CN111434716A - 一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法及其工艺，具体包括以下原料及重量分数：聚乳酸50~80份、玻璃纤维10~60份、碳酸钙或滑石粉5~20份、竹纤维1~10份、相容剂2~10份、抗氧剂0.1~0.3份、辅助抗氧剂0.2~0.6份、润滑剂0.2~2份、抗水解剂0.5~3份。本发明一是通过添加相容剂，解决了聚乳酸与玻璃纤维、竹纤维、碳酸钙之间相容性的问题；二是通过添加短玻璃纤维和高目数的碳酸钙或者滑石粉，使得产品表面比较光滑以及具有较高光泽度；三是通过退火处理使得产品的耐热温度达到150℃左右。本发明的玻璃纤维/聚乳酸复合材料可用作制造家用饭碗、筷子、杯子等。

Description

一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法及其工艺
技术领域
本发明属于高分子材料改性领域，具体涉及一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法及应用。
背景技术
随着现今石油资源的匮乏以及环境污染的问题日益加重，不可降解塑料逐渐地被可降解塑料所代替，聚乳酸作为其中典型的材料之一，它具有良好的生物降解性、生物相容性以及较高的强度，可以应用到生物医药、包装材料、家用装饰、儿童餐具、农作物用薄膜和纺织纤维等方面，但是它的脆性大、耐热性差、价格昂贵。
玻璃纤维是一种价格低廉、性能优异的无机非金属材料,它具有强度高、耐热性好、工艺性能良好、耐化学腐蚀性良好、电绝缘性好等优点，因此选用玻璃纤维作为复合材料的增强材料。
利用玻璃纤维制备玻璃纤维/聚乳酸复合材料，主要是通过玻璃纤维的加入，使得聚乳酸的拉伸强度、弯曲强度以及耐热性能均有显著地提高，与此同时，使得聚乳酸的韧性也有相应地提升。
目前关于玻璃纤维/聚乳酸复合材料已有一定的研究，但是在实际应用中是很少的，且存在以下问题需要解决：（1）玻璃纤维与聚乳酸的相容性不好，从而影响其其宏观性能；（2）玻璃纤维/聚乳酸复合材料的耐热问题；（3）玻璃纤维/聚乳酸复合材料表面粗糙问题。
发明内容
本发明针对玻璃纤维/聚乳酸复合材料存在的以上问题，提供了一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法及其工艺。
本发明的第一个目的是制备一种表面有光泽、具有高强度、良好的耐热性、良好的尺寸稳定性以及耐水解性的玻璃纤维/聚乳酸复合材料。
本发明的第二个目的是将竹纤维加入玻璃纤维/聚乳酸复合材料中，来赋予产品自然、美好的外观。
本发明的第三个目的是所制备的玻璃纤维/聚乳酸复合材料能够在家用饭碗、筷子、杯子等上面得到很好的应用。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现的：
按重量份数计包括以下原料：聚乳酸90~50份、玻璃纤维10~40份、碳酸钙或滑石粉5~20份、竹纤维1~5份、相容剂2~10份、抗氧剂0.1~0.3份、辅助抗氧剂0.2~0.6份、润滑剂0.2~2份、抗水解剂0.5~3份。
其中，所述的聚乳酸具有良好的耐热性；所述的玻璃纤维为短玻璃纤维；所述的竹纤维的目数为60~200目；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乳酸；所述的抗氧剂为酚类抗氧剂；所述的润滑剂为季戊四醇硬酯酸酯（PETS）；所述的抗水解剂为聚碳化二亚胺类聚合物。
本发明通过添加相容剂，解决了聚乳酸与玻璃纤维、竹纤维、碳酸钙之间相容性的问题。
本发明添加短玻璃纤维和高目数的碳酸钙或者滑石粉，使得产品表面比较光滑以及具有较高光泽度。
本发明通过添加抗水解剂使得产品能在100℃水中不发生裂纹，从而满足其在现实生活中的应用。
本发明通过退火处理使得玻璃纤维/聚乳酸复合材料的热变形达到140~160°。退火工艺为110℃条件下退火10~20min。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1
分别取聚乳酸50份、玻璃纤维30份、碳酸钙20份、竹纤维（80目）3份、相容剂3份、抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.2份、润滑剂2份、抗水解剂0.5份；
制备工艺步骤如下：
a. 首先将竹纤维用80目的筛网进行筛分，得到80目的竹纤维，然后将其置于80℃烘箱中恒温干燥24小时，备用；
b. 将聚乳酸与相容剂在80℃烘箱中恒温干燥6~8小时，备用；
c. 将上述原料按照重量份数称取；
d. 将聚乳酸和增韧剂放入高速搅拌机内，开启搅拌机，缓慢加入白油，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为5min；
e. 待分散均匀后，依次加入抗氧剂、辅助抗氧剂、润滑剂、抗水解剂、竹纤维、玻璃纤维，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为15min；
f. 待其分散均匀后，最后加入碳酸钙，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为15min；
g. 将混合好的物料取出后置于双螺杆中挤出造粒，挤出温度为160~180℃，主机转速为200~300r/min,切粒速度为20~25 r/min,喂料速度为8~15 r/min；
h. 将制造好的复合材料粒子于80~100℃下干燥8~10h，经注塑机注塑标准样条。
实施例2
分别取聚乳酸50份、玻璃纤维30份、滑石粉20份、竹纤维（100目）3份、相容剂5份、抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.2份、润滑剂0.8份、抗水解剂0.5份；
制备工艺步骤如下：
a. 首先将竹纤维用80目的筛网进行筛分，得到80目的竹纤维，然后将其置于80℃烘箱中恒温干燥24小时，备用；
b. 将聚乳酸与相容剂在80℃烘箱中恒温干燥6~8小时，备用；
c. 将上述原料按照重量份数称取；
d. 将聚乳酸和增韧剂放入高速搅拌机内，开启搅拌机，缓慢加入白油，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为5min；
e. 待分散均匀后，依次加入抗氧剂、辅助抗氧剂、润滑剂、抗水解剂、竹纤维、玻璃纤维，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为15min；
f. 待其分散均匀后，最后加入滑石粉，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为15min；
g. 将混合好的物料取出后置于双螺杆中挤出造粒，挤出温度为160~180℃，主机转速为200~300r/min,切粒速度为20~25 r/min,喂料速度为8~15 r/min；
h. 将制造好的复合材料粒子于80~100℃下干燥8~10h，经注塑机注塑标准样条。
实施例3
分别取聚乳酸50份、玻璃纤维40份、碳酸钙10份、竹纤维（200目）3份、相容剂5份、抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.2份、润滑剂3份、抗水解剂0.5份；
工艺步骤如下：
a. 首先将竹纤维用80目的筛网进行筛分，得到80目的竹纤维，然后将其置于80℃烘箱中恒温干燥24小时，备用；
b. 将聚乳酸与相容剂在80℃烘箱中恒温干燥6~8小时，备用；
c. 将上述原料按照重量份数称取；
d. 将聚乳酸和增韧剂放入高速搅拌机内，开启搅拌机，缓慢加入白油，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为5min；
e. 待分散均匀后，依次加入抗氧剂、辅助抗氧剂、润滑剂、抗水解剂、竹纤维、玻璃纤维，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为15min；
f. 待其分散均匀后，最后加入碳酸钙，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为15min；
g. 将混合好的物料取出后置于双螺杆中挤出造粒，挤出温度为160~180℃，主机转速为200~300r/min,切粒速度为20~25 r/min,喂料速度为8~15 r/min；
h. 将制造好的复合材料粒子于80~100℃下干燥8~10h，经注塑机注塑标准样条。
下表1为上述3个案例复合材料的综合性能的测试结果，其中热变形测试采用GB/T1643标准，具体结果如表1：
表1 各案例及对比试样的性能
案例 1 2 3
密度 1.62 1.71 1.60
熔指 20.17 11.15 17.92
拉伸强度 57.40 74.96 88.77
断裂伸长率 6.37 7.74 6.39
弯曲强度 69.52 113 123
弯曲模量 9189 13006 12027
缺口冲击 3.76 4.72 5.43
收缩率 0.32-0.38 0.30-0.35 0.25-0.29
热变形温度（退火前） 58.40 59.10 58.80
热变形温度（退火后） 144 147.7 152.7

Claims (10)

1.一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，按重量份数计包括以下原料；聚乳酸50~80份、玻璃纤维10~60份、碳酸钙或滑石粉5~20份、竹纤维1~10份、相容剂2~10份、抗氧剂0.1~0.3份、辅助抗氧剂0.2~0.6份、润滑剂0.2~2份、抗水解剂0.5~3份。
2.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚乳酸为高熔指注塑级树脂。
3.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维为短玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳酸钙或滑石粉目数为2000目~纳米级。
5.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述竹纤维的目数为60~200目。
6.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚乳酸。
7.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述抗氧剂为酚类抗氧剂。
8.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为季戊四醇硬酯酸酯（PETS）。
9.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述抗水解剂为聚碳化二亚胺类聚合物。
10.根据权利要求1所述一种玻璃纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下工艺步骤：
⑴首先将竹纤维用60~200目的筛网进行筛分，然后将其置于80℃烘箱中恒温干燥24小时，备用；
⑵将聚乳酸与相容剂在80℃烘箱中恒温干燥6~8小时，备用；
⑶将上述原料按照重量份数称取；
⑷将聚乳酸和相容剂放入高速搅拌机内，开启搅拌机，缓慢加入白油，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为5min；
⑸待分散均匀后，依次加入抗氧剂、辅助抗氧剂、润滑剂、抗水解剂、竹纤维、玻璃纤维，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为15min；
⑹待其分散均匀后，最后加入碳酸钙，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为15min；
⑺将混好的物料取出后置于双螺杆中挤出造粒，挤出温度为160~180℃，主机转速为200~300r/min,切粒速度为20~25 r/min,喂料速度为8~15 r/min；
⑻将制造好的复合材料粒子于80~100℃下干燥8~10h，经注塑机注塑标准样条；
⑼对比退火前后的热变形温度，退火工艺为110℃条件下退火10~20min。
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