度聚乙烯与熔融指数为0.21g/10min、密度为0.926g/cm3的线型低密度聚乙烯按重量比5：1混合而成。
所述聚丙烯是由嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯以重量比1.4：1组成的混合物；所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为18g/10min；所述无规共聚聚丙烯的熔融指数为2g/10min。
所述热塑性弹性体是由POE和TPU按重量比3：1混合而成。
所述行李箱壳体用材还包括5重量份的聚乳酸。
所述聚乳酸的重均分子量为120000，所述聚乳酸的熔融指数为1g/min、密度为1.25g/cm3。
所述聚乳酸的含水率为0.5wt％。
上述的行李箱壳体用材的制备方法，包括如下步骤：
(S1)、按重量份称取植物纤维和其它原料，然后分别置于65℃的真空烘箱中干燥5h，备用；
(S2)、将步骤(S1)干燥后的除植物纤维外的其它原料投入从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，同时将步骤(S1)干燥后的植物纤维从侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出和造粒，得到混合料；
(S3)、将步骤(S2)得到的混合料投入注塑机中，在150℃温度下注塑得到行李箱壳体用材。
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为60r/min，所述双螺杆挤出机的长径比为20:1；所述双螺杆挤出机的一区温度为170℃，二区温度为175℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，模头温度为175℃。
实施例3
一种行李箱壳体用材，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002316964600000081
所述耐寒剂为耐寒剂A-940和三元乙丙橡胶3722P按重量比3：1混合而成。
所述植物纤维的长度为1.8mm，所述植物纤维的细度为1.5tex。所述植物纤维为竹纤维。
所述聚乙烯是由熔融指数为3.0g/10min、密度为0.925g/cm3的线型低密度聚乙烯与熔融指数为0.80g/10min、密度为0.935g/cm3的线型低密度聚乙烯按重量比8：1混合而成。
所述聚丙烯是由嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯以重量比2.2：1组成的混合物；所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为30g/10min；所述无规共聚聚丙烯的熔融指数为8g/10min。
所述热塑性弹性体是由POE和TPU按重量比5：1混合而成。
所述行李箱壳体用材还包括20重量份的聚乳酸。
所述聚乳酸的重均分子量为180000，所述聚乳酸的熔融指数为3g/min、密度为1.30g/cm3。
所述聚乳酸的含水率为1wt％。
上述的行李箱壳体用材的制备方法，包括如下步骤：
(S1)、按重量份称取植物纤维和其它原料，然后分别置于75℃的真空烘箱中干燥10h，备用；
(S2)、将步骤(S1)干燥后的除植物纤维外的其它原料投入从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，同时将步骤(S1)干燥后的植物纤维从侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出和造粒，得到混合料；
(S3)、将步骤(S2)得到的混合料投入注塑机中，在180℃温度下注塑得到行李箱壳体用材。
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为120r/min，所述双螺杆挤出机的长径比为30:1；所述双螺杆挤出机的一区温度为180℃，二区温度为185℃，三区温度为180℃，四区温度为185℃，五区温度为190℃，模头温度为180℃。
实施例4
一种行李箱壳体用材，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002316964600000091
所述耐寒剂为耐寒剂A-940和三元乙丙橡胶3722P按重量比1.8：0.6混合而成。
所述植物纤维的长度为0.8mm，所述植物纤维的细度为1.0tex。所述植物纤维为麻纤维。
所述聚乙烯是由熔融指数为2.5g/10min、密度为0.918g/cm3的线型低密度聚乙烯与熔融指数为0.63g/10min、密度为0.928g/cm3的线型低密度聚乙烯按重量比5：1混合而成。
所述聚丙烯是由嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯以重量比1.6：1组成的混合物；所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为18g/10min；所述无规共聚聚丙烯的熔融指数为2g/10min。
所述热塑性弹性体是由POE和TPU按重量比3.5：1混合而成。
所述行李箱壳体用材还包括16重量份的聚乳酸。
所述聚乳酸的重均分子量为160000，所述聚乳酸的熔融指数为1.2g/min、密度为1.28g/cm3。
所述聚乳酸的含水率为0.6wt％。
上述的行李箱壳体用材的制备方法，包括如下步骤：
(S1)、按重量份称取植物纤维和其它原料，然后分别置于68℃的真空烘箱中干燥7h，备用；
(S2)、将步骤(S1)干燥后的除植物纤维外的其它原料投入从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，同时将步骤(S1)干燥后的植物纤维从侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出和造粒，得到混合料；
(S3)、将步骤(S2)得到的混合料投入注塑机中，在160℃温度下注塑得到行李箱壳体用材。
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为70r/min，所述双螺杆挤出机的长径比为23:1；所述双螺杆挤出机的一区温度为173℃，二区温度为176℃，三区温度为176℃，四区温度为182℃，五区温度为186℃，模头温度为176℃。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：所述植物纤维的用量为15重量份。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：所述植物纤维的长度为3mm。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：所述热塑性弹性体为POE。
实施例5性能测试
I、将实施例1-4和对比例1-3制得的行李箱壳体用材，分别测试其降解性和缺口冲击强度；
测试方法如下：
降解试验：将规格为10cm*10cm*1cm的行李箱壳体用材填埋于地下5cm深度，控制环境参数为35℃、70％RH、pH6.7，降解微生物源来自土壤的微生物群，填埋1000h后取出、洗净，测试其质量残留率，计算相应的材料降解率。
缺口冲击强度：采用ISO 179-1eA标准简支梁，常温条件23±2℃，低温条件-30±2℃，在低温-30℃下放置6小时，放在-30℃的环境下测试。
II、将实施例1-4和对比例1-3制得的行李箱壳体用材注塑加工成规格为20寸的行李箱，然后按照《QBT2155-2018旅行箱包》的测试规定，分别进行跌落性能测试和滚筒冲击性能测试，观察行李箱壳体的开裂/凹陷情况。
测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002316964600000111
Figure BDA0002316964600000121
由上表1可知，实施例1与对比例1相比，虽然缺口冲击强度降低，但实施例1的降解残留率更低，说明植物纤维的用量对降解有利而控制植物纤维的用量既能保证其缺口冲击强度，制得的行李箱壳体经跌落和滚落测试同样达到无开裂、无凹陷效果，又能提高降解效率，促进行李箱壳体用材的分解回收，降低对环境造成不良影响；对比例2与实施例1相比，其降解效果、抗冲击性能和箱包测试结果均较差，说明控制的植物纤维长度和细度符合生产要求，经加工处理后，植物纤维保留长度趋于临界最适长度，具有更低的翘曲度和更好的尺寸稳定性，有助于提高纤维含量和力学性能，使行李箱壳体用材具有更高的冲击强度，同时还能降低行李箱壳体用材的翘曲度，从而提高其耐压、抗裂性能；对比例3与实施例1相比，虽然降解效果相似，但是其抗冲击性能和箱包测试结果均较差，说明由POE和TPU按特定比例混合而成的热塑性弹性体对于本发明的行李箱壳体用材韧性具有较大的促进作用。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种行李箱壳体用材，其特征在于：包括如下重量份的原料：
Figure FDA0002316964590000011
2.根据权利要求1所述的一种行李箱壳体用材，其特征在于：所述植物纤维的长度为0.5-1.8mm，所述植物纤维的细度为0.8-1.5tex。
3.根据权利要求1所述的一种行李箱壳体用材，其特征在于：所述聚乙烯是由熔融指数为1.6-3.0g/10min、密度为0.915-0.925g/cm3的线型低密度聚乙烯与熔融指数为0.21-0.80g/10min、密度为0.926-0.935g/cm3的线型低密度聚乙烯按重量比5-8：1混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种行李箱壳体用材，其特征在于：所述聚丙烯是由嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯以重量比1.4-2.2：1组成的混合物；所述嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为18-30g/10min；所述无规共聚聚丙烯的熔融指数为2-8g/10min。
5.根据权利要求1所述的一种行李箱壳体用材，其特征在于：所述热塑性弹性体是由POE和TPU按重量比3-5：1混合而成。
6.根据权利要求1所述的一种行李箱壳体用材，其特征在于：所述行李箱壳体用材还包括5-20重量份的聚乳酸。
7.根据权利要求6所述的一种行李箱壳体用材，其特征在于：所述聚乳酸的重均分子量为120000-180000，所述聚乳酸的熔融指数为1-3g/min、密度为1.25-1.30g/cm3。
8.根据权利要求6所述的一种行李箱壳体用材，其特征在于：所述聚乳酸的含水率为0.5-1wt％。
9.一种如权利要求1-7任意一项所述的行李箱壳体用材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(S1)、按重量份称取植物纤维和其它原料，然后分别置于65-75℃的真空烘箱中干燥5-10h，备用；
(S2)、将步骤(S1)干燥后的除植物纤维外的其它原料投入从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，同时将步骤(S1)干燥后的植物纤维从侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出和造粒，得到混合料；
(S3)、将步骤(S2)得到的混合料投入注塑机中，在150-180℃温度下注塑得到行李箱壳体用材。
10.根据权利要求9所述的一种行李箱壳体用材的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆转速为60-120r/min，所述双螺杆挤出机的长径比为20-30:1；所述双螺杆挤出机的一区温度为170-180℃，二区温度为175-185℃，三区温度为175-180℃，四区温度为180-185℃，五区温度为185-190℃，模头温度为175-180℃。
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