CN113150434B - 植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料包括有聚丙烯基体以及分布于所述聚丙烯基体中的植物纤维和聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐，其中，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐通过化学键连接于所述植物纤维。本发明的植物纤维增强聚丙烯复合材料中，植物纤维与聚丙烯树脂之间具有良好的相容性，使得植物纤维增强聚丙烯复合材料具有优异的力学性能。

Description

植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
由于植物纤维表面含有大量的羟基，具有较强的亲水性，而疏水性的聚丙烯树脂中缺少可与羟基发生反应的基团，所以，植物纤维与聚丙烯树脂之间的相容性很差。进而，在将植物纤维用于增强聚丙烯树脂制备复合材料时，很容易在界面上形成空隙和缺陷，导致复合材料的力学性能很差。特别是，当植物纤维含量较高时，复合材料表现出明显的脆性，难以获得力学性能优异的复合材料。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种力学性能优异的植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
一种植物纤维增强聚丙烯复合材料，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料包括有聚丙烯基体以及分布于所述聚丙烯基体中的植物纤维和聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐，其中，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐通过化学键连接于所述植物纤维。
在其中一个实施例中，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的接枝率为0.63％-0.93％。
在其中一个实施例中，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的熔融指数(190℃*2.16kg)为42.4g/10min-94.9g/10min。
在其中一个实施例中，所述聚丙烯的熔融指数(230℃*2.16kg)为10g/10min-50g/10min。
在其中一个实施例中，所述植物纤维的长度为2mm-20mm。
在其中一个实施例中，所述植物纤维包括棕榈纤维。
在其中一个实施例中，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料中还包括抗氧剂。
在其中一个实施例中，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料中，所述植物纤维的质量百分比为20％-70％，所述抗氧剂的质量百分比小于或等于2％，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的质量百分比为1％-10％。
本发明还提供了一种植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯、植物纤维以及聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐充分混合均匀，得到混合物料；
将所述混合物料进行熔融共混得到熔体，所述熔体冷却后，得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
在其中一个实施例中，所述熔融共混的温度为175℃-220℃，熔融共混的时间为4min-8min。
本发明的植物纤维增强聚丙烯复合材料中，聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的一端能够与植物纤维表面的羟基发生反应并生成化学键，另一端能够与聚丙烯分子链发生链缠绕，从而，聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的添加能够极大改善亲水性植物纤维与疏水性聚丙烯树脂之间的相容性，增强二者的界面结合力，促进聚丙烯与植物纤维形成稳定的共混结构，进而，显著提高了植物纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能。
附图说明
图1为对比例2所得植物纤维增强聚丙烯复合材料的扫描电镜图；
图2为实施例3所得植物纤维增强聚丙烯复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
以下将对本发明提供的植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法作进一步说明。
本发明提供的植物纤维增强聚丙烯复合材料包括有聚丙烯基体以及分布于所述聚丙烯基体中的植物纤维和聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐，其中，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐通过化学键连接于所述植物纤维。
本发明的植物纤维增强聚丙烯复合材料中，聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的一端能够与植物纤维表面的羟基发生反应并生成化学键，另一端能够与聚丙烯分子链发生链缠绕，从而，聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的添加能够极大改善亲水性植物纤维与疏水性聚丙烯树脂之间的相容性，增强二者的界面结合力，促进聚丙烯与植物纤维形成稳定的共混结构，进而，能够显著提高植物纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能。
另外，聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐中，降冰片烯二酸酐的高接枝率能够增加聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐与植物纤维表面的羟基以及与聚丙烯分子链的有效链接，改善二者的相容性，提高界面结合力，增强聚丙烯复合材料的力学性能。但是，要得到具有高接枝率的聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐，则需要在制备聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐时升高制备温度至200℃以上或增加引发剂含量，这样会导致在接枝率升高的同时，聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的熔融指数也相应增大。而熔融指数过高时，其分子链断裂严重，反而不利于提高复合材料的力学性能。因此，本发明所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的接枝率优选为0.63％-0.93％，在该接枝率范围内，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的熔融指数(190℃*2.16kg)为42.4g/10min-94.9g/10min，进一步地，接枝率优选为0.89％，在该接枝率时，聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min。
所述聚丙烯包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或几种。
其中，所述聚丙烯作为复合材料的基体，需要能够良好地包覆作为增强体的植物纤维，以避免复合材料中出现结构上的缺陷。由于在本发明中植物纤维的填充量较大，为能达到较好的熔融共混效果，应使用熔融指数较大的聚丙烯；但若熔融指数过高，则又会使聚丙烯的分子量降低且链段松散，导致材料的脆性过大以及韧性变差，不利于聚丙烯复合材料在力学性能上的提升。因此，本发明所述聚丙烯的熔融指数(230℃*2.16kg)优选为10g/10min-50g/10min，进一步优选为30g/10min-50g/10min。
进一步地，该熔融指数范围内的聚丙烯很难对较长的纤维进行良好的包覆，所以，在制备植物纤维增强聚丙烯复合材料时，需要缩短植物纤维的长度。但是，植物纤维长度如果过短，其填充性能和交织性能也会变差，不能充分地发挥植物纤维对聚丙烯树脂的增强作用，导致力学性能的提升不明显。因此，本发明所述植物纤维的长度优选为2mm-20mm，进一步优选为5mm-10mm。
可作为增强体用于聚丙烯复合材料的植物纤维的种类有很多，包括：棉纤维、麻纤维、竹纤维、椰壳纤维、棕榈纤维等。其中，棕榈纤维作为提炼棕榈油后剩下的副产物，其产量巨大，价格便宜，具有高性价比、高机械强度和密度低等特点。因此，将棕榈纤维用于增强聚丙烯树脂制备复合材料，不仅能够充分利用生物质资源，而且能够产生良好的经济效益。因此，本发明所述植物纤维优选为棕榈纤维。
本发明中所述植物纤维增强聚丙烯复合材料为木塑复合材料，多用在室外环境。在日照条件下，渗入到复合材料中的氧气能快速的与聚合物发生反应，导致聚合物降解或交联，从而改变复合材料的性能，不利于其继续发挥作用。抗氧剂可以通过分解氧化过程中产生的氢过氧化物，生成稳定的非活性产物，从而使链式反应终止，能够有效地延缓聚合物的氧化反应，保证其能够顺利地进行加工并延长使用寿命。因此，本发明所述植物纤维增强聚丙烯复合材料中，还可以添加抗氧剂对材料进行防氧化处理。
在一个或多个实施例中，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂12中的一种或几种。
其中，抗氧剂1010为酚类抗氧剂，其挥发性小、热稳定性高、持效性长，对聚丙烯有卓越的抗氧化性能，能有效地延长制品的使用寿命。此外，将抗氧剂1010与抗氧剂168并用时，还能产生协同效应，可利用抗氧剂168分解大分子过氧化氢，阻止链式反应的发展，从而提高抗氧剂1010的抗氧化性能，有效地防止聚丙烯在长期老化过程中的热氧化降解。因此，本发明所述抗氧剂优选为抗氧剂1010和抗氧剂168两种的组合，二者的质量比为1∶1。
在本发明所述植物纤维增强聚丙烯复合材料中，聚丙烯作为基体，植物纤维则是增强体，二者为制备原料的主要部分。当聚丙烯的重量份数过高而植物纤维的重量份数低，不利于植物纤维发挥对复合材料的增强作用；当聚丙烯的重量份数过低而植物纤维的重量份数高时，复合材料又会表现出明显的脆性。因此，植物纤维增强聚丙烯复合材料中，所述聚丙烯的质量百分比优选为20％-80％，进一步优选为20％-79％，更优选为44％-77％；所述植物纤维的质量百分比优选为20％-70％，进一步优选为20％-50％。
所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐是为了改善植物纤维与聚丙烯树脂之间的相容性，增大二者的界面结合力，从而提高复合材料的力学性能。由于本发明所述植物纤维增强聚丙烯复合材料中的植物纤维的填充量较高，当聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐添加量较少时，对提高二者之间界面结合力的效果有限，不能发挥出较大的改善作用；但由于聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐本身的强度较低，当添加量过多时，又会降低复合材料的力学强度。因此，植物纤维增强聚丙烯复合材料中，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的质量百分比为1％-10％，进一步优选为2％-6％。
另外，所述抗氧剂作为防止聚丙烯被热氧化降解的添加剂，在复合材料中少量存在时，就可以发挥出所需的作用。因此，植物纤维增强聚丙烯复合材料中，所述抗氧剂的质量百分比小于或等于2％，进一步优选为0.5％-1％。
本发明还提供了一种植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将聚丙烯、植物纤维以及聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐充分混合均匀，得到混合物料；
S2、将所述混合物料进行熔融共混得到熔体，所述熔体冷却后，得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
步骤S1中，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料的混合物料中，所述聚丙烯、植物纤维以及聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐按上述质量百分比准确称量。
在一个或多个实施例中，所述混合物料中还可以添加抗氧剂。
步骤S2的熔融共混的过程中，若熔融共混的温度过低或熔融共混的时间过短，不利于聚丙烯树脂的熔融以及高填充量的植物纤维在聚丙烯树脂熔体中的分散；而若熔融共混的温度过高或熔融共混的时间过长，则又会导致植物纤维的降解碳化。因此，本发明所述熔融共混的温度优选为175℃-220℃，进一步优选为180℃-190℃；所述熔融共混的时间优选为4min-8min，进一步优选为5min-7min，以获得性能优异的熔体。其中，熔融共混的时间从投料完成后开始计时。
所述熔融共混的步骤可选择在哈克转矩流变仪中进行，具体地，所述混合物料可以从喂料口添加至哈克转矩流变仪中。
另外，可以进一步控制哈克转矩流变仪的转子的转速为40rpm-80rpm，优选为50rpm-70rpm，以避免熔体中的各原料因分散较差形成团聚而导致结构缺陷。
因此，本发明通过熔融共混的方法即可得到所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，制备方法简单，适用于工业化生产。
以下，将通过具体的实施例对所述植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法做进一步的说明
对比例1：
按重量份数称取原料：100份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)。
将原料准确称量后，从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到聚丙烯材料。
将该对比例获得的聚丙烯材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
对比例2：
按重量份数称取原料：59份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该对比例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
图1为该对比例所得植物纤维增强聚丙烯复合材料的扫描电镜图，从图中可以看出，在未添加聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐时，棕榈纤维与聚丙烯树脂之间呈明显的分离状态，表明二者之间并未能够进行良好地相容。
对比例3：
按重量份数称取原料：55份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，4份马来酸酐接枝聚丙烯(美国杜邦MD353D，接枝率为1.4％，熔融指数(190℃*2.16kg)为470g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该对比例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
对比例4：
按重量份数称取原料：58.69份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，0.28份降冰片烯二酸酐，0.03份过氧化二异丙苯，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该对比例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
对比例5：
按重量份数称取原料：55份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，4份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.56％，熔融指数(190℃*2.16kg)为36.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该对比例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
对比例6：
按重量份数称取原料：55份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，4份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.98％，熔融指数(190℃*2.16kg)为103.2g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该对比例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例1：
按重量份数称取原料：77份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，20份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，2份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例2：
按重量份数称取原料：66份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，30份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，3份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例3：
按重量份数称取原料：55份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，4份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
图2为该实施例所得植物纤维增强聚丙烯复合材料的扫描电镜图，从图中可以看出，添加聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐后，在棕榈纤维表面包覆了一层聚丙烯树脂，形成了存在于棕榈纤维与聚丙烯树脂之间的中间层结构，使得棕榈纤维与聚丙烯树脂的界面结合得到了明显的提高，有利于复合材料内部的应力传递。
实施例4：
按重量份数称取原料：44份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，50份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，5份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例5：
按重量份数称取原料：57份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，2份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例6：
按重量份数称取原料：53份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，6份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例7：
按重量份数称取原料：55份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，4份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为190℃，熔融共混的时间为7min，转子转速为80rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例8：
按重量份数称取原料：55份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为30g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，4份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例9：
按重量份数称取原料：55份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为5mm)，4份聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐(接枝率为0.63％，熔融指数(190℃*2.16kg)为42.4g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该实施例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
实施例10：
按重量份数称取原料：55份均聚聚丙烯(熔融指数(230℃*2.16kg)为45g/10min)，40份棕榈纤维(纤维长度为10mm)，4份降冰片烯二酸酐接枝聚丙烯(接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min)，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168。
将原料准确称量后，将其充分混合均匀，得到混合的物料，然后从喂料口添加至哈克转矩流变仪中进行熔融共混，投料完成后开始计时。熔融共混的条件如下：熔融共混的温度为180℃，熔融共混的时间为5min，转子转速为60rpm。待熔融共混完成后得到熔体，熔体冷却后得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
将该对比例获得的植物纤维增强聚丙烯复合材料经粉碎机粉碎，然后注塑，制得测试样条。
按照如下的方法对对比例1-6所制得的标准样条以及实施例1-6所制得的植物纤维增强聚丙烯复合材料的标准样条进行性能测试，测试结果如表1所示。
其中，塑料拉伸试验采用GB/T 1040-1992规定的方法，拉伸速度为20mm/min；弯曲试验方法采用GB/T 9341-2000规定的方法，弯曲速度为2mm/min；悬臂梁缺口冲击试验方法采用GB/T 1843-1996规定的方法。
表1
Figure BDA0002986634360000151
Figure BDA0002986634360000161
将对比例1和对比例2进行比较，可以发现，在聚丙烯树脂中加入棕榈纤维会使复合材料的拉伸强度和冲击强度降低。这主要是因为亲水性棕榈纤维与疏水性聚丙烯树脂之间的相容性差，二者未能形成良好的界面结合，导致复合材料中存在较多的结构缺陷所造成的。
将实施例1-4与对比例2进行比较，可以发现，当在棕榈纤维增强聚丙烯复合材料中添加聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐时，复合材料的力学性能明显增大，而且随着棕榈纤维填充量和聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐含量的逐步增加，复合材料的力学强度也呈现出逐渐增大的趋势。这是因为在聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的作用下，棕榈纤维与聚丙烯树脂之间的相容性得到明显改善，使棕榈纤维能够起到较好的增强作用。
将对比例2，实施例3，实施例5和实施例6进行比较，可以发现，当棕榈纤维的填充量固定为40份时，随着聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐含量的增加，棕榈纤维增强聚丙烯复合材料的力学强度呈先增大后降低的趋势。这是因为适量的聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐可以有效地促进棕榈纤维和聚丙烯树脂二者的界面结合，提升复合材料的力学强度；但若聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的含量过高时，其本身较低的力学强度也会使复合材料内出现结构缺陷，导致力学强度降低。可以看出，当聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐含量为4份时，复合材料的力学强度最高。
将对比例3和实施例3进行比较，可以发现，相比于商业化的马来酸酐接枝聚丙烯(美国杜邦MD353D)，本发明中使用的聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐能够更明显地改善棕榈纤维与聚丙烯树脂之间的相容性。
将对比例4和实施例3进行对比，可以发现，相比于在熔融共混时通过接枝反应直接生成聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐，本发明中单独添加的聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐对改善植物纤维与聚丙烯树脂之间的相容性的效果更好，复合材料的力学性能更为优异。
将对比例5、对比例6、实施例3和实施例9进行对比，可以发现，相比于接枝率和熔融指数不在本发明要求范围内或在要求范围端点值的聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐，本发明中优选的接枝率为0.89％，熔融指数(190℃*2.16kg)为68.3g/10min的聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐对复合材料力学性能的提升更佳。
将实施例7和实施例3进行对比，可以发现，当熔融共混的温度、时间及转速增大时，复合材料的力学性能呈下降趋势，这是由于植物纤维的降解炭化所引起的力学强度的损失。
此外，将实施例8、实施例10和实施例3进行对比还可以发现，当聚丙烯的熔融指数降低后，或者将植物纤维长度加长后，都不利于发挥聚丙烯树脂对植物纤维的包覆作用，导致复合材料的力学性能也得不到提升。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料包括有聚丙烯基体以及分布于所述聚丙烯基体中的植物纤维和聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐，其中，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐通过化学键连接于所述植物纤维，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的接枝率为0.63%-0.93%，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐在荷重2.16kg、温度190℃条件下的熔融指数为42.4g/10min-94.9g/10min。
2.根据权利要求1所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯基体包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，所述聚丙烯基体在荷重2.16kg、温度230℃条件下的熔融指数为10g/10min-50g/10min。
3.根据权利要求1所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维的长度为2mm-20mm。
4.根据权利要求1所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维包括棕榈纤维。
5.根据权利要求1-4任一项所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料中还包括抗氧剂。
6.根据权利要求5所述植物纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维增强聚丙烯复合材料中，所述植物纤维的质量百分比为20%-70%，所述抗氧剂的质量百分比小于或等于2%，所述聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐的质量百分比为1%-10%。
7.一种如权利要求1-6任一项所述植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚丙烯、植物纤维以及聚丙烯接枝降冰片烯二酸酐充分混合均匀，得到混合物料；
将所述混合物料进行熔融共混得到熔体，所述熔体冷却后，得到植物纤维增强聚丙烯复合材料。
8.根据权利要求7所述植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔融共混的温度为175℃-220℃，所述熔融共混的时间为4min-8min。
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