CN117264305A - 一种防断裂塑料制品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防断裂塑料制品，属于塑料制品技术领域，具体涉及由聚乙烯树脂作为基体材质制备得到的塑料制品，在其中分布着改性碳纤维和棉短绒纤维，改性碳纤维和棉短绒纤维经复合处理及羟基蛋氨酸钙溶液处理后以纤维复合物的形式使用，由防断裂塑料由基体材质、纤维复合物及助剂经混炼后，通过塑料成型机制备得到；改性碳纤维为甲基丙烯酸改性的碳纤维。通过本发明方法制备得到的塑料制品的拉伸强度好，拉伸强度为50‑75MPa；抗老化性能好，老化后性能下降率为35‑55%；抗冲击性能好，抗冲击强度为3.5‑5.0kJ/m2。
Description
技术领域
本发明属于塑料制品技术领域，具体涉及一种防断裂塑料制品。
背景技术
热塑性塑料是一种相对应用更广泛的塑料。在特定的温度条件下，塑料不但能软化熔融成任意形状，而且冷却后形状也能保持不变；这种情况可以反复且始终拥有可塑性，而且这种反复是物理变化，通常称这种塑料为热塑性塑料。常见的热塑性塑料有：聚乙烯（PE）用于包装薄膜、垃圾袋、药瓶、牛奶瓶等；聚丙烯（PP）用于化工，医疗器具，地毯编织袋等家庭用品，因为这种材料在质量、结构成型的成本、自由设计度、不易生锈等几个方面比其它材料有较大的优点，因此其在汽车领域的应用量逐日增长，而且增长较快。应用部位有蓄电池槽、备胎架、发动机底座、车轮挡板内衬、仪表盘、保险杠、车门、车身板、座椅靠背、防撞部件等；聚氯乙烯（PVC）一般用于皮包沙发，雨衣桌布等的涂层，凉鞋拖鞋等；聚苯乙烯（PS）一般用于加工成电视、无线电、雷达等绝缘材料；丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）适用于制作减磨耐磨零件，传动零件等一般机械零件和电讯零件等。作为热塑性塑料的代表，聚乙烯具有以上几方面优点，但是在韧性、二次加工性及抗冲击性等方面还存在一些不足，本发明意在提供一种拉伸性能好、抗冲击性能好的防断裂塑料制品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉伸性能好、抗老化性能好、抗冲击性能好的防断裂塑料制品。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种防断裂塑料制品，包括：基体材质为聚乙烯树脂，在其中分布着改性碳纤维和棉短绒纤维，改性碳纤维和棉短绒纤维经复合处理及羟基蛋氨酸钙溶液处理后以纤维复合物的形式使用，由防断裂塑料由基体材质、纤维复合物及助剂经混炼后，通过塑料成型机制备得到；改性碳纤维为甲基丙烯酸改性的碳纤维。通过将改性碳纤维与棉短绒纤维复合后与聚乙烯树脂混合制备得到防断裂塑料，改性碳纤维及棉短绒纤维的引入，可以大大增强聚乙烯塑料的性能，提高拉伸强度、抗冲击强度，然后改性碳纤维与棉短绒纤维的简单复合加入其中，其相互间并不能较好结合，与聚乙烯树脂间的结合相对较差，因此对改性碳纤维与棉短绒纤维通过羟基蛋氨酸钙溶液处理，使得到的塑料中的各原料结合性更佳，得到的防断裂塑料制品的抗老化性能也提高。
优选地，羟基蛋氨酸钙溶液中含有0.8-3.6wt%的羟基蛋氨酸钙。
优选地，改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的20-40wt%。
优选地，助剂至少含有增塑剂、润滑剂。
优选地，助剂含有增塑剂、稳定剂、润滑剂。
本发明公开了上述防断裂塑料制品的制备方法，包括：对碳纤维进行预处理，然后采用甲基丙烯酸溶液对预处理后的碳纤维进行改性；
将棉短绒纤维与改性碳纤维复合制成纤维复合物；纤维复合物中棉短绒纤维与改性碳纤维复合后经羟基蛋氨酸钙溶液处理，改性碳纤维为甲基丙烯酸改性的碳纤维；
将纤维复合物、聚乙烯复合物及助剂混炼，通过塑料成型机制备得到塑料制品。
优选地，碳纤维的预处理中使用混酸溶液对碳纤维进行处理，混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液。
优选地，甲基丙烯酸制成使用甲基丙烯酸溶液，甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水。
更优选地，甲基丙烯酸溶液中含有1-4wt%的甲基丙烯酸。
优选地，碳纤维预处理中，将碳纤维加入丙酮中，在60-80℃的温度下回流处理1-4h，然后将碳纤维取出置于丙酮溶液中在120-150℃的温度下回流处理10-40min，取出置于混酸溶液中，在40-60℃的温度下处理2-6h，然后取出碳纤维后清洗，干燥，得到预处理碳纤维。
更优选地，碳纤维预处理中，碳纤维的使用量为丙酮的20-60wt%。
更优选地，碳纤维预处理中，丙酮溶液由丙酮与去离子水混合得到，丙酮溶液中丙酮的含量为80-90wt%。
更优选地，碳纤维预处理中，碳纤维的使用量为丙酮溶液的10-30wt%。
更优选地，碳纤维预处理中，混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液，混酸溶液中硫酸的含量为30-60wt%。
更优选地，碳纤维预处理中，碳纤维的使用量为混酸溶液的10-25wt%。
优选地，改性碳纤维的制备中，将预处理碳纤维加入甲基丙烯酸溶液中，在60-100℃的温度下反应2-8h，反应完成后洗涤，干燥，得到改性碳纤维。
更优选地，改性碳纤维的制备中，甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水。
更优选地，改性碳纤维的制备中，甲基丙烯酸溶液中含有1-4wt%的甲基丙烯酸。
更优选地，改性碳纤维的制备中，甲基丙烯酸溶液中含有3-9wt%的PEG。
更优选地，改性碳纤维的制备中，甲基丙烯酸溶液中含有0.12-0.36wt%的过氧化苯甲酰。
更优选地，改性碳纤维的制备中，甲基丙烯酸溶液的使用量使甲基丙烯酸为预处理碳纤维的20-30wt%。
优选地，纤维复合物的制备中，在零下20℃至零下10℃的温度下，将棉短绒纤维浆料加入碱性溶液中，搅拌溶解得到棉短绒纤维溶液，然后加入改性碳纤维，在20-40℃的温度下搅拌处理1-4h，搅拌完成后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，然后在20-40℃的温度下处理0.5-3h，得到纤维复合物。
更优选地，纤维复合物的制备中，在零下20℃至零下10℃的温度下，将棉短绒纤维浆料加入碱性溶液中，搅拌溶解得到棉短绒纤维溶液，然后加入改性碳纤维，在20-40℃的温度下搅拌处理1-4h，搅拌完成后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，然后在20-40℃的温度下浸于羟基蛋氨酸钙溶液中处理1-3h，蒸干溶液，得到纤维复合物。
更优选地，纤维复合物的制备中，碱性溶液中含有氢氧化钠和尿素，碱性溶液中氢氧化钠的含量为1-6wt%，碱性溶液中尿素的含量为3-15wt%。
更优选地，纤维复合物的制备中，棉短绒纤维浆料的使用量为碱性溶液的2-6wt%。
更优选地，纤维复合物的制备中，改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的20-40wt%。
更优选地，纤维复合物的制备中，羟基蛋氨酸钙溶液中含有0.8-3.6wt%的羟基蛋氨酸钙，浸于羟基蛋氨酸钙溶液中的棉短绒纤维和改性碳纤维的总使用量为羟基蛋氨酸钙溶液的30-60wt%。
优选地，防断裂塑料的制备中，将纤维复合物、聚乙烯复合物、增塑剂、稳定剂、润滑剂加入混合搅拌机中，在80-100℃的温度下混合搅拌40-160min，然后在120-140℃的温度下搅拌处理20-60min，冷却至室温后得到混合物料，然后将混合物料加入螺杆挤出机中挤出成型，得到条状塑料制品。
更优选地，防断裂塑料的制备中，聚乙烯复合物为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的混合，高密度聚乙烯的密度为0.94-0.96g/cm3，低密度聚乙烯的密度为0.91-0.93g/cm3。
更优选地，防断裂塑料的制备中，聚乙烯复合物中高密度聚乙烯的含量为25-100wt%。
更优选地，防断裂塑料的制备中，纤维素复合物的使用量为聚乙烯复合物的10-40wt%。
更优选地，防断裂塑料的制备中，增塑剂为环氧大豆油，增塑剂的使用量为合成树脂的10-30wt%。
更优选地，防断裂塑料的制备中，稳定剂为3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，稳定剂的使用量为合成树脂的0.5-2wt%。
更优选地，防断裂塑料的制备中，润滑剂为羟基硅油，润滑剂的使用量为合成树脂的5-10wt%。
更优选地，防断裂塑料的制备中可以加入分散剂，分散剂为油酸聚乙二醇双酯，分散剂的使用量为合成树脂的0.6-3wt%。按本发明方法制备防断裂塑料制品时，加入油酸聚乙二醇双酯后，使制备塑料的过程中各原料的结合均一性提高，得到的防断裂塑料的拉伸性能、抗冲击性能与抗老化性能提高。
本发明公开了上述棉短绒纤维、改性碳纤维与羟基蛋氨酸钙在制备塑料制品中的用途。
本发明由于采用了棉短绒纤维、改性碳纤维制备得到纤维复合物，然后将上述纤维复合物与聚乙烯复合物、助剂通过混炼及成型得到塑料制品，并对纤维复合物进行改进，制备时采用羟基蛋氨酸钙溶液处理后制备得到纤维复合物，并进一步制备得到塑料制品，因而具有如下有益效果：本发明制备得到的塑料制品的拉伸强度好，拉伸强度为50-75MPa；抗老化性能好，老化后性能下降率为35-55%；抗冲击性能好，抗冲击强度为3.5-5.0kJ/m2。因此，本发明是一种拉伸性能好、抗老化性能好、抗冲击性能好的防断裂塑料制品。
附图说明
图1为改性碳纤维红外光谱图；
图2为塑料制品拉伸强度图；
图3为塑料制品老化后拉伸强度图；
图4为塑料制品老化后性能下降率图；
图5为塑料制品抗冲击强度图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1：
一种防断裂塑料制品的制备方法，
碳纤维预处理：将碳纤维加入丙酮中，在70℃的温度下回流处理3h，然后将碳纤维取出置于丙酮溶液中在130℃的温度下回流处理20min，取出置于混酸溶液中，在50℃的温度下处理4h，然后取出碳纤维后清洗，干燥，得到预处理碳纤维。碳纤维的使用量为丙酮的40wt%，丙酮溶液由丙酮与去离子水混合得到，丙酮溶液中丙酮的含量为90wt%，碳纤维的使用量为丙酮溶液的20wt%，混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液，混酸溶液中硫酸的含量为40wt%，碳纤维的使用量为混酸溶液的20wt%。
改性碳纤维的制备：将预处理碳纤维加入甲基丙烯酸溶液中，在80℃的温度下反应5h，反应完成后洗涤，干燥，得到改性碳纤维。甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水，甲基丙烯酸溶液中含有3wt%的甲基丙烯酸，甲基丙烯酸溶液中含有6wt%的PEG，甲基丙烯酸溶液中含有0.25wt%的过氧化苯甲酰，甲基丙烯酸溶液的使用量使甲基丙烯酸为预处理碳纤维的26wt%。
纤维复合物的制备：在零下10℃的温度下，将棉短绒纤维浆料加入碱性溶液中，搅拌溶解得到棉短绒纤维溶液，然后加入改性碳纤维，在30℃的温度下搅拌处理3h，搅拌完成后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，然后在30℃的温度下处理2h，得到纤维复合物。碱性溶液中含有氢氧化钠和尿素，碱性溶液中氢氧化钠的含量为4wt%，碱性溶液中尿素的含量为9wt%，棉短绒纤维浆料的使用量为碱性溶液的4wt%，改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的30wt%。
防断裂塑料的制备：将纤维复合物、聚乙烯复合物、增塑剂、润滑剂加入混合搅拌机中，在90℃的温度下混合搅拌90min，然后在130℃的温度下搅拌处理40min，冷却至室温后得到混合物料，然后将混合物料加入螺杆挤出机中挤出成型，得到条状塑料制品。聚乙烯复合物为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的混合，高密度聚乙烯的密度为0.95g/cm3，低密度聚乙烯的密度为0.92g/cm3，聚乙烯复合物中高密度聚乙烯的含量为30wt%，纤维素复合物的使用量为聚乙烯复合物的30wt%，增塑剂为环氧大豆油，增塑剂的使用量为合成树脂的20wt%，润滑剂为羟基硅油，润滑剂的使用量为合成树脂的6wt%。
螺杆的压缩比为3：1，螺杆转速为80转/分。
实施例2：
一种防断裂塑料制品的制备方法，
碳纤维预处理：将碳纤维加入丙酮中，在70℃的温度下回流处理3h，然后将碳纤维取出置于丙酮溶液中在130℃的温度下回流处理20min，取出置于混酸溶液中，在50℃的温度下处理4h，然后取出碳纤维后清洗，干燥，得到预处理碳纤维。碳纤维的使用量为丙酮的40wt%，丙酮溶液由丙酮与去离子水混合得到，丙酮溶液中丙酮的含量为90wt%，碳纤维的使用量为丙酮溶液的20wt%，混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液，混酸溶液中硫酸的含量为40wt%，碳纤维的使用量为混酸溶液的20wt%。
改性碳纤维的制备：将预处理碳纤维加入甲基丙烯酸溶液中，在80℃的温度下反应5h，反应完成后洗涤，干燥，得到改性碳纤维。甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水，甲基丙烯酸溶液中含有3wt%的甲基丙烯酸，甲基丙烯酸溶液中含有6wt%的PEG，甲基丙烯酸溶液中含有0.25wt%的过氧化苯甲酰，甲基丙烯酸溶液的使用量使甲基丙烯酸为预处理碳纤维的26wt%。
纤维复合物的制备：在零下10℃的温度下，将棉短绒纤维浆料加入碱性溶液中，搅拌溶解得到棉短绒纤维溶液，然后加入改性碳纤维，在30℃的温度下搅拌处理3h，搅拌完成后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，然后在30℃的温度下浸于羟基蛋氨酸钙溶液中处理2h，蒸干溶液，得到纤维复合物。碱性溶液中含有氢氧化钠和尿素，碱性溶液中氢氧化钠的含量为4wt%，碱性溶液中尿素的含量为9wt%，棉短绒纤维浆料的使用量为碱性溶液的4wt%，改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的30wt%，羟基蛋氨酸钙溶液中含有2wt%的羟基蛋氨酸钙，浸于羟基蛋氨酸钙溶液中的棉短绒纤维和改性碳纤维的总使用量为羟基蛋氨酸钙溶液的50wt%。
防断裂塑料的制备：将纤维复合物、聚乙烯复合物、增塑剂、润滑剂加入混合搅拌机中，在90℃的温度下混合搅拌90min，然后在130℃的温度下搅拌处理40min，冷却至室温后得到混合物料，然后将混合物料加入螺杆挤出机中挤出成型，得到条状塑料制品。聚乙烯复合物为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的混合，高密度聚乙烯的密度为0.95g/cm3，低密度聚乙烯的密度为0.92g/cm3，聚乙烯复合物中高密度聚乙烯的含量为30wt%，纤维素复合物的使用量为聚乙烯复合物的30wt%，增塑剂为环氧大豆油，增塑剂的使用量为合成树脂的20wt%，润滑剂为羟基硅油，润滑剂的使用量为合成树脂的6wt%。
螺杆的压缩比为3：1，螺杆转速为80转/分。
实施例3：
一种防断裂塑料制品的制备方法，
碳纤维预处理：将碳纤维加入丙酮中，在70℃的温度下回流处理3h，然后将碳纤维取出置于丙酮溶液中在130℃的温度下回流处理20min，取出置于混酸溶液中，在50℃的温度下处理4h，然后取出碳纤维后清洗，干燥，得到预处理碳纤维。碳纤维的使用量为丙酮的40wt%，丙酮溶液由丙酮与去离子水混合得到，丙酮溶液中丙酮的含量为90wt%，碳纤维的使用量为丙酮溶液的20wt%，混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液，混酸溶液中硫酸的含量为40wt%，碳纤维的使用量为混酸溶液的20wt%。
改性碳纤维的制备：将预处理碳纤维加入甲基丙烯酸溶液中，在80℃的温度下反应5h，反应完成后洗涤，干燥，得到改性碳纤维。甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水，甲基丙烯酸溶液中含有3wt%的甲基丙烯酸，甲基丙烯酸溶液中含有6wt%的PEG，甲基丙烯酸溶液中含有0.25wt%的过氧化苯甲酰，甲基丙烯酸溶液的使用量使甲基丙烯酸为预处理碳纤维的26wt%。
纤维复合物的制备：在零下10℃的温度下，将棉短绒纤维浆料加入碱性溶液中，搅拌溶解得到棉短绒纤维溶液，然后加入改性碳纤维，在30℃的温度下搅拌处理3h，搅拌完成后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，然后在30℃的温度下浸于羟基蛋氨酸钙溶液中处理2h，蒸干溶液，得到纤维复合物。碱性溶液中含有氢氧化钠和尿素，碱性溶液中氢氧化钠的含量为4wt%，碱性溶液中尿素的含量为9wt%，棉短绒纤维浆料的使用量为碱性溶液的4wt%，改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的30wt%，羟基蛋氨酸钙溶液中含有2wt%的羟基蛋氨酸钙，浸于羟基蛋氨酸钙溶液中的棉短绒纤维和改性碳纤维的总使用量为羟基蛋氨酸钙溶液的50wt%。
防断裂塑料的制备：将纤维复合物、聚乙烯复合物、增塑剂、稳定剂、润滑剂加入混合搅拌机中，在90℃的温度下混合搅拌90min，然后在130℃的温度下搅拌处理40min，冷却至室温后得到混合物料，然后将混合物料加入螺杆挤出机中挤出成型，得到条状塑料制品。聚乙烯复合物为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的混合，高密度聚乙烯的密度为0.95g/cm3，低密度聚乙烯的密度为0.92g/cm3，聚乙烯复合物中高密度聚乙烯的含量为30wt%，纤维素复合物的使用量为聚乙烯复合物的30wt%，增塑剂为环氧大豆油，增塑剂的使用量为合成树脂的20wt%，稳定剂为3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，稳定剂的使用量为合成树脂的1.2wt%，润滑剂为羟基硅油，润滑剂的使用量为合成树脂的6wt%。
螺杆的压缩比为3：1，螺杆转速为80转/分。
实施例4：
一种防断裂塑料制品的制备方法，
碳纤维预处理：将碳纤维加入丙酮中，在70℃的温度下回流处理3h，然后将碳纤维取出置于丙酮溶液中在130℃的温度下回流处理20min，取出置于混酸溶液中，在50℃的温度下处理4h，然后取出碳纤维后清洗，干燥，得到预处理碳纤维。碳纤维的使用量为丙酮的40wt%，丙酮溶液由丙酮与去离子水混合得到，丙酮溶液中丙酮的含量为90wt%，碳纤维的使用量为丙酮溶液的20wt%，混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液，混酸溶液中硫酸的含量为40wt%，碳纤维的使用量为混酸溶液的20wt%。
改性碳纤维的制备：将预处理碳纤维加入甲基丙烯酸溶液中，在80℃的温度下反应5h，反应完成后洗涤，干燥，得到改性碳纤维。甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水，甲基丙烯酸溶液中含有3wt%的甲基丙烯酸，甲基丙烯酸溶液中含有6wt%的PEG，甲基丙烯酸溶液中含有0.25wt%的过氧化苯甲酰，甲基丙烯酸溶液的使用量使甲基丙烯酸为预处理碳纤维的26wt%。
纤维复合物的制备：在零下10℃的温度下，将棉短绒纤维浆料加入碱性溶液中，搅拌溶解得到棉短绒纤维溶液，然后加入改性碳纤维，在30℃的温度下搅拌处理3h，搅拌完成后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，然后在30℃的温度下浸于羟基蛋氨酸钙溶液中处理2h，蒸干溶液，得到纤维复合物。碱性溶液中含有氢氧化钠和尿素，碱性溶液中氢氧化钠的含量为4wt%，碱性溶液中尿素的含量为9wt%，棉短绒纤维浆料的使用量为碱性溶液的4wt%，改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的30wt%，羟基蛋氨酸钙溶液中含有2wt%的羟基蛋氨酸钙，浸于羟基蛋氨酸钙溶液中的棉短绒纤维和改性碳纤维的总使用量为羟基蛋氨酸钙溶液的50wt%。
防断裂塑料的制备：将纤维复合物、聚乙烯复合物、增塑剂、稳定剂、润滑剂、分散剂加入混合搅拌机中，在90℃的温度下混合搅拌90min，然后在130℃的温度下搅拌处理40min，冷却至室温后得到混合物料，然后将混合物料加入螺杆挤出机中挤出成型，得到条状塑料制品。聚乙烯复合物为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的混合，高密度聚乙烯的密度为0.95g/cm3，低密度聚乙烯的密度为0.92g/cm3，聚乙烯复合物中高密度聚乙烯的含量为30wt%，纤维素复合物的使用量为聚乙烯复合物的30wt%，增塑剂为环氧大豆油，增塑剂的使用量为合成树脂的20wt%，稳定剂为3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，稳定剂的使用量为合成树脂的1.2wt%，润滑剂为羟基硅油，润滑剂的使用量为合成树脂的6wt%，分散剂为油酸聚乙二醇双酯，分散剂的使用量为合成树脂的1.8wt%。
螺杆的压缩比为3：1，螺杆转速为80转/分。
实施例5：
一种防断裂塑料制品的制备方法，
碳纤维预处理：将碳纤维加入丙酮中，在70℃的温度下回流处理3h，然后将碳纤维取出置于丙酮溶液中在130℃的温度下回流处理20min，取出置于混酸溶液中，在50℃的温度下处理4h，然后取出碳纤维后清洗，干燥，得到预处理碳纤维。碳纤维的使用量为丙酮的40wt%，丙酮溶液由丙酮与去离子水混合得到，丙酮溶液中丙酮的含量为90wt%，碳纤维的使用量为丙酮溶液的20wt%，混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液，混酸溶液中硫酸的含量为40wt%，碳纤维的使用量为混酸溶液的20wt%。
改性碳纤维的制备：将预处理碳纤维加入甲基丙烯酸溶液中，在80℃的温度下反应5h，反应完成后洗涤，干燥，得到改性碳纤维。甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水，甲基丙烯酸溶液中含有3wt%的甲基丙烯酸，甲基丙烯酸溶液中含有6wt%的PEG，甲基丙烯酸溶液中含有0.25wt%的过氧化苯甲酰，甲基丙烯酸溶液的使用量使甲基丙烯酸为预处理碳纤维的26wt%。
纤维复合物的制备：在零下10℃的温度下，将棉短绒纤维浆料加入碱性溶液中，搅拌溶解得到棉短绒纤维溶液，然后加入改性碳纤维，在30℃的温度下搅拌处理3h，搅拌完成后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，然后在30℃的温度下浸于羟基蛋氨酸钙溶液中处理2h，蒸干溶液，得到纤维复合物。碱性溶液中含有氢氧化钠和尿素，碱性溶液中氢氧化钠的含量为4wt%，碱性溶液中尿素的含量为9wt%，棉短绒纤维浆料的使用量为碱性溶液的4wt%，改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的30wt%，羟基蛋氨酸钙溶液中含有2wt%的羟基蛋氨酸钙，浸于羟基蛋氨酸钙溶液中的棉短绒纤维和改性碳纤维的总使用量为羟基蛋氨酸钙溶液的50wt%。
防断裂塑料的制备：将纤维复合物、聚乙烯复合物、增塑剂、稳定剂、润滑剂、分散剂加入混合搅拌机中，在90℃的温度下混合搅拌90min，然后在130℃的温度下搅拌处理40min，冷却至室温后得到混合物料，然后将混合物料加入螺杆挤出机中挤出成型，得到条状塑料制品。聚乙烯复合物为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的混合，高密度聚乙烯的密度为0.95g/cm3，低密度聚乙烯的密度为0.92g/cm3，聚乙烯复合物中高密度聚乙烯的含量为30wt%，纤维素复合物的使用量为聚乙烯复合物的30wt%，增塑剂为环氧大豆油，增塑剂的使用量为合成树脂的20wt%，稳定剂为3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，稳定剂的使用量为合成树脂的1.2wt%，润滑剂为羟基硅油，润滑剂的使用量为合成树脂的6wt%，分散剂为油酸聚乙二醇双酯，分散剂的使用量为合成树脂的2.5wt%。
螺杆的压缩比为3：1，螺杆转速为80转/分。
实施例6：
一种塑料制品的制备方法，
碳纤维预处理：将碳纤维加入丙酮中，在70℃的温度下回流处理3h，然后将碳纤维取出置于丙酮溶液中在130℃的温度下回流处理20min，取出置于混酸溶液中，在50℃的温度下处理4h，然后取出碳纤维后清洗，干燥，得到预处理碳纤维。碳纤维的使用量为丙酮的40wt%，丙酮溶液由丙酮与去离子水混合得到，丙酮溶液中丙酮的含量为90wt%，碳纤维的使用量为丙酮溶液的20wt%，混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液，混酸溶液中硫酸的含量为40wt%，碳纤维的使用量为混酸溶液的20wt%。
改性碳纤维的制备：将预处理碳纤维加入甲基丙烯酸溶液中，在80℃的温度下反应5h，反应完成后洗涤，干燥，得到改性碳纤维。甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水，甲基丙烯酸溶液中含有3wt%的甲基丙烯酸，甲基丙烯酸溶液中含有6wt%的PEG，甲基丙烯酸溶液中含有0.25wt%的过氧化苯甲酰，甲基丙烯酸溶液的使用量使甲基丙烯酸为预处理碳纤维的26wt%。
纤维复合物的制备：在零下10℃的温度下，将棉短绒纤维浆料加入碱性溶液中，搅拌溶解得到棉短绒纤维溶液，然后加入改性碳纤维，在30℃的温度下搅拌处理3h，搅拌完成后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，然后在30℃的温度下处理2h，得到纤维复合物。碱性溶液中含有氢氧化钠和尿素，碱性溶液中氢氧化钠的含量为4wt%，碱性溶液中尿素的含量为9wt%，棉短绒纤维浆料的使用量为碱性溶液的4wt%，改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的30wt%。
塑料的制备：将聚乙烯复合物、增塑剂、润滑剂加入混合搅拌机中，在90℃的温度下混合搅拌90min，然后在130℃的温度下搅拌处理40min，冷却至室温后得到混合物料，然后将混合物料加入螺杆挤出机中挤出成型，得到条状塑料制品。聚乙烯复合物为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的混合，高密度聚乙烯的密度为0.95g/cm3，低密度聚乙烯的密度为0.92g/cm3，聚乙烯复合物中高密度聚乙烯的含量为30wt%，增塑剂为环氧大豆油，增塑剂的使用量为合成树脂的20wt%，润滑剂为羟基硅油，润滑剂的使用量为合成树脂的6wt%。
螺杆的压缩比为3：1，螺杆转速为80转/分。
对比例1：
一种塑料制品的制备方法，
本对比例与实施例2相比，不同之处仅在于，纤维复合物的制备中将改性碳纤维替换为未改性碳纤维。
试验例
1.红外光谱测试
测试样品：实施例1中制备得到的改性碳纤维。
本发明制备得到的改性碳纤维的红外光谱图如图1所示，其中，在3450cm-1处为碳纤维表面的羟基的红外吸收峰，在2800-3000cm-1间为甲基、亚甲基的红外吸收峰，在1722cm-1处为碳氧双键的红外吸收峰，在1033cm-1处为碳氧碳的红外吸收峰，表明得到改性碳纤维。
2.拉伸强度测试
测试样品：各实施例制备得到的塑料制品，制成为Ⅰ型试样。
参照国家标准GB/T 1447-2005对上述测试样品进行拉伸强度测试，测试温度为25℃，拉伸速度为250mm/min。
本发明制备得到的塑料制品的拉伸强度测试结果如图2所示，其中，A为实施例1，B为实施例2，C为实施例3，D为实施例4，E为实施例5，F为实施例6，G为对比例1，实施例1制备得到的塑料制品的拉伸强度为56.3MPa，实施例6制备得到的塑料制品的拉伸强度为25.2MPa，实施例1与实施例6相比，表明在将由棉短绒纤维和改性碳纤维制备得到的纤维复合物应用到塑料制品中时，大大提高了塑料制品的拉伸强度，相对于实施例6，实施例1制备得到的塑料制品的拉伸强度提高了123.41%；实施例2制备得到的塑料制品的拉伸强度为64.4MPa，实施例2与实施例1相比，实施例2制备得到的塑料制品的拉伸强度提高了14.39%，实施例2与实施例1的区别在于，纤维复合物制备中采用羟基蛋氨酸钙溶液处理，表明经羟基蛋氨酸钙处理后的纤维复合物与以聚乙烯复合物为的塑料制品原料间的结合效果更好，最终提高制备得到的塑料制品的拉伸性能；对比例1制备得到的塑料制品的拉伸强度为56.5MPa，实施例1-2与对比例1相比，表明在使用未改性碳纤维制备纤维复合物时，将纤维复合物采用羟基蛋氨酸钙溶液进行处理，对塑料制品的拉伸强度并无好的提升效果；实施例3制备得到的塑料制品的拉伸强度为65.1MPa，实施例3与实施例2相比，表明稳定剂的使用对制备得到的塑料制品的拉伸强度的提升较弱，相对于实施例2，实施例3得到的塑料制品的拉伸强度仅提高1.09%；实施例4-5与实施例3相比，表明分散剂的使用可以提高塑料制品的拉伸强度，其中，实施例5制备得到的塑料制品的拉伸强度为69.4MPa，相对于实施例3，实施例5得到的塑料制品的拉伸强度提高了6.61%，表明分散剂的使用同样可以提高塑料制品各原料间的结合，但在经羟基蛋氨酸钙溶液处理后，各原料组分的结合作用已经得到改善，在进一步使用分散剂时，虽可以稍有改善塑料制品的拉伸强度，但改进幅度弱于羟基蛋氨酸钙溶液的使用。
本发明制备得到的塑料制品的拉伸强度好，拉伸强度为50-75MPa。
3.抗老化测试
测试样品：各实施例制备得到的塑料制品，制成为Ⅰ型试样。
参照国家标准GB/T 16422.3-2014对上述测试样品进行抗老化性能测试。
本发明制备得到的塑料制品老化后的拉伸强度测试结果如图3所示，塑料制品老化后的性能下降率如图4所示，其中，A为实施例1，B为实施例2，C为实施例3，D为实施例4，E为实施例5，F为实施例6，G为对比例1，实施例1制备得到的塑料制品老化后的拉伸强度为25.8MPa，实施例1制备得到的塑料制品老化后的性能下降率为54.17%，实施例6制备得到的塑料制品老化后的拉伸强度为7.0MPa，实施例6制备得到的塑料制品老化后的性能下降率为72.22%，实施例1与实施例6相比，表明在将由棉短绒纤维和改性碳纤维制备得到的纤维复合物应用到塑料制品中时，塑料制品老化后的拉伸性能下降率小，表明实施例1的塑料制品的抗老化性能更好；实施例2制备得到的塑料制品老化后的拉伸强度为34.6MPa，实施例2制备得到的塑料制品老化后的性能下降率为46.27%，实施例2与实施例1的区别在于，纤维复合物制备中采用羟基蛋氨酸钙溶液处理，表明经羟基蛋氨酸钙处理后的纤维复合物与以聚乙烯复合物为的塑料制品原料间的结合效果更好，最终提高制备得到的塑料制品的抗老化性能；对比例1制备得到的塑料制品老化后的拉伸强度为25.9MPa，对比例1制备得到的塑料制品老化后的性能下降率为54.08%实施例1-2与对比例1相比，表明在使用未改性碳纤维制备纤维复合物时，将纤维复合物采用羟基蛋氨酸钙溶液进行处理，对塑料制品的抗老化性能并无好的提升效果；实施例3制备得到的塑料制品老化后的拉伸强度为35.9MPa，实施例3制备得到的塑料制品老化后的性能下降率为44.85%，表明稳定剂的使用对制备得到的塑料制品的抗老化性能的提升较弱；实施例4-5与实施例3相比，表明分散剂的使用可以提高塑料制品的抗老化性能，其中，实施例5制备得到的塑料制品老化后的拉伸强度为41.5MPa，实施例5制备得到的塑料制品老化后的性能下降率为40.20%，表明分散剂的使用同样可以提高塑料制品各原料间的结合，但在经羟基蛋氨酸钙溶液处理后，各原料组分的结合作用已经得到改善，在进一步使用分散剂时，虽可以稍有改善塑料制品的抗老化性能，但改进幅度弱于羟基蛋氨酸钙溶液的使用。
本发明制备得到的塑料制品的抗老化性能好，老化后性能下降率为35-55%。
4.抗冲击性能测试
测试样品：各实施例制备得到的塑料制品，切割制成80×10×4mm的标准试件。
将测试样品在温度为25℃、湿度为50%的环境中静置48h，然后在同样温度及同样湿度的条件下，采用悬臂梁冲击仪对上述测试样品进行抗冲击强度测试。
本发明制备得到的塑料制品的抗冲击性能测试结果如图5所示，其中，A为实施例1，B为实施例2，C为实施例3，D为实施例4，E为实施例5，F为实施例6，G为对比例1，实施例1制备得到的塑料制品的抗冲击强度为3.8 kJ/m2，实施例6制备得到的塑料制品的抗冲击强度为2.3 kJ/m2，实施例1与实施例6相比，表明在将由棉短绒纤维和改性碳纤维制备得到的纤维复合应用到塑料制品中时，大大提高了塑料制品的抗冲击强度，相对于实施例6，实施例1制备得到的塑料制品的抗冲击强度提高了65.22%；实施例2制备得到的塑料制品的抗冲击强度为4.2 kJ/m2，实施例2与实施例1相比，实施例2制备得到的塑料制品的抗冲击强度提高了10.53%，实施例2与实施例1的区别在于，纤维复合物制备中采用羟基蛋氨酸钙溶液处理，表明经羟基蛋氨酸钙处理后的纤维复合物与以聚乙烯复合物为的塑料制品原料间的结合效果更好，最终提高制备得到的塑料制品的抗冲击性能；对比例1制备得到的塑料制品的抗冲击强度为3.9 kJ/m2，实施例1-2与对比例1相比，表明在使用未改性碳纤维制备纤维复合物时，将纤维复合物采用羟基蛋氨酸钙溶液进行处理，对塑料制品的抗冲击强度并无好的提升效果；实施例3制备得到的塑料制品的抗冲击强度为4.3 kJ/m2，实施例3与实施例2相比，表明稳定剂的使用对制备得到的塑料制品的抗冲击强度的提升较弱，相对于实施例2，实施例3得到的塑料制品的抗冲击强度仅提高2.38%；实施例4-5与实施例3相比，表明分散剂的使用可以提高塑料制品的抗冲击强度，其中，实施例5制备得到的塑料制品的抗冲击强度为4.7 kJ/m2，相对于实施例3，实施例5得到的塑料制品的抗冲击强度提高了9.30%，表明分散剂的使用同样可以提高塑料制品各原料间的结合，但在经羟基蛋氨酸钙溶液处理后，各原料组分的结合作用已经得到改善，在进一步使用分散剂时，虽可以稍有改善塑料制品的抗冲击强度，但改进幅度弱于羟基蛋氨酸钙溶液的使用。
本发明制备得到的塑料制品的抗冲击性能好，抗冲击强度为3.5-5.0kJ/m2。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种防断裂塑料制品，包括：基体材质为聚乙烯树脂，在其中分布着改性碳纤维和棉短绒纤维，改性碳纤维和棉短绒纤维经复合处理及羟基蛋氨酸钙溶液处理后以纤维复合物的形式使用，所述由防断裂塑料由基体材质、纤维复合物及助剂经混炼后，通过塑料成型机制备得到；所述改性碳纤维为甲基丙烯酸改性的碳纤维。
2.根据权利要求1所述的一种防断裂塑料制品，其特征是：所述羟基蛋氨酸钙溶液中含有0.8-3.6wt%的羟基蛋氨酸钙。
3.根据权利要求1所述的一种防断裂塑料制品，其特征是：所述改性碳纤维的使用量为棉短绒纤维浆料的20-40wt%。
4.根据权利要求1所述的一种防断裂塑料制品，其特征是：所述助剂至少含有增塑剂、润滑剂。
5.根据权利要求1所述的一种防断裂塑料制品，其特征是：所述助剂含有增塑剂、稳定剂、润滑剂。
6.权利要求1所述的防断裂塑料制品的制备方法，包括：对碳纤维进行预处理，然后采用甲基丙烯酸溶液对预处理后的碳纤维进行改性；
将棉短绒纤维与改性碳纤维复合制成纤维复合物；所述纤维复合物中棉短绒纤维与改性碳纤维复合后经羟基蛋氨酸钙溶液处理，所述改性碳纤维为甲基丙烯酸改性的碳纤维；
将纤维复合物、聚乙烯复合物及助剂混炼，通过塑料成型机制备得到塑料制品。
7.根据权利要求6所述的防断裂塑料制品的制备方法，其特征是：所述碳纤维的预处理中使用混酸溶液对碳纤维进行处理，所述混酸溶液为硝酸和硫酸的混合液。
8.根据权利要求6所述的防断裂塑料制品的制备方法，其特征是：所述甲基丙烯酸制成使用甲基丙烯酸溶液，甲基丙烯酸溶液中含有甲基丙烯酸、PEG、过氧化苯甲酰和去离子水。
9.根据权利要求8所述的防断裂塑料制品的制备方法，其特征是：所述甲基丙烯酸溶液中含有1-4wt%的甲基丙烯酸。
10.权利要求1中的改性碳纤维、棉短绒纤维与羟基蛋氨酸钙在制备塑料制品中的用途。
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2022
- 2022-09-29 CN CN202211196095.XA patent/CN117264305A/zh active Pending
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