專利名稱：一種新型竹塑復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型竹塑復(fù)合材料的制備。具體涉及以聚丙烯為基體樹脂，加入增強(qiáng)材料竹粉(或竹纖維)、增韌劑及其它助劑而得到的一種具有優(yōu)越力學(xué)性能的竹塑復(fù)合材料，屬于材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚丙烯是由丙烯單體通過自由基聚合而制得的一種熱塑性樹脂，按甲基的排列順序有等規(guī)聚丙烯、無規(guī)聚丙烯和間規(guī)聚丙烯三種，工業(yè)產(chǎn)品以等規(guī)聚丙烯為主。聚丙烯熔融溫度約170°C，密度為0. 90克/厘米3，是最輕的通用塑料，具有強(qiáng)度高、硬度大、耐磨、耐彎曲疲勞、耐熱溫度高、耐濕和耐化學(xué)性能好、易加工成型、價(jià)格低廉而被廣泛應(yīng)用的通用高分子材料。聚丙烯的主要缺點(diǎn)有二個(gè)一是收縮率大，由此導(dǎo)致制品尺寸穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生翹曲變形；二是低溫易脆斷。當(dāng)然，同傳統(tǒng)工程塑料相比還存在模量低，耐熱性差及耐光、 熱老化性能差等缺點(diǎn)。我國(guó)竹資源豐富，竹材被譽(yù)為第二森林資源，是木材的重要替代材料。天然綠色材料的竹纖維可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、環(huán)保材料領(lǐng)域，可代替木纖維和玻璃纖維等增強(qiáng)材料。我國(guó)竹材主要生長(zhǎng)在長(zhǎng)江以南各省市的丘陵山區(qū)和貧困地區(qū)，竹類資源的開發(fā)利用，不僅對(duì)緩解我國(guó)木材供需矛盾，而且對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)化的形成，拉動(dòng)貧困地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)都具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。竹纖維與塑料的復(fù)合依然面臨著很多技術(shù)難題。竹纖維本身成分非常復(fù)雜，含有纖維素，半纖維素，木質(zhì)素，多縮戊糖，苯醇抽出物，冷水抽出物，熱水抽出物，氫氧化鈉抽出物，灰分，水分等。植物纖維在加工時(shí)發(fā)生降解，植物纖維在進(jìn)行加熱的時(shí)候，首先蒸發(fā)的是纖維中的自由水分，然后隨著時(shí)間的延續(xù)(溫度不高，50°C左右)，纖維開始降解，而纖維的降解對(duì)纖維強(qiáng)度的影響很大；在化學(xué)結(jié)構(gòu)上，植物纖維素分子中存在大量羥基(-0H)基團(tuán)， 使纖維素大分子鏈之間及其內(nèi)部有強(qiáng)烈的氫鍵作用，加之單根纖維在物理結(jié)構(gòu)上的各向異性共同導(dǎo)致了單根纖維整體結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱性。單根纖維具有較強(qiáng)的表面化學(xué)極性，使纖維具有極強(qiáng)的吸水性，而熱塑性塑料多數(shù)為非極性，具有疏水性，使兩種不同極性間的界面潤(rùn)濕性和粘合性極差。通過添加相容劑，可以使官能團(tuán)之間進(jìn)行反應(yīng)，降低纖維表面的羥基數(shù)量，增加纖維與樹脂的界面粘結(jié)性，但是纖維的加入會(huì)使復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度大幅度降低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種具有優(yōu)越力學(xué)性能的竹塑復(fù)合材料。聚丙烯樹脂的價(jià)格昂貴，而纖維的的成本相對(duì)較低，在聚丙烯中添加纖維可以有效地降低生產(chǎn)成本。但由于纖維表面含有大量的羥基，具有較強(qiáng)的極性，與聚丙烯的極性相差較大，使得纖維與聚丙烯的相容性較差。纖維與聚丙烯的界面粘結(jié)性能較差，一方面使纖維與基體的浸潤(rùn)性較低，導(dǎo)致材料在加工的過程中不能很好地混合，并且會(huì)延長(zhǎng)混合的時(shí)間，加大了纖維的降解；另一方面因?yàn)槔w維與基體樹脂的相容性較差，無法得到綜合性能優(yōu)越的復(fù)合材料，通過添加相容劑，使官能團(tuán)之間進(jìn)行反應(yīng)，可以有效地降低纖維表面的羥基數(shù)量，增加纖維與樹脂的界面粘結(jié)性。纖維的加入在一定程度上可以提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量，但是會(huì)使材料的沖擊強(qiáng)度大幅度降低。本發(fā)明主要是通過選擇適當(dāng)種類和比例的增韌劑、相容劑以及其它助劑，來克服復(fù)合材料因纖維的加入而使其沖擊強(qiáng)度大幅度降低的弊端。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種新型竹塑復(fù)合材料，其特征在于，所述的竹塑復(fù)合材料的組分及質(zhì)量份數(shù)包括
聚丙烯40-100竹粉或竹纖維100 40相容劑3-15增韌劑3-15偶聯(lián)劑0-5潤(rùn)滑劑0.5 8成核劑0-15其它助劑0-8其中，所述的聚丙烯的熔融指數(shù)MFI = 2.5，等規(guī)指數(shù)> 96.6%，拉伸強(qiáng)度> 30MPa ；相容劑為選自PP-g-MAH(聚丙烯接枝馬來酸酐)、P0E-g-MAH(乙烯辛烯共聚物接枝馬來酸酐)、PP-g_GMA(聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯)、EVA-g-MAH(乙烯醋酸乙烯酯接枝馬來酸酐)、SMA(苯乙烯接枝馬來酸酐)中的一種或幾種。其中相容劑PP-g-MAH的接枝率為0. 6% 3%，80彡MFI彡400 ；其它相容劑的接枝率在0. 5% 2. 5%, 10 ^ MFI ^ 100。增韌劑為選自PNBR(粉末丁腈橡膠)、丁腈系列粉末接枝橡膠、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PTW(乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物)、P0E-g-GMA(乙烯-1-辛烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯)、Ρ0Ε(乙烯-1-辛烯共聚物) 中的一種或者幾種。粉末丁腈橡膠的目數(shù)在30 50，結(jié)合丙烯腈的含量為粉末丁腈橡膠的20% 40% (質(zhì)量比)，門尼粘度在40 120 ；MBS中丁二烯橡膠的含量在40% 60% (質(zhì)量比)；PTW的密度是0. 94g/cm3，熔融指數(shù)為10 15g/10min ；POE-g-GMA的熔融指數(shù)為 0. 5 3. 0g/10min，其中Ρ0Ε(乙烯-辛烯共聚物)中辛烯的含量為20 % 40 % ；Ρ0Ε(乙烯-1-辛烯共聚物)中辛烯含量為20% 40%。偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑(優(yōu)選ΚΗ-550、ΚΗ-560、ΚΗ_570)、鈦酸酯類偶聯(lián)劑、異氰酸酯類偶聯(lián)劑中的一種或者幾種；潤(rùn)滑劑為選自硬脂酸(SA)、石蠟油(PW)、聚乙烯蠟、乙撐雙硬脂酰胺(EBS)中的一種或幾種；
成核劑為選自CaCO3、滑石粉、二苯亞甲基山梨醇(DBS)中的一種或幾種；其它助劑為選自交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、抗氧劑、加工改性劑中的一種或幾種。其中交聯(lián)劑為選自過氧化二異丙苯(DCP)、過氧化苯甲酰(BPO)、2，5_ 二甲基_2，5 二叔丁基過氧化己烷(雙25)中的一種或幾種；穩(wěn)定劑為氧化鋅或硬脂酸鋅；抗氧劑為抗氧劑1010或輔助抗氧劑168 ；加工改性劑為丙烯酸酯共聚物(ACR501)。竹粉或竹纖維的目數(shù)優(yōu)選為60 100目。本發(fā)明的制備方法包括如下步驟由于纖維分子中含有大量的羥基，易吸濕，導(dǎo)致材料在加工過程中因水分蒸發(fā)或揮發(fā)性氣體產(chǎn)生而使復(fù)合材料發(fā)泡，材料中氣泡的存在影響材料力學(xué)性能。為了有效地降低因原料中水分對(duì)材料產(chǎn)生的影響，實(shí)驗(yàn)前要對(duì)纖維進(jìn)行干燥處理。1、用分子篩篩選60 100目的竹粉(或竹纖維)，將纖維放在烘箱中，在100°C下作恒溫干燥處理24h ；2、然后按照上述配方，將聚丙烯、竹粉(或竹纖維)、相容劑、增韌劑、偶聯(lián)劑、成核劑、潤(rùn)滑劑及其它助劑于編織袋中進(jìn)行簡(jiǎn)單地手工混合，最后將混合料在輥筒開煉機(jī)上充分混合，開煉溫度165 170°C，開煉時(shí)間10 15min ；3、上述混合料通過模壓方法制得板材，裁樣制得測(cè)試樣條。其中模壓預(yù)熱時(shí)間 10 15min，模壓溫度在170 175°C，保壓時(shí)間3 5min，壓力8 13MPa ；冷壓時(shí)間3 5min，冷壓壓力10 13MPa，即得到所述的竹塑復(fù)合材料。


圖1為新型竹塑復(fù)合材料的制備過程。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。通過以下方法制備本發(fā)明的新型竹塑復(fù)合材料首先用分子篩篩選80目的竹粉 (或竹纖維)，將纖維放在烘箱中，在100°c條件下作恒溫干燥處理24h ；然后按照下列配方， 將各組分于編織袋中進(jìn)行簡(jiǎn)單地手工混合；最后將混合料在輥筒開煉機(jī)上充分混合?；旌狭贤ㄟ^模壓方法制得板材，裁樣制得測(cè)試樣條。其中關(guān)鍵的工藝參數(shù)為開煉溫度165 170°C，開煉時(shí)間10 15min ；模壓預(yù)熱時(shí)間10 15min，模壓溫度在170 175°C，保壓時(shí)間3 5min，壓力8 I3MPa ；冷壓時(shí)間3 5min，冷壓壓力10 UPa。
PPIOOg
竹粉40g
SA0.50g[實(shí)施例1]
PW0.20g
PP-g-MAH7.00g POE-g-GMA 5.00g
5PPIOOg
竹粉40g
SA0.50g[實(shí)施例2] PW0.20g
PP-g-MAH7.00g
KH-5501.20g
POE-g-GMA5.00g
PP70g
竹粉70g
SA1.50g
PW1.50g[實(shí)施例3] EBS1.50g
PP-g-MAH7.00g
KH-5502.80g
ACR5013.OOg
POE-g-GMA5.00g
PP70g
竹粉70g
SA1.50g[實(shí)施例 4] PW1.50g
EBS1.50g
PP-g-MAH7.00g
DBS0.5g
PTW
11.OOg
[實(shí)施例6]
權(quán)利要求
1. 一種新型竹塑復(fù)合材料，其特征在于，所述的竹塑復(fù)合材料的組分及質(zhì)量份數(shù)包括聚丙烯40-100竹粉或竹纖維100-40相容劑3-15增靭劑3-15偶聯(lián)劑0-5潤(rùn)滑劑0.5-8成核劑0 15其它助劑0-8其中，所述的聚丙烯的熔融指數(shù)MFI = 2. 5，等規(guī)指數(shù)> 96. 6%，拉伸強(qiáng)度> 30MPa ； 相容劑為選自聚丙烯接枝馬來酸酐、乙烯-ι-辛烯接枝馬來酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙烯醋酸乙烯酯接枝馬來酸酐、苯乙烯接枝馬來酸酐中的一種或幾種。其中相容劑聚丙烯接枝馬來酸酐的接枝率為0. 6% 3%，80彡MFI ( 400 ；其它相容劑的接枝率在 0. 5%~ 2. 5%, 10 ^ MFI ( 100 ；增韌劑為選自粉末丁腈橡膠、丁腈系列粉末接枝橡膠、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、乙烯-ι-辛烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙烯-1-辛烯共聚物中的一種或者幾種；偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑、異氰酸酯類偶聯(lián)劑中的一種或者幾種； 潤(rùn)滑劑為選自硬脂酸、石蠟油、聚乙烯蠟、乙撐雙硬脂酰胺中的一種或幾種； 成核劑為選自CaCO3、滑石粉、二苯亞甲基山梨醇中的一種或幾種； 其它助劑為選自交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、抗氧劑、加工改性劑中的一種或幾種。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型竹塑復(fù)合材料，其特征在于，所述的增韌劑中，粉末丁腈橡膠的目數(shù)為30 50，結(jié)合丙烯腈的含量為粉末丁腈橡膠質(zhì)量的20% 40%，門尼粘度在40 120;甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯橡膠的含量為40% 60%; 乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物的密度為0. 94g/cm3,熔融指數(shù)為10 15g/10min ；乙烯辛烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯的熔融指數(shù)為0. 5 3. Og/lOmin，其中乙烯-1-辛烯共聚物中辛烯的含量為20% 40% ；乙烯-1-辛烯共聚物中辛烯含量為 20% 40%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型竹塑復(fù)合材料，其特征在于，所述的交聯(lián)劑為選自過氧化二異丙苯、過氧化苯甲酰、2，5- 二甲基-2，5 二叔丁基過氧化己烷中的一種或幾種；穩(wěn)定劑為氧化鋅或硬脂酸鋅；抗氧劑為抗氧劑1010或輔助抗氧劑168 ；加工改性劑為丙烯酸酯共聚物。
4.如權(quán)利要求1所述的一種新型竹塑復(fù)合材料，其特征在于，所述的竹粉或竹纖維的目數(shù)優(yōu)選為60 100目。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型竹塑復(fù)合材料的制備。具體涉及以聚丙烯為基體樹脂，加入增強(qiáng)材料竹粉(或竹纖維)、增韌劑及其它助劑而得到的一種具有優(yōu)越力學(xué)性能的竹塑復(fù)合材料，所述的竹塑復(fù)合材料的組分及質(zhì)量份數(shù)包括聚丙烯40～100，竹粉或竹纖維100～40，相容劑3～15，增韌劑3～15，偶聯(lián)劑0～5，潤(rùn)滑劑0.5～8，核劑0～15，其它助劑0～8。本發(fā)明通過選擇適當(dāng)種類和比例的增韌劑、相容劑以及其它助劑，克服了復(fù)合材料因纖維的加入而使其沖擊強(qiáng)度大幅度降低的弊端。
文檔編號(hào)C08K3/26GK102229749SQ20111014663
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者朱旭東, 汪濟(jì)奎, 田孝才, 聶亞楠, 蔡國(guó)鋒, 郭衛(wèi)紅 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)