一种植物纤维增强复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种植物纤维增强复合材料，其组成物及质量百分比为含红土废地膜70%～90%、植物纤维边角料5%～25%、偶联剂1%～5%、增塑剂1%～5%；该复合材料可首先采用挤出工艺制备复合材料粒子，然后采用注塑、模压等方法成型制品，为废旧塑料和植物纤维资源化利用提供了一种成本低、工艺简单的技术。

A Plant Fiber Reinforced Composite Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种植物纤维增强复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种植物纤维增强复合材料及其制备方法，特别是一种利用含土废地膜和植物纤维边角料制备复合材料的方法。
技术介绍
我国是植物纤维种植与利用的大国，苎麻、剑麻、亚麻等在我国都有规模化种植和使用。这些植物纤维在加捻、编织等必须的深加工工序中会产生大量的植物纤维边角料。目前，这些边角料大多是直接丢弃或者焚烧，这不仅是对资源的浪费，也是对环境的污染。从材料的角度看，植物纤维边角料是一种天然的塑料增强材料，如能充分利用，对发展循环经济意义重大。以废旧塑料和植物纤维为原料制备复合材料是一种经济实用的工程技术，中国专利文献公开了一些相关技术。《一种以废塑料为原料的板材及其制备方法》（103286841A），将废塑料清洗干净，然后与填料和竹竿复合制备复合材料。《一种利用废弃物制成的复合材料及其制备方法》(1944501A)，将碎石、炉渣等粉碎作填料，废橡胶废塑料为基体，再加部分助剂及树脂制成复合材料。《一种木塑复合材料及其制备方法》(200410077610)是将热塑性塑料、植物纤维、聚烯烃等在高速混合机中预混合，然后挤出，冷却、切粒，得到木塑复合材料。上述专利中提到的废塑料在使用之前都要进行清洗，所提到的植物纤维也都不是边角料，而是加工得到的连续植物纤维或者将初始植物纤维粉碎得到的短切植物纤维。
技术实现思路
本专利技术提供了一种以含土废地膜和植物纤维边角料为原料制得的植物纤维增强复合材料，其组成物及质量百分比为含红土废地膜70%～90%、植物纤维边角料5%～25%、偶联剂1%～5%、增塑剂1%～5%。本专利技术植物纤维增强复合材料还包括防老剂0.2%～3%。所述含红土废地膜是以聚乙烯、聚丙烯或者聚氯乙烯为基体的农用地膜，含红土废地膜中红土质量百分比为35%～45%，红土的主要元素成分为硅、铝、氧、铁、镁、钙等。所述植物纤维边角料是指苎麻、剑麻、亚麻、洋麻等天然植物纤维在加捻、编织等二次加工工序中废弃的长度小于50mm的废弃植物纤维。所述增塑剂为常用塑料加工助剂，包括聚乙烯蜡、硬脂酸类、苯二甲酸酯类、磷酸酯类等对热和化学试剂都很稳定的化合物。所述偶联剂是能够在红土和塑料之间起到连接作用、增强界面粘结强度的物质，如马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅烷类化合物等。所述防老剂是指能够防止或缓解聚合物因外界因素（如光、热、氧、射线、细菌等）而性能变坏的物质，如有机锡类化合物、酚类化合物、氧化锌、炭黑、苯甲酸酯类物质等。可根据塑料基体和复合材料使用场合的不同选用不同的防老剂。本专利技术另一目的是提供上述植物纤维增强复合材料的制备方法，具体步骤如下：（1）将没有清洗过的含红土废地膜用破膜机破膜，得到尺寸较小、能够方便加入高速剪切机的塑料薄膜；（2）将步骤（1）塑料薄膜加入到高速剪切机中，得到粒径为1mm～6mm的含土塑料颗粒；高速剪切机中的温度控制在60℃～100℃，转速控制在600r/min～3000r/min；（3）将植物纤维边角料、含土塑料颗粒、偶联剂和增塑剂加入高速混合机混合5～10min，高速混合机转速为600～1200r/min；（4）将步骤（3）得到的混合料加入双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机料筒温度为150℃～200℃；（5）将步骤（4）的复合材料粒子加入注塑机、挤出机或模压机中，进行注塑、挤出或模压成型，得到植物纤维增强复合材料。当组成物中含有防老剂时，在步骤（3）中添加防老剂。该技术充分利用含土废旧塑料地膜和植物纤维边角料制成用途广泛的复合材料，具有工艺简单、工程化程度高、制造成本低、废弃物利用率高等优点，对于促进废旧塑料和植物纤维边角料资源化再利用具有重要实际意义。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术直接以含土废地膜为原料，不需要对废地膜进行清洗、烘干等工序。同时，经过高速剪切和高速混合工序，废地膜中含有的红土被粉碎，可以直接作为填料，使废地膜中含有的红土做为复合材料的一种有益组份而不是杂质，该方法简化了工艺，降低了废地膜资源化利用的成本，为废旧地膜的回收利用提供了可行的技术方案；（2）本专利技术将植物纤维边角料作为复合材料的增强材料，变废为宝，为植物纤维边角料的资源化利用提供了一条途径。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术保护范围不局限于所述内容。实施例1：本植物纤维增强复合材料的组成物及质量百分比为含红土废聚乙烯地膜70%、植物纤维边角料（苎麻）20%、马来酸酐接枝聚乙烯5%、硬脂酸锌5%；上述植物纤维增强复合材料的制备工艺如下：（1）取含红土废聚乙烯地膜加入破膜机，破膜机转速调至600r/min；5min后取出经过初步破碎的含土废地膜备用；（2）将步骤（1）得到的尺寸较小的塑料薄膜加入到高速剪切机中，高速剪切机中的温度控制在60℃，高速剪切机转速1500r/min，高速剪切3min后取出，得到粒径为1mm～6mm的含土塑料颗粒备用；（3）将植物纤维边角料、含土塑料颗粒、马来酸酐接枝聚乙烯和硬脂酸锌同时加入高速混合机，高速混合机转速1200r/min，混合5min后取出混合物料备用；（4）将步骤（3）得到的混合物料加入双螺杆挤出机料筒中，挤出造粒，挤出机料筒温度设置为：一区（加料口段）温度165℃，二区温度175℃，三区温度180℃，四区温度180℃，五区（口模段）温度185℃；（5）将步骤（4）的复合材料线条进行风冷、切粒，得到复合材料粒子备用；（6）将步骤（5）的复合材料粒子加入注塑机进行注塑成型，得到弯曲和拉伸试验样条；经检测，复合材料的拉伸强度为25MPa，拉伸模量为2.2GPa，弯曲强度为35MPa，弯曲模量为2.2GPa。实施例2：本植物纤维增强复合材料的组成物及质量百分比为含红土废聚丙烯地膜80%、植物纤维边角料（剑麻）14%、马来酸酐接枝聚乙烯3%、硬脂酸锌3%；上述植物纤维增强复合材料的制备工艺如下：（1）取含红土废聚丙烯地膜加入破膜机，破膜机转速调至600r/min；5min后取出经过初步破碎的含土废地膜备用；（2）将步骤（1）得到的尺寸较小的塑料薄膜加入到高速剪切机中，高速剪切机中的温度控制在80℃，高速剪切机转速650r/min，高速剪切8min后取出，得到粒径为1mm～6mm的含土塑料颗粒备用；（3）将植物纤维边角料、含土塑料颗粒、马来酸酐接枝聚乙烯和硬脂酸锌同时加入高速混合机，高速混合机转速600r/min，混合10min后取出混合物料备用；（4）将步骤（3）得到的混合物料加入双螺杆挤出机料筒中，挤出造粒，挤出机料筒温度设置为：一区（加料口段）温度165℃，二区温度175℃，三区温度180℃，四区温度180℃，五区（口模段）温度185℃；（5）将步骤（4）的复合材料线条进行风冷、切粒，得到复合材料粒子备用；（6）将步骤（5）的复合材料粒子加入挤出机进行挤出成型，得到弯曲和拉伸试验样条；经检测，复合材料的拉伸强度为33MPa，拉伸模量为2.4GPa，弯曲强度为42MPa，弯曲模量为2.5GPa。实施例3：本植物纤维增强复合材料的组成物及质量百分比为含红土废聚氯乙烯地膜90%、植物纤维边角料（亚麻）5%、马来酸酐接枝聚乙烯1%、苯二甲酸酯1%、氧化锌3%；上述植物纤维增强复合材料的制备工艺如下：（1）取含红土废聚氯乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物纤维增强复合材料，其特征在于，组成物及质量百分比为含红土废地膜70%～90%、植物纤维边角料5%～25%、偶联剂1%～5%、增塑剂1%～5%。

【技术特征摘要】
1.一种植物纤维增强复合材料，其特征在于，组成物及质量百分比为含红土废地膜70%～90%、植物纤维边角料5%～25%、偶联剂1%～5%、增塑剂1%～5%。2.根据权利要求1所述的植物纤维增强复合材料，其特征在于：还包括防老剂0.2%～3%。3.根据权利要求1所述的植物纤维增强复合材料，其特征在于：含红土废地膜中红土质量百分比为35%～45%。4.根据权利要求1所述的植物纤维增强复合材料，其特征在于：植物纤维边角料是长度小于50mm的废弃苎麻、剑麻、亚麻或洋麻纤维。5.权利要求1所述的植物纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）将没有清洗过的含红土废地膜用破膜机破膜，得到尺寸较小、能够方便加入高速剪切机的塑料薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：张靠民，李如燕，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53