轻量化聚丙烯植物纤维复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻量化聚丙烯植物纤维复合材料及其制备方法。本发明专利技术以高熔体强度的聚丙烯为基体，保证了基材的熔体强度；利用植物纤维的特性，植物纤维其耐热温度在160℃以下，高于这个温度，会因为脱水而逐渐焦化，在一定压力及温度下部分分解产生气体，本发明专利技术在加工过程中就是利用植物纤维的这一特性，使其在高温时部分分解产生气体生成微孔，从而实现轻量化的目的，无需加入发泡剂，而高熔体强度PP能够阻止气泡合并和破裂，能够有效包覆气体，防止气体逃逸出PP基体。由这两种原料在特定加工条件下获得的材料具有轻质、吸音隔热性能好，此外，植物纤维具有独特的麦香气味，可获得独特的表面感知效果和表观质量良好。

Lightweight polypropylene plant fiber composite and preparation method thereof

The invention discloses a lightweight polypropylene plant fiber composite material and a preparation method thereof. The invention uses high melt strength polypropylene as the matrix to ensure the melt strength of the base material. With the characteristics of plant fiber, the heat resistance of plant fiber is below 160 degrees C, higher than this temperature. It will gradually coker because of dehydration and decompose production gas partially under certain pressure and temperature. This invention is in the process of processing. It is to make use of this characteristic of plant fiber to make it partially decompose at high temperature to produce gas to produce micropores, so as to achieve the purpose of lightening, without adding foaming agent, and high melt strength PP can prevent bubble coalescence and rupture, can effectively cover gas and prevent gas escaping out of PP matrix. The material obtained by these two materials under specific processing conditions is light and sound absorbing and heat insulation. In addition, the plant fiber has unique smell of wheat fragrance, which can obtain unique surface perception effect and good apparent quality.

【技术实现步骤摘要】
轻量化聚丙烯植物纤维复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，尤其是一种轻量化聚丙烯植物纤维复合材料及其制备方法。
技术介绍
发泡塑料是一种以塑料为基本，气体分散于固体塑料中而形成的复合塑料，通过发泡可以降低制品密度，减轻制品质量，节约材料和降低成本。目前用量最大的三大泡沫塑料为聚乙烯(PE)泡沫塑料、聚氨酯(PU)泡沫塑料、聚苯乙烯(PS)泡沫塑料。然而，PE发泡材料由于力学性能和耐热性能差，难以降解容易造成环境污染等缺点，从而限制了PE发泡沫材料的应用；PU发泡材料在生产过程产生的异氰酸酯毒性大，对人体产生严重危害性；PS泡沫制品在生产过程中使用的氟氯碳化物会对大气中的臭氧层造成破坏，同时，PS制品废弃物难分解，不利于回收再利用，因此，PS泡沫材料的使用受到了限制。聚丙烯(PP)发泡塑料不仅性能优异、环保易回收、节约成本，因此，PP发泡材料是近期发泡材料研究领域的热点之一。PP发泡材料不仅重量轻、隔热性好、硬度高，而且绿色环保，使其在食品容器的包装、医疗器材、一次性发泡餐具、汽车工业等多领域广泛应用。随着汽车向低能耗和低排量方向发展，以及社会环保意识的加强，汽车零部件轻量化、开发绿色环保材料势在必行。然而，由于PP属于结晶型聚合物，在温度低于熔点时几乎不流动，难以发泡；而当温度高于熔点时，熔体强度急剧下降，较低的熔体粘度和熔体强度使产生的气体难以保持住，容易形成泡孔合并、气体逃逸，制品力学性能大幅降低，表面出现凹坑、气痕等缺陷。植物纤维材料是世界上来源最广泛、产量最大的天然纤维原料，其来源于自然界中的植物，包括木材(硬木、软木)、禾本科类(如麦秆、玉米秸秆、稻秸秆、甘蔗渣)等植物。植物纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中，纤维素的含量约占40％-55％左右。纤维素是一种是天然高分子化合物，含有大量羟基，这些轻基形成分子内氢键。植物纤维材料是通过纤维表面的氢键连接而形成的内部交联结构，纤维分子之间存在较大的空隙，热稳定性较差，在高温下部分分解产生气泡。目前国内外已有大量研究关于植物纤维发泡材料在包装材料领域应用。但这些研究中大多添加化学发泡剂，采用化学作用来发泡。我们知道，化学发泡剂选择不当，会造成环境污染，此外，使用发泡剂成本高。本专利技术利用植物纤维特性，制备轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，该产品具有质轻、价廉、强度高、易加工、易染色以及具有一定的生物降解等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，它在实现轻量化的目的的同时，有效保证了基材的熔体强度，且具有吸音隔热、气味好、配合模具皮纹可获得独特的表面感知效果和表观质量良好等优点。本专利技术是这样实现的：轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，按质量份数计算，包括高熔体强度聚丙烯60-95份、植物纤维5-20份、聚乙烯0-20份、成核剂0.1-1份及分散剂0.1-1份为制备原料。所述的聚丙烯为高熔体强度聚丙烯，在230℃/2.16kg下熔融指数为1-10g/10min，在230℃下熔融张力为5-25g。轻量化聚丙烯植物纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)按上述质量份数取各组分，将聚丙烯、植物纤维、聚乙烯、成核剂及分散剂混合，使其充分分散均匀；2)将步骤1)中的共混料加到双螺杆挤出机中进行挤出，挤出温度为130-170℃，螺杆转速为100-500r/min；将挤出的物料经过水冷却后，进行干燥、切粒；获得轻量化聚丙烯植物纤维复合材料。所述植物纤维在混合前先进行预干燥，在80-90℃下干燥1-2h。步骤2)中，切粒的牵引速度为200-500r/min。将步骤2)制得的轻量化聚丙烯植物纤维复合材料进行注塑成型；注塑成型采用二次开模成型工艺，注塑温度为180-230℃，注塑压力为10-45bar，注塑速度为20-90％，射胶时间为0.3s-0.7s，模具温度为30-70℃。与现有的技术相比，本专利技术以高熔体强度的聚丙烯为基体，保证了基材的熔体强度；利用植物纤维的特性，植物纤维其耐热温度在160℃以下，高于这个温度，会因为脱水而逐渐焦化，在一定压力及温度下部分分解产生气体，本专利技术在加工过程中就是利用植物纤维的这一特性，使其在高温时部分分解产生气体生成微孔，从而实现轻量化的目的，无需加入发泡剂，而高熔体强度PP能够阻止气泡合并和破裂，能够有效包覆气体，防止气体逃逸出PP基体。由这两种原料在特定加工条件下获得的材料具有轻质、吸音隔热性能好，此外，植物纤维具有独特的麦香气味，配合模具皮纹可获得独特的表面感知效果和表观质量良好，在汽车内外饰、包装、发泡餐具等领域有良好发展前景。具体实施方式本专利技术的实施例1：轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，按质量份数计算，包括高熔体强度聚丙烯60份、植物纤维20份、聚乙烯18份、成核剂1份及分散剂1份为制备原料。所述的聚丙烯为高熔体强度聚丙烯，其熔融指数(230℃/2.16kg)为1.3g/10min，熔融张力(230℃)为20g。轻量化聚丙烯植物纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)按上述质量份数取各组分，将聚丙烯、植物纤维、聚乙烯、成核剂及分散剂混合，使其充分分散均匀；其中，植物纤维取自农作物的秸秆，在混合前先将植物纤维进行预干燥，在80℃下干燥1.5h。2)将步骤1)中的共混料加到双螺杆挤出机中进行挤出，挤出机各段温度为:I140℃、II150℃、III160℃、IV165℃、机头温度170℃，螺杆转速为100r/min；将挤出的物料经过水冷却后，进行干燥、切粒，切粒的牵引速度为300r/min；获得轻量化聚丙烯植物纤维复合材料；3)将步骤2)制得的轻量化聚丙烯植物纤维复合材料进行注塑成型；注塑成型采用二次开模成型工艺，料筒温度为:I180℃、II190℃、III205℃、IV210℃，注塑压力为45bar，注塑速度为60％，注塑时间为0.5s，模具温度为50℃。本专利技术的实施例2：轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，按质量份数计算，包括高熔体强度聚丙烯70份、植物纤维15份、聚乙烯14份及成核剂1份为制备原料。所述的聚丙烯为高熔体强度聚丙烯，其熔融指数(230℃/2.16kg)为2.5g/10min，熔融张力(230℃)为18g轻量化聚丙烯植物纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)按上述质量份数取各组分，将聚丙烯、植物纤维、聚乙烯、成核剂及分散剂混合，使其充分分散均匀；其中，植物纤维取自农作物的秸秆，在混合前先将植物纤维进行预干燥，在80℃下干燥1.5h。2)将步骤1)中的共混料加到双螺杆挤出机中进行挤出，挤出机各段温度为:I155℃、II160℃、III160℃、IV165℃、机头温度165℃，螺杆转速为150r/min；将挤出的物料经过水冷却后，进行干燥、切粒，切粒的牵引速度为300r/min；获得轻量化聚丙烯植物纤维复合材料；3)将步骤2)制得的轻量化聚丙烯植物纤维复合材料进行注塑成型；注塑成型采用二次开模成型工艺，料筒温度为:I195℃、II210℃、III215℃、IV210℃，注塑压力为45bar，注塑速度为60％，注塑时间为0.6s，模具温度为55℃。本专利技术的实施例3：轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，按质量份数计算，包括高熔体强度聚丙烯70份、植物纤维18份、聚乙烯10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，其特征在于：按质量份数计算，包括高熔体强度聚丙烯60‑95份、植物纤维5‑20份、聚乙烯0‑20份、成核剂0.1‑1份及分散剂0.1‑1份为制备原料。

【技术特征摘要】
1.一种轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，其特征在于：按质量份数计算，包括高熔体强度聚丙烯60-95份、植物纤维5-20份、聚乙烯0-20份、成核剂0.1-1份及分散剂0.1-1份为制备原料。2.根据权利要求1所述的轻量化聚丙烯植物纤维复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为高熔体强度聚丙烯，在230℃/2.16kg下熔融指数为1-10g/10min，在230℃下熔融张力为5-25g。3.一种如权利要求1所述的轻量化聚丙烯植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按上述质量份数取各组分，将聚丙烯、植物纤维、聚乙烯、成核剂及分散剂混合，使其充分分散均匀；2)将步骤1)中的共混料加到双螺杆挤出机中进行挤出，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜西兰，秦舒浩，龙雪彬，石敏，靳进波，
申请(专利权)人：贵州省材料产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：贵州,52