制备纤维增强聚乳酸材料的方法及由该方法制备的材料技术

本公开涉及一种制备纤维增强聚乳酸材料的方法及由该方法制备的纤维增强聚乳酸材料，该方法包括以下步骤：S1、将聚乳酸进行熔融处理，得到熔融后的聚乳酸物料；S2、将偶联剂、热固性树脂和固化剂辊涂在纤维表面获得辊涂后的纤维材料；S3、在螺杆挤出机内将所述熔融后的聚乳酸物料与所述辊涂后的纤维材料共混后挤出。该方法所制备的纤维增强聚乳酸材料较传统聚乳酸材料解决了纤维缠绕所导致的团聚问题和材料配比不稳定问题，纤维与聚乳酸材料连接力更强、材料的机械性能更高。

Method for preparing fiber reinforced polylactic acid material and material prepared by the method

The invention relates to a preparation method of fiber reinforced polylactic acid material and is prepared by the method of fiber reinforced polylactic acid material, the method comprises the following steps: S1, the polylactic acid by melt processing, melt the polylactic acid material; S2, coupling agent, thermosetting resin and curing agent and coating the surface of the fiber fiber material obtained after roller coating; S3, screw extruder will blend the poly lactic acid fiber material material after melting and the roller coating after extrusion. The method of preparation of fiber reinforced polylactic acid material than traditional polylactic acid material solves the fiber winding caused by agglomeration problems and material stability, mechanical properties of fiber and polylactic acid materials with stronger, higher material.

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及可降解材料生产领域，具体地，涉及一种制备纤维增强聚乳酸材料的方法及由该方法制备的材料。
技术介绍
PLA中文名称为聚乳酸，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，PLA材料可以被生物降解，是理想的绿色高分子材料，因此是传统石化塑料的优良替代产品。现有技术中普遍采用纤维增强的方法来提高PLA材料的机械性能。目前纤维增强PLA材料普遍采取挤出造粒进行加工，其喂料方式主要有三种：第一种是将基材、纤维与各种助剂称重后，加入搅拌机进行共混，然后通过喂料口进料；第二种是将基材、纤维与助剂通过矢重称进行称量，再根据配比重量分别加入喂料口进料；第三种是将基材与助剂通过喂料口进料，纤维通过侧喂料口进料；第一种和第二种喂料方式仅适用于短切纤维材料的添加，无法添加连续纤维，第三种方式适用于连续纤维材料添加，但植物纤维与基材复合性差，在螺杆剪切共混过程中易发生自身缠绕而出现团聚，导致材料体系配比不稳定，甚至堵塞机头造成无法正常生产。因此有必要对现有的纤维增强PLA材料加工技术进行改进，以减少纤维在体系内缠绕卷曲所导致的团聚问题，提供一种材料体系配比稳定、纤维与聚乳酸材料连接力强、材料机械性能高的纤维增强PLA材料。
技术实现思路
本公开的目的是克服现有的纤维增强PLA材料加工技术中存在的上述缺陷，提供一种材料体系配比稳定、纤维与聚乳酸连接力强、材料机械性能高的纤维增强PLA材料及其制备方法。为实现上述目的，本公开第一方面：提供一种制备纤维增强聚乳酸材料的方法，包括以下步骤：S1、将聚乳酸进行熔融处理，得到熔融后的聚乳酸物料；S2、将偶联剂、热固性树脂和固化剂辊涂在纤维表面获得辊涂后的纤维材料；S3、在螺杆挤出机内将所述熔融后的聚乳酸物料与所述辊涂后的纤维材料共混后挤出。优选地，步骤S2中，将所述偶联剂、所述热固性树脂和所述固化剂先后依次辊涂在所述纤维的表面。优选地，按重量份计，所述聚乳酸的用量为73-86份、所述纤维的用量为10-20份，所述偶联剂的用量为0.196-0.204份，所述热固性树脂的用量为2-3份，所述固化剂的用量为0.098-0.102份。优选地，所述纤维为连续植物纤维，且所述连续植物纤维的直径为15-35μm。优选地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述热固性树脂为不饱和聚酯、环氧树脂和聚氨酯中的至少一种；所述固化剂为二叔丁基过氧化物、过氧化环己酮和过氧化苯甲酰中的至少一种。优选地，步骤S3中，在所述螺杆挤出机内共混的条件包括：温度为180-210℃。优选地，所述聚乳酸的重均分子量为100000-250000。优选地，步骤S1中，先将聚乳酸与増韧剂接触混合后获得混合物再对混合物进行熔融处理得到熔融后的聚乳酸物料。优选地，相对于100重量份的聚乳酸，所述増韧剂的用量为1-5重量份；所述増韧剂为烯烃共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物中的至少一种。本公开第二方面：提供一种纤维增强聚乳酸材料，该纤维增强聚乳酸材料是由本公开第一方面的方法制备得到的。通过上述技术方案，本公开提供的方法所制备的纤维增强聚乳酸材料较传统聚乳酸材料解决了纤维缠绕所导致的团聚问题和材料配比不稳定问题，纤维与聚乳酸材料连接力更强、材料机械性能更高。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。本公开第一方面：提供一种制备纤维增强聚乳酸材料的方法，该方法包括以下步骤：S1、将聚乳酸进行熔融处理，得到熔融后的聚乳酸物料；S2、将偶联剂、热固性树脂和固化剂辊涂在纤维表面获得辊涂后的纤维材料；S3、在螺杆挤出机内将所述熔融后的聚乳酸物料与所述辊涂后的纤维材料共混后挤出。其中，所述聚乳酸的重均分子量可以在很大范围内变化，例如，所述聚乳酸的重均分子量可以为100000-250000。根据本公开的第一方面，可以将聚乳酸与増韧剂和/或稳定剂接触混合后获得混合物再对混合物进行熔融处理得到熔融后的聚乳酸物料，这可以使聚乳酸具有较好的机械性能和耐热性能。所述増韧剂和/或稳定剂的添加方法可以为本领域的常规方法。相对于100重量份的聚乳酸，所述増韧剂的用量为1-5重量份。所述増韧剂的种类可以选自本领域常规使用的増韧剂种类，例如，为烯烃共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)和苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物(SBS)中的至少一种，在本公开的一种优选的实施方式中，所述増韧剂为烯烃共聚物，増韧剂的用量为3重量份。根据本公开的第一方面，步骤a中所述熔融处理的条件可以为本领域技术人员所熟知的，例如，步骤a中所述熔融处理的条件包括：温度为180-210℃。根据本公开的第一方面，为了避免纤维在体系内缠绕卷曲所导致的团聚问题，步骤S2中，将偶联剂、热固性树脂和固化剂辊涂在纤维表面获得辊涂后的纤维材料。为了提高纤维与热固性树脂的连接力，首先在纤维表面辊涂偶联剂，然后再辊涂热固性树脂。固化剂的作用为使热固性树脂在纤维表面固化，因此最后进行固化剂的辊涂。在将所述偶联剂、所述热固性树脂和所述固化剂先后依次辊涂在所述纤维表面的过程中，对于辊涂操作的时间间隔没有特别的限制，可以通过控制纤维的输送速度进行时间间隔的控制，例如，辊涂偶联剂与辊涂热固性树脂的时间间隔可以为1-3s，辊涂热固性树脂与辊涂固化剂的时间间隔可以为1-3s。在进行固化剂的辊涂操作后2s内将所述辊涂后的纤维材料与所述熔融后的聚乳酸物料共混。本公开对于步骤S2中辊涂的温度没有特别的限制，可以在15-30℃的温度下进行。根据本公开的第一方面，所述纤维为连续植物纤维，且所述连续植物纤维的直径为15-35μm。所述连续植物纤维可以为通过竹、麻等植物材料采用纺丝方法制备获得的具有一定机械强度和可天然降解特性的植物纤维。其中，按重量份计，所述聚乳酸的用量为73-86份、所述纤维的用量为10-20份，所述偶联剂的用量为0.196-0.204份，所述热固性树脂的用量为2-3份，所述固化剂的用量为0.098-0.102份。所述偶联剂可以为本领域所常规使用的，所述偶联剂可以为硅烷偶联剂，例如，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的至少一种；所述热固性树脂可以为本领域所常规使用的，所述热固性树脂为不饱和聚酯、环氧树脂、和聚氨酯中的至少一种；所述固化剂可以为本领域所常规使用的，例如，所述固化剂为二叔丁基过氧化物、过氧化环己酮和过氧化苯甲酰中的至少一种。根据本公开的第一方面，步骤S3中，在所述螺杆挤出机内共混的条件包括：温度为180-210℃。在该条件下，热固性树脂可以迅速固化，从而使得纤维从柔性状态转变为刚性状态，进而易于在螺杆的剪切下产生断裂，避免了由纤维缠绕卷曲所引起的团聚问题，断裂后的纤维可以实现与聚乳酸的充分混合，使得材料体系配比稳定。根据本公开的第一方面，所述螺杆挤出机可以为本领域所常规使用的同向双螺杆挤出机。所述辊涂后的纤维材料可以通过螺杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备纤维增强聚乳酸材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚乳酸进行熔融处理，得到熔融后的聚乳酸物料；S2、将偶联剂、热固性树脂和固化剂辊涂在纤维表面获得辊涂后的纤维材料；S3、在螺杆挤出机内将所述熔融后的聚乳酸物料与所述辊涂后的纤维材料共混后挤出。

【技术特征摘要】
1.一种制备纤维增强聚乳酸材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚乳酸进行熔融处理，得到熔融后的聚乳酸物料；S2、将偶联剂、热固性树脂和固化剂辊涂在纤维表面获得辊涂后的纤维材料；S3、在螺杆挤出机内将所述熔融后的聚乳酸物料与所述辊涂后的纤维材料共混后挤出。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S2中，将所述偶联剂、所述热固性树脂和所述固化剂先后依次辊涂在所述纤维的表面。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，按重量份计，所述聚乳酸的用量为73-86份、所述纤维的用量为10-20份，所述偶联剂的用量为0.196-0.204份，所述热固性树脂的用量为2-3份，所述固化剂的用量为0.098-0.102份。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述纤维为连续植物纤维，且所述连续植物纤维的直径为15-35μm。5.根据权利要求1、2和4中任意一项所述的方法，其中，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文博，
申请(专利权)人：北京汽车集团有限公司，北京汽车研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11