一種苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高性能聚合物領(lǐng)域，具體公布了一種苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備工藝。本發(fā)明所用到的苧麻纖維采用新型的包覆處理技術(shù)，即將與苧麻纖維和聚丙烯樹脂相容性均較好的聚合物溶于適當(dāng)溶劑中，并用該溶液浸泡苧麻纖維，使聚合物包覆于纖維表面。經(jīng)包覆處理后的苧麻纖維與非極性的聚丙烯樹脂復(fù)合后，由于包覆溶液中聚合物的分子鏈與聚丙烯基體的分子鏈相似，使二者之間的相容性提高，從而改善界面結(jié)合能力。本發(fā)明所制備的復(fù)合材料具有質(zhì)輕、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)，并廣泛地應(yīng)用于汽車零部件、航空航天等領(lǐng)域。另外，本發(fā)明所用的雙螺桿擠出制備工藝簡單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高性能聚合物領(lǐng)域，具體涉及一種苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于全球能源和環(huán)境問題日益突出，采用自然界豐富的天然植物纖維替代傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料逐漸受到人們的關(guān)注，生態(tài)復(fù)合材料(eco-composites)的概念應(yīng)運(yùn)而生，天然纖維主要是大麻、亞麻、劍麻和苧麻等。與傳統(tǒng)復(fù)合材料相比，生態(tài)復(fù)合材料可生物降解和循環(huán)利用，在環(huán)境協(xié)調(diào)性和生態(tài)學(xué)方面都具有相對優(yōu)勢。其中，劍麻具有密度小、比強(qiáng)度和比模量高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格不到玻璃纖維的一半，只有碳纖維的1/20左右，在制備車身內(nèi)飾復(fù)合材料方面具有很大的應(yīng)用前景。
[0003]有關(guān)苧麻纖維/樹脂基復(fù)合材料的研究表明，目前，苧麻纖維在使用中還存在一些不足，例如苧麻纖維中存在大量羥基，具有親水性，而大部分聚合物具有憎水性，不利于纖維與樹脂基體的界面粘結(jié)。因此，在制備復(fù)合材料時(shí)需要首先對纖維表面進(jìn)行改性，以除去纖維中的果膠、半纖維素和一些低分子雜質(zhì)，從而增強(qiáng)其與基體之間的粘結(jié)性及穩(wěn)定性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于解決苧麻纖維親水性強(qiáng)，與憎水性的聚丙烯樹脂基體的界面粘結(jié)性差，從而導(dǎo)致苧麻纖維/聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能較低，不利于其應(yīng)用等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是含有65~85wt%的熔融指數(shù)為l(T25g/10min的聚丙烯樹脂，10~25 wt%的苧麻纖維,5~10 wt%的增韌劑，0.1~0.5 wt%的抗氧劑。
[0005]本發(fā)明中所用到的苧麻纖維經(jīng)過包覆處理技術(shù)處理，具體的實(shí)施過程為:將一定量的包覆處理用的聚合物溶液倒入反應(yīng)釜中，再將稱量好的精梳苧麻纖維條放入裝有包覆處理液的反應(yīng)釜中加熱浸泡，待聚合物溶液將精梳苧麻纖維條充分浸潤且溶劑完全揮發(fā)后，放入烘箱中烘干至恒重即得到發(fā)明所需的苧麻纖維。
[0006]制備苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的具體步驟如下:
(1)將精梳苧麻纖維條采用包覆處理技術(shù)處理后分成兩組，第一組保持束狀，第二組切成短切纖維；
(2)按照配方稱量兩組配方，放入高速混合機(jī)中混合均勻，第一組不加苧麻纖維，第二組加入短切苧麻纖維；
(3)采用雙螺桿擠出機(jī)制備本發(fā)明產(chǎn)品，雙螺桿擠出機(jī)的各段螺筒溫度應(yīng)控制在170~185°C之間，螺桿長徑比24~36。
[0007](4)將混合后的物料倒入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出、水冷、烘干、切粒等步驟后二次擠出即得到顆粒狀的苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其中，第一組配方的束狀苧麻纖維通過玻纖口加入雙螺桿擠出機(jī)中。
[0008]本發(fā)明所用到的苧麻纖維采用新型的包覆處理技術(shù)，即將與苧麻纖維和聚丙烯樹脂相容性均較好的含氯聚合物溶于二氯乙烷中，并用該溶液浸泡苧麻纖維，使聚合物包覆于纖維表面。其原理在于，苧麻纖維表面存在大量的極性基團(tuán)羥基(-OH)，而含氯聚合物分子的每個(gè)鏈節(jié)上都含有親核性較強(qiáng)的-Cl。將含氯聚合物用二氯乙烷溶解后，浸潤苧麻纖維然后加熱，使溶劑完全揮發(fā)，適當(dāng)分子量的含氯聚合物將均勻地包覆在苧麻纖維表面，在含氯聚合物和苧麻纖維的結(jié)合面上，含氯聚合物上親核性強(qiáng)的-Cl很容易與纖維表面的-OH靠分子間力結(jié)合。包覆處理后的纖維與非極性聚合物基體PP復(fù)合后，由于本發(fā)明中所用到的含氯聚合物的C-C鏈與非極性聚合物基體的分子鏈相似，它們之間的相容性很好，結(jié)合力較強(qiáng)，從而改善界面結(jié)合能力。這層聚合物膜就相當(dāng)于一個(gè)復(fù)合表面，膜的一邊以氫鍵與苧麻纖維結(jié)合，另一邊與PP基體融為一體。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0010]實(shí)施例:
(1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的比例稱取一定量的含氯聚合物粉料，加入到1，2-二氯乙烷溶劑中，將溶液加熱到80°C左右并不斷攪拌，使聚合物完全溶解；
(2)用配置好的聚合物溶液浸泡精梳苧麻纖維條15min后取出擠干，放入80°C的烘箱中均勻散開烘干處理2h后得到芒麻纖維1#,該芒麻纖維從雙螺桿擠出機(jī)的玻纖口加入；
(3)將苧麻纖維1#切成3~5mm的短纖維，得到苧麻纖維2#，該苧麻纖維與配方中其他物料共混后從雙螺桿擠出機(jī)的料斗中加入；
(4)按照如表1所示的兩組配方將各組分稱量好，并放入高速混合機(jī)中混合均勻；
(5)采用雙螺桿擠出機(jī)制備本發(fā)明產(chǎn)品，雙螺桿擠出機(jī)的各工藝段溫度為170°C、175°C、175°C、175°C、175°C、180°C、180°C、185°C，螺桿長徑比 3 ；
(6)將混合后的物料倒入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出、水冷、烘干、切粒等步驟后二次擠出即得到顆粒狀的苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。實(shí)施例制備的復(fù)合材料按標(biāo)準(zhǔn)尺寸注塑成測試用標(biāo)準(zhǔn)樣件，具體檢測標(biāo)準(zhǔn)及檢測結(jié)果如表2所示。
[0011]表1苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的配方
【權(quán)利要求】
1.一種苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:含65~85wt%的熔融指數(shù)為10~25g/10min的聚丙烯樹脂，10~25wt%的芒麻纖維，5~10wt%的偶聯(lián)劑,0.1~0.5wt%的抗氧劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述的苧麻纖維為經(jīng)過包覆處理技術(shù)處理的精梳苧麻纖維條。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的經(jīng)過包覆處理技術(shù)處理的精梳苧麻纖維條，其特征在于所用的包覆處理液為與聚丙烯基體分子鏈相似的聚合物溶液，具體為氯化聚乙烯-二氯乙烷溶液和聚氯乙烯-二氯乙烷溶液中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述的抗氧劑為四[甲基-β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、亞磷酸三[2，4-二叔丁基苯酯]、硫代二丙酸二 (十八酯)和1，3，5-三(3，5- 二叔丁基-4-羥基芐基)異氰尿酸中的一種或數(shù)種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述的增韌劑為三元乙丙橡膠、乙烯-辛烯共聚物中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的制備工藝為: (1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的比例稱取一定量的含氯聚合物粉料，加入到1，2-二氯乙烷溶劑中，將溶液加熱到80°C左右并不斷攪拌，使聚合物完全溶解； (2)用配置好的聚合物溶液浸泡精梳苧麻纖維條15min后取出擠干，放入80°C的烘箱中均勻散開烘干處理2h后得到苧麻纖維； (3)按照配方將各組分稱量好，并放入高速混合機(jī)中混合均勻； (4)采用雙螺桿擠出機(jī)制備本發(fā)明產(chǎn)品，雙螺桿擠出機(jī)的各工藝段溫度為170°C、175°C、175°C、175°C、175°C、180°C、180°C、185°C，螺桿長徑比 36 ； (5)將混合后的物料倒入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出、水冷、烘干、切粒等步驟后二次擠出即得到顆粒狀的苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。
【文檔編號】C08L97/02GK104163983SQ201310185514
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】郎朗, 陳寶巖, 代汝軍 申請人:黑龍江鑫達(dá)企業(yè)集團(tuán)有限公司