本发明专利技术提出一种具有嵌块结构的白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料，其包括如下重量份配比的原料：低密度聚乙烯(LDPE)100、麻纤维10、气相白炭黑5‑20、助包覆剂0.5‑2.0，本发明专利技术利用助包覆剂将气相白炭黑直接包覆于麻纤维表面，无需对白炭黑和麻纤维各自进行偶联剂处理后再分别加入热塑性聚合物基体，工艺过程简单，制备的复合材料具有特殊的“嵌块”结构，即被白炭黑包覆后的麻纤维形成约50‑100μm的纤维束“嵌块”分散于热塑性聚合物基体中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料，尤其涉及一种白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料。
技术介绍
以麻纤维为代表的天然植物纤维具有来源广、价格低、密度小、可再生、可降解等优点。其价格约为玻璃纤维的1/3，密度约为玻璃纤维的1/2。常见的麻纤维种类有剑麻、洋麻、亚麻、黄麻、苎麻、红麻等，用此类纤维替代玻璃纤维制成聚合物基复合材料运用到新能源汽车等领域，不仅可以实现汽车的轻量化，还具有成型简单、容易回收、绿色环保等特点。麻纤维等植物纤维中往往含有果胶、木质素和半纤维素等低分子杂质，不利于获得性能优良的纤维增强复合材料，需要通过物理或化学方法对植物纤维进行预处理。采用氢氧化钠水溶液对植物纤维进行润胀处理(即碱处理法)是发现最早、应用最广的预处理手段之一。通过碱处理，可去除纤维素中的杂质，使纤维形态结构和微细结构发生很大变化，有利于增大纤维与基体界面结合力气相白炭黑也称为气相二氧化硅或纳米白炭黑，是一种重要的超细无机填料，粒子呈现半透明的白色絮状(粒径小于100nm)，无毒，有巨大的比表面积。在橡胶或塑料中添加少量气相白炭黑后，材料的强度、耐磨性和抗老化性等性能均有一定提高。一般纤维状填料(如短玻纤、碳纤等)与无机粉状填料(如碳酸钙、滑石粉等)并用，可促使材料的性能更加平衡。而如果将麻纤维与气相白炭黑等超细无机填料作为两种填料直接加入热塑性聚合物，所制备的复合材料往往性能不佳。原因在于：⑴麻纤维在聚合物基体中很容易结成团块，分散性远不如短玻纤和碳纤；⑵未经表面处理的气相白炭黑粒子为纳米级絮状粒子，同样容易发生“团聚”现象，严重影响复合材料的力学性能。⑶现有技术中改善填料“团聚”现象的方法通常是利用偶联剂对麻纤维及纳米无机填料进行表面处理，虽有一定效果，但不能从根本上解决问题。⑷麻纤维、纳米无机填料由于表面特性不同，需要分别用不同种类的偶联剂表面处理后再与热塑性聚合物基体混合，工艺过程繁琐。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供一种处理工序相对简单、复合效果突出的白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种具有嵌块结构的白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料,包括如下重量份数比的原料：低密度聚乙烯(LDPE)100、麻纤维10、气相白炭黑5-20、助包覆剂0.5-2.0。上述原料通过以下方法步骤制备获得本复合材料：(1)将麻纤维用浓度2％的氢氧化钠水溶液浸泡24h后洗净干燥备用；称取助包覆剂，将助包覆剂配成浓度10％-12％的水溶液。(2)麻纤维用上述水溶液充分浸润后与气相白炭黑在小型高速混合机中搅拌混合，然后将混合物烘干备用。(3)将用白炭黑包覆好的麻纤维与低密度聚乙烯在双辊开炼机中混炼成复合材料片材，双辊的前、后辊设定温度分别为120℃、110℃。(4)、将复合材料片材按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中热压成型，热压温度为140℃。制备获得的复合材料具有特殊的“嵌块”结构，即被白炭黑包覆后的麻纤维形成约50-100μm的纤维束“嵌块”分散于热塑性聚合物基体中。作为本专利技术的一种优选方案，所述助包覆剂采用聚乙烯醇(PVA)树脂、水溶性酚醛树脂、水溶性丙烯酸酯树脂或水溶性聚氨酯。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、工艺过程简单：本专利技术利用助包覆剂将气相白炭黑直接包覆于麻纤维表面，而无需对白炭黑和麻纤维各自进行偶联剂处理后再分别加入热塑性聚合物基体，大大简化了工艺过程。2、复合效果突出：如图1和图2所示，本专利技术制备的白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料具有特殊的“嵌块”结构，即被白炭黑包覆后的麻纤维形成约50-100μm的纤维束“嵌块”分散于热塑性聚合物基体中。其在扫描电子显微镜下观察如图1所示，示意性的结构如图2所示，图中嵌块1分散于热塑性聚合物基体2中，嵌块1中的麻纤维3被絮状气相白炭黑4包覆，这种特殊结构不同于现有技术中添加麻纤维、白炭黑各自形成的团聚体，不仅未使复合材料性能劣化，反而使复合材料性能的冲击强度显著提高，其冲击强度明显优于将麻纤维、气相白炭黑作为两种填料独立加入热塑性聚合物制备的复合材料(表1)。附图说明图1是白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料中的“嵌块”结构(其中试样经液氮脆断后断面喷金，在扫描电子显微镜下观察)图2具有“嵌块”结构的白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。实施例1称取PVA0.5g，将助包覆剂配成浓度12％的水溶液。称取10g经碱处理后的红麻纤维，
用PVA水溶液充分浸润。称取5g气相白炭黑，将其与浸润好的红麻纤维在小型高速混合机中搅拌混合，然后将混合物烘干备用。将用白炭黑包覆好的红麻纤维及100g低密度聚乙烯树脂在双辊开炼机中混炼成复合材料片材，双辊的前、后辊设定温度分别为120℃、110℃。将复合材料片材按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中热压成型，热压温度为140℃。测试复合材料力学性能。称取10g经碱处理后的红麻纤维及0.1g铝酸酯偶联剂，并采用偶联剂汽化法对红麻纤维进行表面处理。称取0.05g硅烷偶联剂KH570并用无水乙醇溶解配成10％的溶液，加入5g气相白炭黑均匀混合后80℃干燥3h备用。将100g低密度聚乙烯树脂在双辊开炼机中塑炼好并依次加入表面处理后的红麻纤维、气相白炭黑，混炼均匀后制成复合材料片材，双辊的前、后辊设定温度分别为120℃、110℃。将复合材料片材按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中热压成型，热压温度为140℃。测试复合材料力学性能。称取10g经碱处理后的红麻纤维及0.1g铝酸酯偶联剂，并采用偶联剂汽化法对红麻纤维进行表面处理。称取0.05g硅烷偶联剂KH570并用无水乙醇溶解配成10％的溶液，加入5g气相白炭黑均匀混合后80℃干燥3h备用。将表面处理后的红麻纤维、气相白炭黑先在小型高速混合机中初混，然后再与100g低密度聚乙烯树脂在双辊开炼机中混炼均匀制成复合材料片材，双辊的前、后辊设定温度分别为120℃、110℃。将复合材料片材按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中热压成型，热压温度为140℃。测试复合材料力学性能。将以上制得的三种复合材料力学性能进行对比，如表1所示。表1具有“嵌块”结构的复合材料与常规混合形成的复合材料性能对比通过力学性能指标可以看出具有嵌块结构的复合材料冲击强度明显优于将麻纤维、气相白炭黑作为两种填料独立加入热塑性聚合物制备的复合材料。实施例2称取PVA0.5g，将助包覆剂配成浓度12％的水溶液。称取10g经碱处理后的红麻纤维，
用PVA水溶液充分浸润。称取5g气相白炭黑，将其与浸润好的红麻纤维在小型高速混合机中搅拌混合，然后将混合物烘干备用。将用白炭黑包覆好的红麻纤维及100g低密度聚乙烯树脂在双辊开炼机中混炼成复合材料片材，双辊的前、后辊设定温度分别为120℃、110℃。将复合材料片材按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中热压成型，热压温度为140℃。测试复合材料力学性能。称取PVA1.0g，将助包覆剂配成浓度12％的水溶液。称取10g经碱处理后的红麻纤维，用PVA水溶液充分浸润。称取10g气相白炭黑，将其与浸润好的红麻纤维在小型高速混合机中搅拌混合，然后将混合物烘干备用。将用白炭黑包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有嵌块结构的白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料，其特征在于，包括如下重量份配比的原料：低密度聚乙烯(LDPE)100、麻纤维10、气相白炭黑5‑20、助包覆剂0.5‑2.0，以上原料通过以下方法步骤制备获得所述复合材料：（1）将麻纤维用浓度2%的氢氧化钠水溶液浸泡24h后洗净干燥备用；将助包覆剂配成浓度10%‑12%的水溶液；（2）将麻纤维用助包覆剂水溶液充分浸润后与气相白炭黑在高速混合机中搅拌混合，然后将混合物烘干备用，得到白炭黑包覆的麻纤维；（3）将用白炭黑包覆的麻纤维与低密度聚乙烯在双辊开炼机中混炼成复合材料片材；（4）将复合材料片材按模具尺寸裁剪后，在平板硫化机中热压成型；制备得到的复合材料具有嵌块结构，即被白炭黑包覆后的麻纤维形成约50‑100μm的纤维束嵌块分散于热塑性聚合物基体中。
【技术特征摘要】
1.一种具有嵌块结构的白炭黑/麻纤维/聚合物复合材料，其特征在于，包括如下重量份配比的原料：低密度聚乙烯(LDPE)100、麻纤维10、气相白炭黑5-20、助包覆剂0.5-2.0，以上原料通过以下方法步骤制备获得所述复合材料：（1）将麻纤维用浓度2%的氢氧化钠水溶液浸泡24h后洗净干燥备用；将助包覆剂配成浓度10%-12%的水溶液；（2）将麻纤维用助包覆剂水溶液充分浸润后与气相白炭黑在高速混合机中搅拌混合，然后将混合物烘干备用，得到白炭黑包覆的麻纤维；（3）将用白炭黑包覆的麻纤维与低密度聚乙烯在双辊开炼机中混炼成复合材料片材；（4）将复合材料片材按模具尺寸裁剪后，在平板硫化机中热压成型；制备得到的复合材料具有嵌块结构，即被白炭黑包覆后的麻纤维形成约50-100μm的纤维束嵌块分散于热塑性聚合物基体中。...
【专利技术属性】
技术研发人员：盛旭敏，陈勇，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50
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