一種苧麻纖維增強聚丙烯復合材料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明屬于高性能聚合物領域，具體公布了一種苧麻纖維增強聚丙烯復合材料及其制備工藝。本發明所用到的苧麻纖維采用新型的包覆處理技術，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。經包覆處理后的苧麻纖維與非極性的聚丙烯樹脂復合后，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，從而改善界面結合能力。本發明所制備的復合材料具有質輕、節能、環保等特點，可實現產品的輕量化設計，并廣泛地應用于汽車零部件、航空航天等領域。另外，本發明所用的雙螺桿擠出制備工藝簡單，生產效率高，產品質量穩定，適于工業化生產。
【專利說明】一種苧麻纖維增強聚丙烯復合材料及其制備工藝

【技術領域】
[0001]本發明屬于高性能聚合物領域，具體涉及一種苧麻纖維增強聚丙烯復合材料及其制備工藝。

【背景技術】
[0002]近年來，由于全球能源和環境問題日益突出，采用自然界豐富的天然植物纖維替代傳統纖維增強樹脂基復合材料逐漸受到人們的關注，生態復合材料(eco-composites)的概念應運而生，天然纖維主要是大麻、亞麻、劍麻和苧麻等。與傳統復合材料相比，生態復合材料可生物降解和循環利用，在環境協調性和生態學方面都具有相對優勢。其中，劍麻具有密度小、比強度和比模量高、價格低廉等優點，價格不到玻璃纖維的一半，只有碳纖維的1/20左右，在制備車身內飾復合材料方面具有很大的應用前景。
[0003]有關苧麻纖維/樹脂基復合材料的研究表明，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。因此，在制備復合材料時需要首先對纖維表面進行改性，以除去纖維中的果膠、半纖維素和一些低分子雜質，從而增強其與基體之間的粘結性及穩定性。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在于解決苧麻纖維親水性強，與憎水性的聚丙烯樹脂基體的界面粘結性差，從而導致苧麻纖維/聚丙烯復合材料的力學性能較低，不利于其應用等問題。本發明的技術方案是含有65~85wt%的熔融指數為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]本發明中所用到的苧麻纖維經過包覆處理技術處理，具體的實施過程為:將一定量的包覆處理用的聚合物溶液倒入反應釜中，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后，放入烘箱中烘干至恒重即得到發明所需的苧麻纖維。
[0006]制備苧麻纖維增強聚丙烯復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)采用雙螺桿擠出機制備本發明產品，雙螺桿擠出機的各段螺筒溫度應控制在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的料斗中，經過雙螺桿擠出機擠出、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聚丙烯復合材料，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中。
[0008]本發明所用到的苧麻纖維采用新型的包覆處理技術，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羥基(-OH)，而含氯聚合物分子的每個鏈節上都含有親核性較強的-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，適當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合面上，含氯聚合物上親核性強的-Cl很容易與纖維表面的-OH靠分子間力結合。包覆處理后的纖維與非極性聚合物基體PP復合后，由于本發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，結合力較強，從而改善界面結合能力。這層聚合物膜就相當于一個復合表面，膜的一邊以氫鍵與苧麻纖維結合，另一邊與PP基體融為一體。

【具體實施方式】
[0009]下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0010]實施例:
(1)按質量分數為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，并放入高速混合機中混合均勻；
(5)采用雙螺桿擠出機制備本發明產品，雙螺桿擠出機的各工藝段溫度為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的料斗中，經過雙螺桿擠出機擠出、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聚丙烯復合材料。實施例制備的復合材料按標準尺寸注塑成測試用標準樣件，具體檢測標準及檢測結果如表2所示。
[0011]表1苧麻纖維增強聚丙烯復合材料的配方

【權利要求】
1.一種苧麻纖維增強聚丙烯復合材料，其特征在于:含65~85wt%的熔融指數為10~25g/10min的聚丙烯樹脂，10~25wt%的芒麻纖維，5~10wt%的偶聯劑,0.1~0.5wt%的抗氧劑。
2.根據權利要求1所述的苧麻纖維增強聚丙烯復合材料，其特征在于所述的苧麻纖維為經過包覆處理技術處理的精梳苧麻纖維條。
3.根據權利要求2所述的經過包覆處理技術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.根據權利要求1所述的苧麻纖維增強聚丙烯復合材料，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種混合物。
5.根據權利要求1所述的苧麻纖維增強聚丙烯復合材料，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.根據權利要求1 所述的苧麻纖維增強聚丙烯復合材料的制備工藝為: (1)按質量分數為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，并放入高速混合機中混合均勻； (4)采用雙螺桿擠出機制備本發明產品，雙螺桿擠出機的各工藝段溫度為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的料斗中，經過雙螺桿擠出機擠出、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聚丙烯復合材料。
【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 優先權日:2013年5月20日
【發明者】郎朗, 陳寶巖, 代汝軍 申請人:黑龍江鑫達企業集團有限公司