本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱塑性復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
玉米秸桿在禾本科植物中較為粗壯，長度為0.8～3m，直徑為2～4.5cm，有明顯的節(jié)和節(jié)間。每畝玉米可產(chǎn)玉米秸稈400～500kg。玉米秸桿主要由葉和莖組成，其中莖又由外皮和髓組成。采用光學(xué)顯微鏡可在玉米莖桿的橫截面上看到3種組成：表皮組織、基本薄壁組織和微管組織。
表皮是植物莖桿最外層細(xì)胞，是一種長細(xì)胞與兩個短細(xì)胞交替排列，幾乎充滿SiO2和另一種具有栓質(zhì)化的細(xì)胞組成短細(xì)胞。由于礦質(zhì)化和栓質(zhì)化，玉米秸表皮含有較多的玉米秸硅化物和蠟質(zhì)。玉米秸桿中的纖維長度一般在520～1550μm，兩端尖削，胞壁上有顯著的節(jié)紋而少紋孔。
玉米秸的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、粗蛋白、脂肪和水。其中，纖維素是不溶于水的均一聚糖；它是由D-葡萄糖基構(gòu)成的直鏈狀高分子化合物，纖維素大分子中的D-葡萄糖基之間與纖維素二糖以聯(lián)結(jié)的方式連接，纖維素二糖的C1位上保持著半縮醛的形式，有還原性，而在C4上留有一個自由羥基，纖維素具有特性的X射線圖；半纖維素是除纖維素和果膠以外的植物細(xì)胞壁聚糖，與纖維素不同，半纖維素是兩種或兩種以上單糖組成的不均一聚糖，分子量較低，聚合度小，大多帶有支鏈。因此，構(gòu)成纖維素的主要單糖包括木糖、甘露糖和葡萄糖；構(gòu)成半纖維素的主要單糖是：半乳糖、阿拉伯糖、木糖葡萄糖、巖藻糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸。
木質(zhì)素是一種天然的高分子聚合物，是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元通過醚鍵和碳-碳鍵連接而成、具有三維結(jié)構(gòu)的芳香族高分子化合物。玉米秸的木質(zhì)素屬于愈瘡木基-紫丁香基木質(zhì)素類，基本結(jié)構(gòu)單元為愈瘡木基和紫丁香基，含有少量的對羥基苯基，紫丁香基與愈創(chuàng)木基之間的比例為0.5～1.0。木質(zhì)素中主要含有7％～12％的酯基化合物，含碳量達(dá)60％～66％。木質(zhì)素的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定性，使玉米秸較易蒸煮。
目前，熱塑性復(fù)合材料大多采用純塑料注塑，消耗大量石化資源、污染環(huán)境，關(guān)鍵力學(xué)性能也不是很理想。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種熱塑性復(fù)合材料，本申請?zhí)峁┑臒崴苄圆牧铣杀镜?，環(huán)保性好，且力學(xué)性能優(yōu)異。
有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N熱塑性復(fù)合材料，包括：
塑料基材 100重量份；
玉米秸稈纖維 10～43重量份；
助劑 1.0～3.0重量份；
所述塑料基材包括回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物。
優(yōu)選的，所述塑料基材中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物為所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯之和的10wt％～30wt％；所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯的質(zhì)量比為10：(3～10)。
優(yōu)選的，所述熱塑性復(fù)合材料中還包括馬來酸酐接枝聚丙烯，所述馬來酸酐接枝聚丙烯的含量為1.0～4.3重量份。
優(yōu)選的，所述玉米秸稈纖維的含量為15～43重量份。
優(yōu)選的，所述助劑包括色素炭黑、抗氧劑和偶聯(lián)劑中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述助劑包括1.0～2.5重量份的色素炭黑，0.25～0.50重量份的抗氧劑300。
本申請還提供了上述方案所述的熱塑性復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
將玉米秸稈纖維粉與助劑混合后再加入回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯與苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物；
將所述混合料擠出造粒，得到熱塑性復(fù)合材料。
優(yōu)選的，所述玉米秸稈粉與所述助劑混合之前還包括：
將所述玉米秸稈纖維粉進(jìn)行低速攪拌，再進(jìn)行高速攪拌，然后加熱至100～105℃；
所述低速攪拌的轉(zhuǎn)速為700～800r/min，時間為5～10min，所述高速攪拌的轉(zhuǎn)速為1200～1500r/min，時間為25～30min。
優(yōu)選的，所述混合的溫度為120～127℃。
優(yōu)選的，所述擠出的溫度為120～200℃。
本申請?zhí)峁┝艘环N熱塑性復(fù)合材料，其包括：回收聚苯乙烯、回收高密度聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物、玉米秸稈纖維與助劑，其中，玉米秸稈纖維作為熱塑性復(fù)合材料的填料，使熱塑性復(fù)合材料成本低、環(huán)保性好；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物作為增容劑，使塑料基材的相容性改善，從而增強(qiáng)了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
具體實施方式
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
本發(fā)明實施例公開了一種熱塑性復(fù)合材料，包括：
塑料基材 100重量份；
玉米秸稈纖維 10～43重量份；
助劑 1.0～3.0重量份；
所述塑料基材包括回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物。
本申請中的塑料基材為基體原料，對于其來源本申請對此沒有特別的限制。作為優(yōu)選方案，本申請中所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物的含量為所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚苯乙烯總量的10wt％～30wt％，示例的，可為12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、25wt％、28wt％。所述回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯的質(zhì)量比優(yōu)選為10:30～10。
所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物縮寫為SBS，本申請所述SBS為熱塑性彈性體，其作為塑料基材的相容劑。若本申請中的熱塑性復(fù)合物中缺少SBS則其力學(xué)性能差，表現(xiàn)為熱塑性復(fù)合材料特別脆弱，容易斷裂；但是SBS加入量太多，則對熱塑性復(fù)合材料的拉伸模量、彎曲模量會降低很多，拉伸強(qiáng)度也會降低。本申請對所述SBS的來源沒有特別的限制，為市售產(chǎn)品或按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備方法制備得到。
本申請以玉米秸稈纖維作為熱塑性復(fù)合材料的填料，其對熱塑性復(fù)合材料還具有增強(qiáng)作用。所述玉米秸稈纖維的含量為10～43重量份，該含量是以回收聚苯乙烯和回收高密度聚乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物為基準(zhǔn)的，所述玉米秸稈的含量優(yōu)選為10～40重量份，更優(yōu)選為15～32重量份，示例的，優(yōu)選為18、20、23、25、28、30或35(重量份)。所述玉米秸稈纖維的細(xì)度優(yōu)選為60～80目。
按照本發(fā)明，所述助劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的助劑，對此本申請沒有特別的限制。作為優(yōu)選方案，本申請所述助劑包括色素炭黑、抗氧劑、硅烷偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑和光穩(wěn)定劑中的一種或多種；所述優(yōu)選為色素炭黑，所述偶聯(lián)劑優(yōu)選為KH-550硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑，所述KH-550硅烷偶聯(lián)劑具體為氨丙基三乙氧基硅烷。所述抗氧劑優(yōu)選為抗氧劑300(4,4'-硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)或4,4'-硫代雙(6-叔丁基間甲酚))。所述助劑中具體添加何種物質(zhì)，根據(jù)實際需要進(jìn)行添加。示例的，所述色素炭黑的含量為1.0～2.5重量份，抗氧劑300的含量為0.25～0.50重量份。
本申請通過在熱塑性復(fù)合材料中添加回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯、SBS、玉米秸稈纖維與助劑，降低成本的同時，使熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)性能較好。本申請所述熱塑性復(fù)合材料中還優(yōu)選包括馬來酸酐接枝聚丙烯，其作為塑料基材與玉米秸稈纖維粉的高分子偶聯(lián)劑使用，可進(jìn)一步提高熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)性能。
本申請還提供了一種熱塑性復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
將玉米秸稈纖維粉與助劑混合后再加入回收聚苯乙烯、回收高密度聚苯乙烯中與苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物，得到混合料；
將所述混合料擠出造粒，得到熱塑性復(fù)合材料。
在制備熱塑性復(fù)合材料的過程中，作為優(yōu)選方案，在玉米秸稈纖維粉與助劑混合之前，需要將玉米秸稈纖維粉進(jìn)行加熱除水，在此過程中，優(yōu)選采用高速混合機(jī)(高混機(jī))作為加熱處理設(shè)備。所述高混機(jī)作為加熱處理設(shè)備，將加熱儀表的溫度設(shè)定為110～130℃，高混機(jī)筒體帶有夾套，夾套中注有導(dǎo)熱油，夾套外套有電加熱圈。玉米秸稈纖維粉加熱的過程具體為：
將玉米秸稈纖維粉倒入高混機(jī)中，關(guān)閉上蓋，開動低速攪拌，低速攪拌的攪拌槳轉(zhuǎn)數(shù)為700～800r/min，攪拌5～10min后開啟高速攪拌，轉(zhuǎn)數(shù)為1200～1500r/min，時間為25～30min。
待玉米秸稈纖維粉溫度為100～105℃加入助劑，溫度為120～127℃后開啟排料閥。
本發(fā)明中所述玉米秸稈纖維粉是玉米秸稈在秋天收獲后，自然風(fēng)吹日曬干燥后去掉根、葉、塵土，再經(jīng)過皮瓤分離后，拋棄掉玉米秸稈中瓤，將玉米秸稈皮經(jīng)粉碎機(jī)研磨而成的粉狀物，其細(xì)度為60～80目。
按照本發(fā)明，將加熱處理及表面處理后的玉米秸稈纖維與回收聚苯乙烯、回收高密度聚乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物、馬來酸酐接枝聚丙烯，再次常溫下混合5～10min，得到混合料。
本申請然后將所述混合料擠出造粒，得到熱塑性復(fù)合材料。具體的實驗步驟為，將混合料倒入雙螺桿擠出機(jī)料斗中，開動擠出機(jī)主機(jī)及喂料機(jī)，擠出溫度為120～200℃。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的熱塑性復(fù)合材料，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實施例的限制。
實施例1
將玉米秸稈纖維粉倒入高混機(jī)中，關(guān)閉上蓋，開動低速攪拌，低速攪拌的攪拌槳轉(zhuǎn)數(shù)為750r/min，低速攪拌5min后開動高速攪拌，轉(zhuǎn)數(shù)為1500r/min，時間為25min；
待秸稈粉溫度達(dá)到100～105℃時，加入助劑，溫度達(dá)到120～127℃后開啟排料閥，排出秸稈纖維粉；
將加熱處理及表面處理后的秸稈纖維粉與塑料基體與彈性體再次高速混合，常溫下混合5min，得到混合料；
將得到的混合料倒入雙螺桿擠出機(jī)料斗中，再開動擠出機(jī)主機(jī)與喂料機(jī)，擠出溫度為120～200℃，得到熱塑性復(fù)合材料。
實施例2～4
與實施例1的制備方法相同，區(qū)別在于：熱塑性復(fù)合材料的組分及含量不同，具體如表1所示。
檢測實施例2～4的熱塑性復(fù)合材料的性能，檢測結(jié)果如表2所示。
表1熱塑性復(fù)合材料各組分的數(shù)據(jù)表
注：實施例4中加有光亮分散劑，為秸稈纖維粉的5％，3重量份；PS是聚苯乙烯英文縮寫，SBS YH-792購自巴陵石化，是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物英文縮寫。
表2實施例制備的熱塑性復(fù)合材料的性能數(shù)據(jù)表
以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。