CN113618953A - 一种纤塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纤塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：将成交织状的纺织物破碎、开松、除杂、梳理，得到处理后的纺织纤维；将处理后的纺织纤维与塑料进行减容、混合，得到纤塑混合物；使纤塑混合物中的纤维在塑料中分散并形成界面，得到粗制纤塑复合物；对粗制纤塑复合物进行的颗粒化与冷却，得到纤塑复合材料。本发明通过对纺织纤维的开松与塑料中的混炼，解除交织结构，在塑料中以纱线或纤维状分散、有一定的取向、且形成塑料包覆纤维的纤塑界面，其制得的纤塑复合材料和其基体塑料材料相比有更好的拉伸性能、更高的强度和硬度，同时采用废弃材料，实现了对资源的回收利用，其制备方法适用于工业化生产。

Description

一种纤塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种纤塑复合材料及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高，废弃纺织品和废弃塑料的产量也大幅上升。这些废弃物在污染环境，占用土地资源的同时，也造成了资源的大幅浪费，因此，开展废弃物综合循环利用迫在眉睫。其中对于废弃塑料已经形成产业化循环利用。

我国是化纤、纺织、纺织品(服装等)生产大国，也是纺织品消费和出口大国，从生产端、消费端每年产生大量的废弃纺织品。废弃纺织品在我国利用方法主要分为3种，一是物理回收，利用机械分解成纤维进行回收重复利用，但是其分类困难，回收纤维利用率低，还需要一定比例的新料，而且得到的再生纺织品品质较低，再生过程产生大量不可纺纤维粉尘，污染环境；二是化学回收，使用化学方法处理废弃纺织品，得到单体制备新的纤维，但是化学回收过程中会产生大量的危废，其再生过程会排放大量的二氧化碳，设备投资大、生产成本高、作为资源的转化率低，导致经济效益很差，而且高纯度的原料来源有限，从资源利用、环境负荷及经济性上看很难推广；三是能量回收，将废弃纺织品直接焚烧转化为热能，但是其热能回收率低，对纺织品浪费严重，排放大量的二氧化碳、同时还会产生二噁英等有害气体。现今国内废弃纺织品的综合利用率低于20％，亟需一种对废弃纺织品的高效增值回收利用方法。

发明内容

为此，本发明的所要解决的技术问题是现有技术对废弃纺织品利用率差的缺陷，进而提供了一种纤塑复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种纤塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将成交织状的纺织物破碎、开松、除杂、梳理，得到处理后的纺织纤维；其中所述纺织物可以为机织布、针织布、无纺织布，所述处理后的纺织纤维为均匀的完全分离的单纤维、或成纱线结构的纤维；

S2：将处理后的纺织纤维与塑料进行减容、混合，得到纤塑混合物，所述纤塑混合物成块状；

S3：使纤塑混合物中的纤维在塑料中分散并形成界面，得到粗制纤塑复合物；

S4：对粗制纤塑复合物进行的颗粒化与冷却，得到纤塑复合材料。

进一步地，所述开松具体为将纺织物打散为蓬松状态，使最终处理后的纺织纤维的体积和所述纺织物相比扩大2-6倍。

所述开松的次数为2-5次，所述梳理的次数为1-3次。

步骤S2中，所述混合为将处理后的纺织纤维和塑料在150-200℃、30-150r/min的条件下螺杆混合挤出，所述减容后得到纤塑混合物的密度为1050-1300kg/m³。

步骤S3中，所述分散为在无氧、150-200℃的条件下密炼，所述密炼的转子转速为30-60r/min，差速比为0.8-1.2，时间为5-20min。

进一步地，步骤S4中所述颗粒化与冷却为锥双挤出与水冷或双轴撕裂与空气冷却，所得到的纤塑复合材料粒径为2-6mm，表面温度为80℃以下。

优选地，步骤S1中所述除杂为使用重力、筛分、气流分选等进行除去纺织物中的金属碎片和颗粒。

优选地，步骤S2和S3之间还包括对纤塑混合物的冷却步骤，所述冷却为冷却至120-150℃。

进一步地，步骤S1中所述纺织物为新料、回收料或者是两者的复合物、混纺物及混合物，所述新料包括化纤、植物纤维、动物纤维中的一种或多种的复合物、混纺物及混合物，所述回收料包括旧衣物或纺织加工过程中产生的边角料；

步骤S2中所述塑料包括PE、PP、PVC、PS、ABS中的一种或多种混合；

所述处理后的纺织纤维和塑料的质量比为1：0.4-0.8。

进一步地，步骤S2中将处理后的纤维和塑料混合时，还包括加入纤维和塑料总质量10-20％的辅料，所述辅料包括填料、木质材料和相容、润滑分散助剂；

其中，所述木质材料包括木粉、稻壳、秸秆中的一种或多种混合物。

所述填料包括石灰石、滑石粉、粉煤灰、建筑垃圾破碎、矿渣、电子线路板破碎中的一种或多种混合物。

所述助剂包括矿物油、植物油、硬脂酸及其衍生物、降解聚烯烃蜡、抗氧化剂、紫外线吸收剂等助剂中的一种或多种混合物。

本发明还公开一种纤塑复合材料，由上述的制备方法制得。

本发明技术方案具备以下优点：

(1)本发明制备方法可以使废弃纺织物得到充分利用，同时在对纺织物进行除杂前增加了开松的步骤，其避免了现有技术中强制喂料造成的喂料不均匀，细支高密布料破碎不完全，纤维未取向的问题，经过开松，使纺织物的纤维→纱线→纺织物的交织结构解离，又回到纱线、甚至是单纤维的状态，使得喂料时的纤维长度提高，纤维取向一致。

(2)由于纺织纤维和秸秆等草本纤维更细、更软、还有伸缩性，本发明制备方法中减容步骤防止其产生在塑料中分散不匀、不容易形成纤塑界面而导致纤维的增强效果不明显的问题，同时提高了生产效率，使得整体方案更适宜工业化生产；后续的密炼使得纤维在塑料中以纱线或纤维状分散、有一定的取向、且形成塑料包覆的纤塑界面。

(3)本发明制备方法中在步骤直接增加了冷却的步骤，保护容易碳化的棉麻等织物纤维，防止其发生碳化或自燃现象；步骤S2和S3之间的冷却保证步骤S3中有足够的密炼时间，使纤维在塑料基体内充分分散、且形成良好的纤塑界面；同时冷却步骤防止物料的聚集与粘连，对后续步骤造成负担并影响制得的复合材料的性能。

(4)本发明制备得到的纤塑复合材料具有比其中的单一组分更优异的力学性能，同时主要材料为废弃物，降低了成本的同时对资源得到了充分的回收利用。

(5)本发明制备方法简单易行，便于大规模工业化生产，同时原料环保节能，制得的纤塑复合材料性能优异，应用领域广泛。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

各实施例中使用的纺织物为服装厂边角料和回收的制服，来源是“二网融合”垃圾分类分拣。

各实施例中使用的塑料为PE，来源是“二网融合”垃圾分类分拣。

各实施例中使用的辅料中木质材料为木材加工厂的废木屑，来源是“二网融合”垃圾分类分拣。

填料为常规市售的100目碳酸钙。

助剂包括常规市售的橡胶操作油，硬脂酸及其衍生物、降解聚烯烃蜡、抗氧化剂1010，紫外线吸收剂UV-531，

具体使用辅料中各组分的质量比为废木屑：碳酸钙：橡胶操作油：硬脂酸：降解聚烯烃蜡：抗氧化剂：紫外线吸收剂为10:5:1:1:1:1:1。

实施例1

本实施例提供一种纤塑复合材料，其制备方法具备为：

(1)将成交织状的纺织物破碎，然后将纺织物打散为蓬松状态重复3次，使用气流分选除去纺织物中的金属碎片和颗粒，最后梳理2次，得到处理后的纺织纤维，所述处理后的纺织纤维体积为纺织物的3倍，为均匀的完全分离的单纤维、或成纱线结构的纤维；

(2)将处理后的纺织纤维、塑料和辅料将在200℃、100r/min的条件下螺杆挤出进行混合并减容，得到块状纤塑混合物，密度为1200kg/m³，然后将纤塑混合物冷却至140℃；其中纺织纤维、塑料、辅料的重量比为1:0.5:0.2。

(3)将纤塑混合物在无氧、200℃的条件下密炼，使得纤维在塑料中分散并形成界面，得到粗制纤塑复合物，所述密炼的转子转速为30r/min，差速比为1.1，时间为12min；

(4)对粗制纤塑复合物进行锥双挤出与水冷，得到纤塑复合材料，粒径为粒径为2-6mm，表面温度为80℃以下。

实施例2

本实施例提供一种纤塑复合材料，其制备方法具备为：

(1)将成交织状的纺织物破碎，然后将纺织物打散为蓬松状态重复4次，使用气流分选除去纺织物中的金属碎片和颗粒，最后梳理3次，得到处理后的纺织纤维，所述处理后的纺织纤维体积为纺织物的4倍，为均匀的完全分离的单纤维、或成纱线结构的纤维；

(2)将处理后的纺织纤维、塑料和辅料将在180℃、110r/min的条件下螺杆挤出进行混合并减容，得到块状纤塑混合物，密度为1100kg/m³，然后将纤塑混合物冷却至120℃；其中纺织纤维、塑料、辅料的重量比为1:0.4:0.15。

(3)将纤塑混合物在无氧、280℃的条件下密炼，使得纤维在塑料中分散并形成界面，得到粗制纤塑复合物，所述密炼的转子转速为50r/min，差速比为0.9，时间为10min；

(4)对粗制纤塑复合物进行锥双挤出与水冷，得到纤塑复合材料，粒径为粒径为2-6mm，表面温度为80℃以下。

实施例3

本实施例提供一种纤塑复合材料，其制备方法具备为：

(1)将成交织状的纺织物破碎，然后将纺织物打散为蓬松状态重复2次，使用气流分选除去纺织物中的金属碎片和颗粒，最后梳理1次，得到处理后的纺织纤维，所述处理后的纺织纤维体积为纺织物的2倍，为均匀的完全分离的纤维、成纱线结构；

(2)将处理后的纺织纤维、塑料和辅料将在170℃、100r/min的条件下螺杆挤出进行混合并减容，得到块状纤塑混合物，密度为1200kg/m³，然后将纤塑混合物冷却至140℃；其中纺织纤维、塑料、辅料的重量比为1:0.5:0.2。

(3)将纤塑混合物在无氧、200℃的条件下密炼，使得纤维在塑料中分散并形成界面，得到粗制纤塑复合物，所述密炼的转子转速为40r/min，差速比为1.0，时间为5min；

(4)对粗制纤塑复合物进行锥双挤出与水冷，得到纤塑复合材料，粒径为粒径为2-6mm，表面温度为80℃以下。

实施例4

本实施例提供一种纤塑复合材料的制备方法，和实施例1的区别在于，没有对纤塑混合物的冷却步骤。

对比例1

本对比例提供一种纤塑复合材料的制备方法，和实施例1的区别在于，没有对纺织纤维的开松。

试验例

对本发明实施例和对比例制得的纤塑复合材料以及来源自燕山石化1300J的PE新料(注塑瓶盖用)和矿泉水瓶盖的再生PE进行性能测试，其测试结果如下表1所示：

表1实施例1-4以及对比例材料的性能测试结果

	拉伸强度(MPa)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)
				PE新料	22	21	1100
再生PE	18	18	600
				实施例1	32	40	3100
实施例2	28	35	2800
				实施例3	34	31	2500
实施例4	33	36	2400
				对比例1	25	28	2100

从上表可以看出，各实施例其性能效果均明显高于PE新料和再生PE；实施例4缺少了冷却步骤，其性能影响不大，但是其严重影响材料的制备效率，同时对整个工艺中造成安全隐患；对比例1和实施例1相比，由于没有进行开松，其喂料不均匀，布料破碎不完全，纤维未取向，使得其性能比实施例1差很多，但仍高于基体的PE新料和PE再生料。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种纤塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将成交织状的纺织物破碎、开松、除杂、梳理，得到处理后的纺织纤维；

S2：将处理后的纺织纤维与塑料进行减容、混合，得到纤塑混合物；

S3：使纤塑混合物中的纤维在塑料中分散并形成界面，得到粗制纤塑复合物；

S4：对粗制纤塑复合物进行的颗粒化与冷却，得到纤塑复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述开松具体为将纺织物打散为蓬松状态，使最终处理后的纺织纤维的体积和所述纺织物相比扩大2-6倍；

所述开松的次数为2-5次，所述梳理的次数为1-3次。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述混合为将处理后的纺织纤维和塑料在150-200℃、30-150r/min的条件下螺杆混合挤出，所述减容后得到纤塑混合物的密度为1050-1300kg/m³。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述分散为在无氧、150-200℃的条件下密炼，所述密炼的转子转速为30-60r/min，差速比为0.8-1.2，时间为5-20min。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述颗粒化与冷却后得到的纤塑复合材料粒径为2-6mm，表面温度为80℃以下。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2和S3之间还包括对纤塑混合物的冷却步骤，所述冷却为冷却至120-150℃。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述纺织物为新料、回收料或者是两者的复合物、混纺物及混合物，所述新料包括化学纤维、植物纤维、动物纤维中的一种或多种的复合物、混纺物及混合物，所述回收料包括旧衣物或纺织加工过程中产生的边角料；

步骤S2中所述塑料包括PE、PP、PVC、PS、ABS中的一种或多种混合；

所述处理后的纺织纤维和塑料的质量比为1：0.4-0.8。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中将处理后的纤维和塑料混合时，还包括加入纤维和塑料总质量10-20％的辅料，所述辅料包括填料、木质材料和相容、润滑分散助剂。

9.一种纤塑复合材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。