CN111410791A - 一种润滑性无机纤维增强塑料母粒及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增强塑料领域，具体公开了一种润滑性无机纤维增强塑料母粒及制备方法。首先利用二氧化硅溶胶的粘接性，将纳米二维滑动性片状无机材料粘附修饰无机纤维，赋予无机纤维良好的滑动性，使得增强塑料母粒的制备过程中减少石蜡等润滑助剂的用量，进一步利用聚苯乙烯的溶液浸润处理，使纳米二维滑动性片状无机材料粘附修饰无机纤维在界面缺陷吸附聚合物，利于无机纤维在增强塑料母料加工制备、使用时与聚合物相容和分散提升，所得的增强塑料母粒用于注塑塑料制品具有高强度和高刚度，而且塑料制品表面光滑，有效防止用于塑料制品时的脱纤问题。

Description

一种润滑性无机纤维增强塑料母粒及制备方法
技术领域
本发明涉及增强塑料领域，具体涉及塑料的增强母粒，特别涉及一种具有良好润滑流动性的无机纤维增强塑料母粒及制备方法。
背景技术
塑料母料作为一种改善塑料功能的填充料,在塑料工业中扮演重要的角色。塑料原料直接用于加工塑料制品往往存在较多的缺陷，通过加入一定功能的塑料母料可以赋予塑料制品不同的功能，如颜色、抗静电、导电、阻燃、增强、增韧、耐磨、耐刮擦、刚性等。因此衍生了各种色母料、抗静电母料、导电母料、阻燃母料、增强母料、增刚母料、耐磨母料等。
在塑料工业中，最初是将碳酸钙等低成本无机物制备成塑料填充母料，用于塑料制品的加工中用以降低成本。技术人员发现，碳酸钙填充母料在塑料制品加工时加入一定的量，不但可以降低成本，而且对塑料的刚性、耐热性、尺寸稳定性等均有较大的帮助，因此，在此基础上，用于功能塑料的各种功能塑料母料被开发出来。
增强塑料是目前塑料行业用量最大品种之一。在汽车、建材、家电、工业等领域对增强塑料由巨大的需求。在汽车领域如保险杠；在建材领域如塑钢门窗、上下水管用PVC管材、HDPE大型管材、波纹管、双壁波纹；在家电领域如冰箱、电视等各种电器外壳。为此，在塑料的制备过程中大量添加使用塑料增强母料来实现制品的增强成为常规技术。
塑料增强技术主要分为两个大方向：一方面，采用粒径小于100纳米的无机粒子制备母粒，利用纳米材料颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子占比例大等特点，能大幅度提高塑料制品的抗冲击，起到增强增韧作用。但纳米增强的作用有限，由于纳米材料是依靠大量的纳米界面缓冲分散应力，其增韧性较好，增强有限，因此对于强度要求高的产品不太合适。而且由于无机纳米材料分散难度大，在制备、使用中极易存在团聚，会影响增强的效果。中国发明专利CN102875869 B公开了一种纳米碳酸钙增强增韧塑料母料及其制备方法。该母料是由纳米碳酸钙、微米碳酸钙、茂金属聚乙烯、载体树脂和助剂组成，纳米和微米碳酸钙的共混加入提高了母料增强增韧的作用，茂金属聚乙烯强度高、韧性好，可同时提高母料的增强增韧效果。纳米无机粉体可以用于塑料增强母料，其分散是关键。
另一方面，用量最多的塑料增强是通过添加各种无机纤维如玻璃纤维、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、纤维硅灰石、水镁石纤维、碳纤维等制备增强塑料。无机纤维增强塑料已被广泛的应用，如将连续的玻璃纤维、碳纤维通过树脂预浸，然后模塑压合成型，在汽车工业增强塑料制品中被广泛应用，其增强提升明显。但由于连续纤维受制品加工限制，在一些小型精密的增强塑料方面使用受限。目前应用最多的使将无机短纤维制备成母粒直接在塑料制品加工时添加使用。
据相关研究，无机纤维制备成母料在塑料增强中的强度提升量可以超过30%以上。特别是一些较大长径比的无机纤维（长径比大于100），增强效果更为明显。在功能塑料、工程塑料领域，高分子材料人员在不断地提升大长径比无机纤维制备成母料在塑料中应用。中国发明专利CN107880522A公开了晶须增强聚醚酮酮复合材料及其制备方法，利用聚醚酮酮树脂100份、可熔性氟塑料5～30份、无机晶须10～50份、偶联剂0.1～5份、交联剂0.1～3份，在保持聚醚酮酮树脂本身固有的优异的耐高温性、阻燃性、耐化学性、耐湿热性等性质同时，还能大幅提高制件的剪切强度和冲击强度，使其耐磨损性能更加优异，同时，又能大幅降低材料成本，满足更广泛的应用需求。
尽管无机纤维对塑料的增强作用明显，但具体使用时，大长径的无机纤维分散困难，在共混和挤出造粒时无机纤维与塑料基体之间存在相容性问题和摩擦，影响无机纤维与塑料基体之间的均匀相容性，一方面导致脱纤等使得增强效果受影响；另一方面大长径比无机纤维用于制备增强塑料母粒时纤维容易受螺杆的强剪切而长径比降低。尽管通过加入过量的石蜡、乙撑基双硬脂酰胺等使无机纤维增强塑料母粒在加工时具有良好的流动性以减少剪切造成纤维被剪断，然而，润滑改性剂的过量加入会使得塑料制品刚度受到影响，从而导致增强受限。
发明内容
目前利用无机纤维作为增强材料制备增强塑料母粒中采用的大长径比无机纤维容易被螺杆剪切受损，而且大长径比无机纤维的分散困难，通过加入大量的石蜡等润滑剂分散纤维的同时，对塑料制品的刚度和强度会产生不良影响。鉴于此，本发明提出一种润滑性无机纤维增强塑料母粒及制备方法。特别的特征，通过纳米二维滑动性片状无机材料修饰无机纤维，赋予无机纤维良好的滑动性，进一步，使纳米二维滑动性无机材料以界面修饰的方式与无机纤维结合，无机纤维在与基体塑料于螺杆中剪切分散时滑动性、分散性良好，得到的增强塑料母粒润滑助剂使用少、有效防止用于塑料制品时的脱纤问题。所得的增强塑料母粒适合用于各种精密注塑增强塑料制品、电器外壳、汽车配件、建筑材料等具有强度、刚度需求的塑料制品。
为实现上述所述的目的，首先，提供一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于，具体的制备方法如下：
S1：在反应釜中将正硅酸乙酯分散于乙醇和水的混合液，升温至40-50℃，在反应釜50-100rpm缓慢搅拌水解1-2h得到水解液，然后补充水，将无机纤维、纳米二维片状无机物加入反应釜，在400-800rpm高速搅拌15-45min；降低搅拌速度至50-100rpm，并加入氨水调整pH值为8-9，搅拌反应1-2h，静止30-45min，直接从反应釜抽除上层的清液，将得到的下层物加热至80℃烘干至含水15-20%，然后送入流化床干燥机，在热气流悬浮下干燥，得到纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S2：将聚苯乙烯溶于甲苯得到聚合物溶液，将步骤S1得到的纳米二维片状无机物修饰的无机纤维浸入聚合物溶液，真空处理3-5min，然后过滤除去聚合物溶液，将得到过滤物在60-80℃干燥除去甲苯，得到预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S3：将S2得到的预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维、基体树脂、增韧剂、润滑剂、相容剂、抗氧剂加入高速混合机，高速混合机的温度控制在120-125℃，高速分散混合30-60min，通过双螺杆挤出机挤出，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。
高长径比的无机纤维对塑料的增强功能是明显的。为了通过制备增强塑料母粒的形式使用无机纤维，优选的无机纤维直径1-10μm、长径比在10-50，过低的长径比会影响增强的效果，过高的长径比会影响分散性，甚至在制品中存在脱纤现象。
进一步优选的，步骤S1中所述无机纤维选用目前公知的无机纤维，包括玻璃纤维、氢氧化镁纤维、硅灰石纤维、碳酸钙晶须、钛酸钾晶须、硫酸钙晶须、硫酸镁晶须、碳化硅晶须、硼酸铝晶须、碳纤维中的一种或几种。
优选的，步骤S1中所述纳米二维片状无机物选用片状的二硫化钼、绢云母粉、石墨中的至少一种，其D50的厚度小于50nm。
为了在无机纤维增强塑料母粒加工以及母粒使用中保持良好的流动性、分散性，本发明将纳米二维片状无机物粘附于无机纤维，通过修饰无机纤维，利用纳米二维片状无机物良好的滑动性赋予无机纤维优异的滑动性和分散性，使得在无机纤维制备母粒时，加入较少的润滑剂仍然具有良好的流动性。为了将纳米二维片状无机物粘附于无机纤维，本发明利用正硅酸乙酯以水解为溶胶的粘接作用，将纳米二维片状无机物粘附于无机纤维。
优选的，步骤S1中所述中正硅酸乙酯、乙醇和水的混合液按照体积比1:5混合；其中，乙醇和水的混合体积比为5:1。
优选的，步骤S1中所述补充水的量按照水解液体积的1-2倍补充；补充水的目的是使水解液稀释，利于无机纤维、纳米二维片状无机物的分散，本发明利用水解为溶胶的粘接作用使纳米二维片状无机物粘附于无机纤维，水解为溶胶制作为粘接作用，因此最终起粘接作用的二氧化硅量不能过大，补充水可以稀释水解液使无机纤维、纳米二维片状无机物充分分散在水解液。
优选的，步骤S1中所述无机纤维、纳米二维片状无机物的加入质量比为3:1；进一步优选的，无机纤维、纳米二维片状无机物加入总量为补充水后水解液质量的20-25%。
优选的，步骤S1中所述流化床干燥机选用振动流化床干燥机，其在机械振动和穿孔热气流双重作用流化，并在振动作用下向前运动。物料在给定方向的激振力的作用下跳跃前进，同时床底下输入的90-100℃热风使物料处于流化状态，物料与热风充分接触，从而达到干燥和分散的效果，防止物料在干燥时过度粘连。进一步的，为了防止由于粘连团聚，在干燥前物料预烘干至含水15-20%。
优选的，步骤S2中所述聚苯乙烯与甲苯以质量比1：8溶解得到聚合物溶液。通过将聚苯乙烯溶于甲苯配制成聚合物溶液，将纳米二维片状无机物修饰的无机纤维浸入聚合物溶液，使纤维被聚合物浸润，类似于目前常用的将连续纤维预浸处理，利于纳米二维片状无机物修饰的无机纤维与基体树脂的相容。
优选的，步骤S2中所述真空处理3-5min，采用的真空度为0.06-0.08MPa，通过真空处理，使聚合物溶液被充分吸附在纳米二维片状无机物修饰的无机纤维的空隙。
优选的，步骤S3中所述预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维、基体树脂、增韧剂、润滑剂、相容剂、抗氧剂的混合比例按照重量份计为预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维50-60份、基体树脂30-40份、增韧剂1-3份、润滑剂0.1-0.3份、相容剂3-5份、抗氧剂0.1-0.5份。
进一步优选的，步骤S3中所述基体树脂选用聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的至少一种；所述增韧剂选用SBS、POE中的至少一种；所述润滑剂选用石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸、乙撑双脂肪酸酰胺中的至少一种；所述马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的至少一种；所述抗氧剂选用抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂2246中的至少一种。
优选的，步骤S3中所述双螺杆挤出机选用同向双螺杆挤出机，螺杆长径比控制在25/1-35/1；螺杆转速控制在150-200rpm；双螺杆挤出机的挤出温度控制在180-200℃。
本发明还提供由上述方法制备得到的一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。在高分子材料领域公知的，无机纤维用于塑料的增强其分散性至关重要。因此，在塑料增强母料制备的过程中，需要加入较高用量的润滑剂、分散剂。然而，这些润滑剂、分散剂会影响最终塑料制品的强度。基于此，本发明通过将纳米二维滑动性片状无机材料粘附修饰无机纤维，利用纳米二维片状无机材料的滑动性赋予无机纤维良好的滑动性，使得增强塑料母粒的制备过程中减少石蜡等润滑助剂的用量，从而减少对制品刚性和强度的影响。利用水解制备的二氧化硅溶胶的粘接性，将纳米二维滑动性片状无机材料粘附修饰无机纤维，进一步利用聚苯乙烯的溶液浸润处理，使纳米二维滑动性片状无机材料粘附修饰无机纤维在界面缺陷吸附聚合物，利于无机纤维在增强塑料母料加工制备、使用时与聚合物相容和分散。一个更为典型的优势是，纳米二维滑动性无机材料以界面修饰的方式与无机纤维结合在螺杆挤出机中与基体塑料滑动性、分散性良好，所得的增强塑料母粒用于注塑塑料制品具有高强度和高刚度，而且塑料制品表面光滑，有效防止用于塑料制品时的脱纤问题。
一种润滑性无机纤维增强塑料母粒及制备方法，相比于目前直接采用无机纤维配合基体树脂、润滑剂制备增强塑料母料，本发明的优异效果体现在：
（一）本发明通过将纳米二维滑动性片状无机材料粘附修饰无机纤维，利用纳米二维片状无机材料的滑动性赋予无机纤维良好的滑动性，使得增强塑料母粒的制备过程中减少石蜡等润滑助剂的用量，防止润滑剂影响塑料制品的刚度和强度。
（二）不同于直接将将纳米二维片状无机材料、无机纤维分散与基体树脂制备增强塑料母粒，本发明利用二氧化硅溶胶的粘结性将纳米二维片状无机材料粘附修饰无机纤维，使得增强塑料母料在制备、使用时流动性良好，降低螺杆剪切损伤纤维，赋予塑料制品良好的刚性和光泽，而且不脱纤。
（三）本发明制备方法采用成熟的设备，工艺易控，易于规模化推广使用。
附图说明
以下结合附图对本发明的有益效果做进一步说明：
图1是本发明实施例得到的无机纤维增强塑料母粒图，母粒表面圆润光滑。
图2是对比例1得到的无机纤维增强塑料母粒图，母粒表面粗糙，存在脱纤。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的和具体的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
实施例1
S1：在反应釜中将5L正硅酸乙酯分散于25L的乙醇和水的混合液，升温至50℃，并在100rpm缓慢搅拌水解2h得到水解液，然后补充40L水，将直径1-10μm、长径比在10-50的玻璃纤维12kg、D50的厚度小于50nm绢云母粉4kg加入反应釜，在800rpm高速搅拌45min；降低搅拌速度至50rpm，并加入氨水调整pH值为9，搅拌反应2h，静止45min，直接从反应釜抽除上层的清液，将得到的下层物加热至80℃烘干至含水20%，然后送入振动流化床干燥机，物料在给定方向的激振力的作用下跳跃前进，同时床底下输入的100℃热风使物料处于流化状态，物料与热风充分接触，在热气流悬浮下干燥，得到纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S2：将聚苯乙烯与甲苯以质量比1：8溶解得到聚合物溶液得到聚合物溶液，将步骤S1得到的纳米二维片状无机物修饰的无机纤维浸入过量的聚合物溶液，真空度为0.06MPa真空处理5min，使聚合物溶液被充分吸附在纳米二维片状无机物修饰的无机纤维的空隙，然后过滤除去聚合物溶液，将得到过滤物在80℃干燥除去甲苯，得到预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S3：将S2得到的预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维6kg、聚丙烯4kg、POE8150（美国陶氏）0.3kg、聚乙烯蜡0.01kg、马来酸酐接枝聚乙烯0.5kg、0.02kg抗氧剂1010加入高速混合机，高速混合机的温度控制在125℃，以600rpm高速分散混合30min，然后送入长径比为35/1的65型同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速控制在200rpm；螺杆温度进料区控制在180℃，混炼区温度控制在190℃，出料区温度控制在200℃，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。在螺杆挤出过程中，电流明显变低，物料流动性较好，得到的无机纤维增强塑料母粒表面圆润光滑，如附图1所示，为实施例1挤出得到的无机纤维增强塑料母粒。
实施例2
S1：在反应釜中将5L正硅酸乙酯分散于25L的乙醇和水的混合液，升温至50℃，并在50rpm缓慢搅拌水解1h得到水解液，然后补充50L水，将直径1-10μm、长径比在10-50的硫酸钙晶须15kg、D50的厚度小于50nm的二硫化钼5kg加入反应釜，在500rpm高速搅拌30min；降低搅拌速度至50rpm，并加入氨水调整pH值为9，搅拌反应2h，静止45min，直接从反应釜抽除上层的清液，将得到的下层物加热至80℃烘干至含水20%，然后送入振动流化床干燥机，物料在给定方向的激振力的作用下跳跃前进，同时床底下输入的100℃热风使物料处于流化状态，物料与热风充分接触，在热气流悬浮下干燥，得到纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S2：将聚苯乙烯与甲苯以质量比1：8溶解得到聚合物溶液得到聚合物溶液，将步骤S1得到的纳米二维片状无机物修饰的无机纤维浸入过量的聚合物溶液，真空度为0.06MPa真空处理5min，使聚合物溶液被充分吸附在纳米二维片状无机物修饰的无机纤维的空隙，然后过滤除去聚合物溶液，将得到过滤物在80℃干燥除去甲苯，得到预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S3：将S2得到的预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维6kg、聚乙烯4kg、SBS0.1kg、乙撑双脂肪酸酰胺0.01kg、相容剂马来酸酐接枝聚乙烯0.3kg、0.05kg抗氧剂1010加入高速混合机，高速混合机的温度控制在120℃，以600rpm高速分散混合30min，然后送入长径比为35/1的65型同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速控制在200rpm；螺杆温度进料区控制在180℃，混炼区温度控制在190℃，出料区温度控制在200℃，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。
实施例3
S1：在反应釜中将5L正硅酸乙酯分散于25L的乙醇和水的混合液，升温至50℃，并在50rpm缓慢搅拌水解1h得到水解液，然后补充50L水，将直径1-10μm、长径比在10-50的碳酸钙晶须15kg、D50的厚度小于50nm的二硫化钼5kg加入反应釜，在500rpm高速搅拌30min；降低搅拌速度至50rpm，并加入氨水调整pH值为9，搅拌反应2h，静止45min，直接从反应釜抽除上层的清液，将得到的下层物加热至80℃烘干至含水20%，然后送入振动流化床干燥机，物料在给定方向的激振力的作用下跳跃前进，同时床底下输入的100℃热风使物料处于流化状态，物料与热风充分接触，在热气流悬浮下干燥，得到纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S2：将聚苯乙烯与甲苯以质量比1：8溶解得到聚合物溶液得到聚合物溶液，将步骤S1得到的纳米二维片状无机物修饰的无机纤维浸入过量的聚合物溶液，真空度为0.06MPa真空处理5min，使聚合物溶液被充分吸附在纳米二维片状无机物修饰的无机纤维的空隙，然后过滤除去聚合物溶液，将得到过滤物在80℃干燥除去甲苯，得到预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S3：将S2得到的预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维5kg、聚乙烯4kg、SBS0.1kg、硬脂酸0.01kg、相容剂马来酸酐接枝聚乙烯0.3kg、0.05kg抗氧剂1010加入高速混合机，高速混合机的温度控制在120℃，以600rpm高速分散混合30min，然后送入长径比为35/1的65型同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速控制在200rpm；螺杆温度进料区控制在180℃，混炼区温度控制在190℃，出料区温度控制在200℃，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。
对比例1
S1：将直径1-10μm、长径比在10-50的玻璃纤维12kg、D50的厚度小于50nm绢云母粉4kg混合均匀，得到纳米二维片状无机物-无机纤维；
S2：将S1得到的纳米二维片状无机物-无机纤维6kg、聚丙烯4kg、POE8150（美国陶氏）0.3kg、聚乙烯蜡0.01kg、马来酸酐接枝聚乙烯0.5kg、0.02kg抗氧剂1010加入高速混合机，高速混合机的温度控制在125℃，以600rpm高速分散混合30min，然后送入长径比为35/1的65型同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速控制在200rpm；螺杆温度进料区控制在180℃，混炼区温度控制在190℃，出料区温度控制在200℃，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。
该方案实验进行挤出造粒时，纳米二维片状无机物与无机纤维没有预先在二氧化硅溶胶粘附处理，未能使纳米二维片状无机物粘附包覆无机纤维进行，而是直接采用纳米二维片状无机物与无机纤维复合。由于纳米二维片状无机物未能有效粘附无机纤维，使得无机纤维在基体树脂中进行挤出造粒时流动性较差，无机纤维的分散性受影响。得到的增强塑料母粒光泽明显变差，对增强有一定的影响；如附图2所示，无机纤维增强塑料母粒表面粗糙，存在脱纤。
对比例2
S1：在反应釜中将5L正硅酸乙酯分散于25L的乙醇和水的混合液，升温至50℃，并在50rpm缓慢搅拌水解1h得到水解液，然后补充50L水，将直径1-10μm、长径比在10-50的硫酸钙晶须15kg、D50的厚度小于50nm的二硫化钼5kg加入反应釜，在500rpm高速搅拌30min；降低搅拌速度至50rpm，并加入氨水调整pH值为9，搅拌反应2h，静止45min，直接从反应釜抽除上层的清液，将得到的下层物加热至80℃烘干至含水20%，然后送入振动流化床干燥机，物料在给定方向的激振力的作用下跳跃前进，同时床底下输入的100℃热风使物料处于流化状态，物料与热风充分接触，在热气流悬浮下干燥，得到纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S2：将S1得到的纳米二维片状无机物修饰的无机纤维6kg、聚乙烯4kg、SBS 0.1kg、乙撑双脂肪酸酰胺0.01kg、相容剂马来酸酐接枝聚乙烯0.3kg、0.05kg抗氧剂1010加入高速混合机，高速混合机的温度控制在120℃，以600rpm高速分散混合30min，然后送入长径比为35/1的65型同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速控制在200rpm；螺杆温度进料区控制在180℃，混炼区温度控制在190℃，出料区温度控制在200℃，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。
该方案实验进行挤出造粒时，纳米二维片状无机物修饰的无机纤维没有采用聚合物溶液浸润处理，纳米二维片状无机物修饰的无机纤维与基体树脂的相容性有一定缺陷，造成得到的无机纤维增强塑料母粒用于增强塑料制品时强度提升有限。
对比例3
S1：将聚苯乙烯与甲苯以质量比1：8溶解得到聚合物溶液得到聚合物溶液，将直径1-10μm、长径比在10-50的碳酸钙晶须浸入过量的聚合物溶液，真空度为0.06MPa真空处理5min，使聚合物溶液被充分吸附，然后过滤除去聚合物溶液，将得到过滤物在80℃干燥除去甲苯，得到预处理无机纤维；
S2：将S1得到的预处理无机纤维5kg、聚乙烯4kg、SBS 0.1kg、硬脂酸0.01kg、相容剂马来酸酐接枝聚乙烯0.3kg、0.05kg抗氧剂1010加入高速混合机，高速混合机的温度控制在120℃，以600rpm高速分散混合30min，然后送入长径比为35/1的65型同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速控制在200rpm；螺杆温度进料区控制在180℃，混炼区温度控制在190℃，出料区温度控制在200℃，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。
该方案没有加入片状二硫化钼处理无机纤维，进行挤出造粒时，粘度大，影响分散性，造成得到的无机纤维增强塑料母粒用于增强塑料制品时强度提升有限。
对比例4
S1：将聚苯乙烯与甲苯以质量比1：8溶解得到聚合物溶液得到聚合物溶液，将直径1-10μm、长径比在10-50的碳酸钙晶须浸入过量的聚合物溶液，真空度为0.06MPa真空处理5min，使聚合物溶液被充分吸附，然后过滤除去聚合物溶液，将得到过滤物在80℃干燥除去甲苯，得到预处理无机纤维；
S2：将S1得到的预处理无机纤维5kg、聚乙烯4kg、SBS 0.1kg、硬脂酸0.5kg、相容剂马来酸酐接枝聚乙烯0.3kg、0.05kg抗氧剂1010加入高速混合机，高速混合机的温度控制在120℃，以600rpm高速分散混合30min，然后送入长径比为35/1的65型同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速控制在200rpm；螺杆温度进料区控制在180℃，混炼区温度控制在190℃，出料区温度控制在200℃，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。
该方案没有加入片状二硫化钼处理无机纤维，进行挤出造粒时，提升了润滑剂硬脂酸的用量，尽管流动性较好，可以促进无机纤维的分散，但在将增强塑料母粒用于增强塑料制品时强度提升有限，弯曲性能出现较大幅的降低，导致塑料制品刚性降低。
增强塑料母粒的润滑流动性测试：
参照GB/T 3682-2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》测试实施例1-3、对比例1-4实验得到的无机纤维增强塑料母粒得流动性能。测试原理为：将得到的增强塑料母粒进行加热和施加负荷，从而测量材料熔体在10min内从规定直径的口模中流出的质量，以判断润滑流动性，10min内从口模中流出的料越多说明润滑流动性越好。测试条件为：压力2.16kg、温度220℃、出料口直径Φ2.095mm、压力活塞杆头直径9.475mm。测试数据如表1所示。
表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
增强塑料母粒用于增强HDPE力学性能的测试：
将实施例1-3、对比例1-4实验得到的无机纤维增强塑料母粒与牌号为3000J的注塑级HDPE以质量比1：3混合均匀，在220℃注塑样条进行测试，将纯3000J HDPE注塑样条作为参比样。
参照GB /T 1040《塑料拉伸性能试验方法》测试，注塑样为1型，样总长15cm，测试平行宽度1cm，厚度0.4cm，用于拉伸强度的测试；测试结果如表2所示。
参照GB /T 9341-2000《塑料弯曲性能试验方法》采用注塑得到长8cm，宽度1cm，厚度0.4cm的样品，在10mm/min的试验速度下使样品弯曲承受的最大应力，作为抗弯曲性能表征；弯曲强度越大，材料的刚性越好。测试结果如表2所示。
表2：
Figure 854879DEST_PATH_IMAGE002
通过上述测试，本发明通过将纳米二维滑动性片状无机材料粘附修饰无机纤维，利用纳米二维片状无机材料的滑动性赋予无机纤维良好的滑动性，使得增强塑料母粒的制备过程中减少石蜡等润滑助剂的用量，不同于对比例1直接将将纳米二维片状无机材料、无机纤维分散与基体树脂制备增强塑料母粒，本发明利用二氧化硅溶胶的粘结性将纳米二维片状无机材料粘附修饰无机纤维，使得增强塑料母料在制备、使用时流动性良好，降低螺杆剪切损伤纤维，赋予塑料制品良好的抗弯曲性能和强度，表现为较好的刚性和光泽。
应当理解，本文所述的示例性实施方案应当被认为是说明性的而非限制性的。而且，应可将各实施方案中关于各特征或方面的描述适用于其他实施方案中的其他类似特征或方面。
尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施方案，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过以下权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (10)

1.一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于，具体的制备方法如下：
S1：在反应釜中将正硅酸乙酯分散于乙醇和水的混合液，升温至40-50℃，在反应釜50-100rpm缓慢搅拌水解1-2h得到水解液，然后补充水，将无机纤维、纳米二维片状无机物加入反应釜，在400-800rpm高速搅拌15-45min；降低搅拌速度至50-100rpm，并加入氨水调整pH值为8-9，搅拌反应1-2h，静止30-45min，直接从反应釜抽除上层的清液，将得到的下层物加热至80℃烘干至含水15-20%，然后送入流化床干燥机，在热气流悬浮下干燥，得到纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S2：将聚苯乙烯溶于甲苯得到聚合物溶液，将步骤S1得到的纳米二维片状无机物修饰的无机纤维浸入聚合物溶液，真空处理3-5min，然后过滤除去聚合物溶液，将得到过滤物在60-80℃干燥除去甲苯，得到预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维；
S3：将S2得到的预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维、基体树脂、增韧剂、润滑剂、相容剂、抗氧剂加入高速混合机，高速混合机的温度控制在120-125℃，高速分散混合30-60min，通过双螺杆挤出机挤出，拉条切粒，得到一种润滑性无机纤维增强塑料母粒。
2.根据权利要求1所述一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述无机纤维选用直径1-10μm、长径比在10-50的无机纤维；所述无机纤维选用玻璃纤维、氢氧化镁纤维、硅灰石纤维、碳酸钙晶须、钛酸钾晶须、硫酸钙晶须、硫酸镁晶须、碳化硅晶须、硼酸铝晶须、碳纤维中的一种或几种；所述纳米二维片状无机物其D50的厚度小于50nm；所述纳米二维片状无机物选用二硫化钼、绢云母粉、石墨中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述中正硅酸乙酯、乙醇和水的混合液按照体积比1:5混合；其中，乙醇和水的混合体积比为5:1。
4.根据权利要求1所述一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述补充水的量按照水解液体积的1-2倍补充。
5.根据权利要求1所述一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述无机纤维、纳米二维片状无机物的加入质量比为3:1；所述无机纤维、纳米二维片状无机物加入总量为补充水后水解液质量的20-25%。
6.根据权利要求1所述一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述流化床干燥机选用振动流化床干燥机。
7.根据权利要求1所述一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述真空处理3-5min，采用的真空度为0.06-0.08MPa。
8.根据权利要求1所述一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维、基体树脂、增韧剂、润滑剂、相容剂、抗氧剂的混合比例按照重量份计为预处理纳米二维片状无机物修饰的无机纤维50-60份、基体树脂30-40份、增韧剂1-3份、润滑剂0.1-0.3份、相容剂3-5份、抗氧剂0.1-0.5份；所述基体树脂选用聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的至少一种；所述增韧剂选用SBS、POE中的至少一种；所述润滑剂选用石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸、乙撑双脂肪酸酰胺中的至少一种；所述马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的至少一种；所述抗氧剂选用抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂2246中的至少一种。
9.根据权利要求1所述一种润滑性无机纤维增强塑料母粒的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述双螺杆挤出机选用同向双螺杆挤出机，螺杆长径比控制在25/1-35/1；螺杆转速控制在150-200rpm；双螺杆挤出机的挤出温度控制在180-200℃。
10.一种润滑性无机纤维增强塑料母粒，其特征在于：由权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。
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