植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法技术

植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法，包括如下步骤：（1）利用硅烷偶联剂对植物纤维进行处理；（2）纤维表面接枝超支化聚酰胺；（3）将接枝上超支化聚酰胺的植物纤维与相容剂、热塑性树脂基体进行熔融共混制备复合材料。本发明专利技术通过对植物纤维表面进行超支化聚酰胺接枝改性，增加了纤维表面的可反应基团数量，以促进纤维表面更多的活性基团与树脂基体中界面相容剂上的官能团发生更多有效碰撞并发生反应，从而在树脂基体与纤维之间搭建数目更多的且长度可控的柔性分子链，进而改善复合材料的力学性能。

【技术实现步骤摘要】

 本专利技术属于植物纤维表面改性领域，涉及一种采用植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法。
技术介绍
植物纤维在自然界中资源极为丰富，具有价格低廉、密度小、环境友好、可自然降解等优点。近些年来，采用植物纤维制备复合材料已经成为复合材料研究领域的一大热点，具有显著的经济及社会效益，对提高农产品附加值，推动我国农业工业的发展具有极为重要的意义。然而目前此类复合材料仍未获得较大的市场，这主要是由于其力学性能尚不能达到满意的使用要求。因此，提高这类复合材料的力学性能已成为当务之急。
技术实现思路
   本专利技术提供一种植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法，以提供具有良好力学性能的植物纤维复合材料。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法，包括如下步骤：（1）利用硅烷偶联剂对植物纤维进行处理；（2）纤维表面接枝超支化聚酰胺；（3）将接枝上超支化聚酰胺的植物纤维与相容剂、热塑性树脂基体进行熔融共混制备复合材料。植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法中，所述的植物纤维为：木纤维、麻纤维、农作物秸秆纤维、竹纤维中的任意一种或几种的混合。植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法中，所述的相容剂为：聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚苯乙烯接枝马来酸酐、聚乳酸接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乳酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任意一种或几种的任意组合。所述的植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法中，所述的热塑性树脂基体为：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任意一种或几种的任意组合。所述的植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法中，所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，处理条件为：硅烷偶联剂水溶液质量分数为1%~10%，在80℃~90℃条件下处理4h~8h。所述的植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法中，第（2）步中工艺条件为：首先采用丙烯酸甲酯对第（1）步处理后的纤维进行接枝改性，接枝处理条件为：在50℃条件下接枝处理24h；然后，在接枝丙烯酸甲酯的纤维上利用乙二胺或己二胺进行氨化处理接枝超支化聚酰胺，接枝处理条件为：在50℃条件下接枝处理24h。所述的植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法中，第（3）步的工艺条件为：将（2）处理后的纤维与相容剂、热塑性树脂基体在熔融共混设备中进行熔融混合，并在平板硫化机中进行模压制备出复合材料。所述的植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法中，所述的熔融共混设备为：开炼机、挤出机、微型双螺杆挤出机或哈克转矩流变仪中的任意一种。本专利技术的第（1）步对植物纤维表面利用硅烷偶联剂溶液处理的工艺为：将植物纤维浸入硅烷偶联剂的水溶液中进行处理，随后将硅烷偶联剂溶液处理过的植物纤维采用蒸馏水抽提洗涤至中性，烘干；本专利技术的第（2）步对纤维表面接枝超支化聚酰胺的工艺为：将第（1）步硅烷偶联剂处理过的纤维采用接枝改性工艺在表面接枝超支化聚酰胺，随后将接枝上超支化聚酰胺的纤维采用甲醇抽提洗涤，烘干；本专利技术的第（3）步进行复合材料的制备的工艺为：将接枝上超支化聚酰胺的植物纤维与相容剂、热塑性树脂基体进行熔融共混制备复合材料。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过对植物纤维表面进行超支化聚酰胺接枝改性，增加了纤维表面的可反应基团数量，以促进纤维表面更多的活性基团与树脂基体中界面相容剂上的官能团发生更多有效碰撞并发生反应，从而在树脂基体与纤维之间搭建数目更多的且长度可控的柔性分子链，进而改善复合材料的力学性能。具体实施方式下面实施例是对本专利技术的进一步说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。说明：本专利技术实施例中所用的各种原料以及开炼机、平板硫化机、塑料液压机、万能制样机、力学试验机、粉碎机均为市售产品。实施例1    （1）将用蒸馏水洗涤干净并烘干了的剑麻纤维剪成2～3mm长，同时将3-氨基丙基三乙氧基硅烷配制成10wt%的水溶液。将剑麻纤维放入烧瓶中，加入10%的硅烷偶联剂，油浴下升温至80℃，反应4个小时，反应完成后，用蒸馏水真空抽提洗涤剑麻纤维至中性，然后放入真空干燥箱中干燥。（2）将硅烷偶联剂处理过的剑麻纤维放入烧瓶中，以甲醇为溶剂，加入过量的丙烯酸甲酯与之反应，1g纤维对应丙烯酸甲酯的体积为2ml，反应时间为24小时，反应温度设为50℃，通入氮气作保护气体，反应完成后，用甲醇真空抽提洗涤剑麻纤维5～6次。洗涤干净后，将纤维装入烧瓶中，同样以甲醇为溶剂，加入过量的乙二胺与之反应，1g纤维对应的乙二胺体积为10ml，反应条件与丙烯酸甲酯相同。反应完成后用甲醇真空抽提洗涤剑麻纤维5～6次，得到剑麻纤维表面接枝超支化聚酰胺产品。（3）称取30g超支化聚酰胺改性的剑麻纤维，65g均聚聚丙烯，5g聚丙烯接枝马来酸酐，在开炼机中进行熔融混合，温度为180℃，时间为10min。将混合均匀后的物料快速放入预热好的模具中，并在平板硫化机中进行模压成板，模压温度为180℃，时间为3min，压力为5MPa。完成后，取出模具，将模具放在塑料液压机中常温冷却，压力设定在1MPa，时间为2min。待模具冷却后，取出制品。（4）根据GB/T 1040-1992、GB9341-2000要求，在万能制样机上制备出本实施例所制制品的标准样条，并在力学试验机上测试复合材料的拉伸及弯曲性能。测试结果：拉伸强度为26.91MPa，拉伸模量为1634MPa，弯曲强度为51.27MPa，弯曲模量为2328MPa。对比例1称取30g的用蒸馏水洗涤干净并烘干了的未经改性处理的剑麻纤维、65g均聚聚丙烯以及5g聚丙烯接枝马来酸酐，在开炼机中进行熔融混合，温度为180℃，时间为10min。将混合均匀后的物料快速放入预热好的模具中，并在平板硫化机中进行模压成板，模压温度为180℃，时间为3min，压力为5MPa。完成后，取出模具，将模具放在塑料液压机中常温冷却，压力设定在1MPa，时间为2min。待模具冷却后，取出制品。根据GB/T 1040-1992、GB9341-2000要求，在万能制样机上制备出本对比例所制制品的标准样条，并在力学试验机上测试复合材料的拉伸及弯曲性能。测试结果：拉伸强度为25.09MPa，拉伸模量为1086MPa，弯曲强度为41.46MPa，弯曲模量为1798MPa。实施例2    （1）将用蒸馏水洗涤干净并烘干了的剑麻纤维剪成2～3mm长本文档来自技高网...

【技术保护点】
植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）利用硅烷偶联剂对植物纤维进行处理；（2）纤维表面接枝超支化聚酰胺；（3）将接枝上超支化聚酰胺的植物纤维与相容剂、热塑性树脂基体进行熔融共混制备复合材料。

【技术特征摘要】
1.植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）利用硅烷偶联剂对植物纤维进行处理；
（2）纤维表面接枝超支化聚酰胺；
（3）将接枝上超支化聚酰胺的植物纤维与相容剂、热塑性树脂基体进行熔融共混制备复合材料。
2.根据权利要求1所述的植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法，其特征在于，所述的植物纤维为：木纤维、麻纤维、农作物秸秆纤维、竹纤维中的任意一种或几种的混合。
3.根据权利要求1所述的植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法，其特征在于，所述的相容剂为：聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚苯乙烯接枝马来酸酐、聚乳酸接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乳酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任意一种或几种的任意组合。
4.根据权利要求1所述的植物纤维表面接枝超支化聚酰胺改善复合材料力学性能的方法，其特征在于，所述的热塑性树脂基体为：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙占英，伊凤强，赵雄燕，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北;13