一种竹纤维增强热塑性树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料技术领域，公开了一种竹纤维增强热塑性树脂复合材料，包括按重量份数计的如下组分：热塑性树脂45～75份、改性竹纤维10～30份、改性填料4～8份、增韧剂6～12份、相容剂2～5份和流动改性剂0.1～1份；所述改性填料为改性二氧化硅和改性碳酸钙中的一种或两种；还公开了上述竹纤维增强热塑性树脂复合材料的制备方法。从而提高了复合材料主成分间的相容性，提高了复合材料的机械性能。

A bamboo fiber reinforced thermoplastic resin composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种竹纤维增强热塑性树脂复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种竹纤维增强热塑性树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着城镇化、工业化进程的加快，我国对石油煤炭和金属矿产资源等不可再生资源的消耗量急剧增加，原材料价格不断攀升，塑料因各方面表现出的性能优势使其应用范围越来越广，但大多数塑料因具有不可降解性而致使耐久不腐的塑料垃圾不断增加，曾经引以为傲的“白色革命”成为了人类为之头疼的“白色垃圾”。此外，在人们对材料的需求量不断加大的同时，各种工业生产中对材料各个方面性能品质的要求也不断提升，单一材料的性能己经不能满足需要，开发和研究低成本、高性能且环境友好型复合材料成为新材料发展领域的重点。近年来，利用可再生资源开发新型复合材料越来越多的引起人们的关注。其中，天然植物纤维作为塑料的增强材料具有巨大的潜在优势。天然植物纤维在自然界中资源丰富，价格低廉，最重要的是可自然降解，与热塑性树脂制备的复合材料属于环境友好型的产品。竹纤维作为植物纤维中重要的一员，是最具有应用前景的植物纤维之一，竹子具有生长周期短，繁殖快，产量高，成本低等优点，一般3～5年左右便可成熟收获。从竹材性能上来说，竹子作为一种工程结构材料表现出了优异的机械性能，如拉伸、弯曲和耐磨性，其抗拉强度甚至可以达到中碳钢的2～3倍，耐磨性是木材的1.5倍。对于竹纤维增强热塑性树脂复合材料，竹纤维加入会引起复合材料耐热性差、刚性差和抗冲击性差的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中竹纤维增强热塑性树脂复合材料耐热性差、刚性差和抗冲击性差的问题，提供一种竹纤维增强热塑性树脂复合材料及其制备方法。本专利技术提供一种竹纤维增强热塑性树脂复合材料，按重量份数计，由如下组分组成：热塑性树脂45～75份、改性竹纤维10～30份、改性填料4～8份、增韧剂6～12份、相容剂2～5份和流动改性剂0.1～1份；所述改性填料为改性二氧化硅和改性碳酸钙中的一种或两种。采用上述技术方案，复合材料中加入改性二氧化硅和/或改性碳酸钙，一方面，改性二氧化硅和改性碳酸钙均可以与热塑性树脂、改性竹纤维具有较佳的相容性，另一方面，改性二氧化硅和改性碳酸钙具有硬度佳、耐磨性好和耐高温特点，因此，热塑性树脂和改性竹纤维与改性填料相互作用，不仅能提高复合材料各组分的相容性，还可以最大程度上提高复合材料的耐热性、刚性和抗冲击性。另外，通过上述特定的复合材料的组分配比，能够提高改性竹纤维与热塑性树脂的相容性，从而提高改性竹纤维在热塑性树脂基体内的分散性和溶体流动性，使改性竹纤维与热塑性树脂能够更有效的融合，进一步提高改性竹纤维对热塑性树脂的增强效果，从而提高复合材料的机械性能。进一步的，按重量份数计，由如下组分组成：热塑性树脂50～65份、改性竹纤维15～25份、改性填料5～8份、增韧剂8～10份、相容剂3～5份和流动改性剂0.1～0.5份。采用上述技术方案，通过优化的复合材料的组分配比，进一步提高了改性竹纤维和热塑性树脂的相容性。进一步的，所述改性竹纤维的改性方法是：竹纤维依次经过碱性溶液浸泡、清洗至洗液为中性、异氰酸酯丙酮溶液浸泡、干燥、粉碎和分散处理。采用上述技术方案，竹纤维经碱性溶液处理后，能够去除竹纤维中的胶质杂质，增大竹纤维表面的粗糙度，增大竹纤维与基体热塑性树脂的界面结合面积，提高界面结合力。经碱性溶液改性后的竹纤维与异氰酸酯(TDI)丙酮溶液反应，能够减少竹纤维的羟基数量，降低竹纤维表面极性，大大改善改性竹纤维与热塑性树脂的界面相容性；随着改性竹纤维与热塑性树脂相容性的提高、界面结合力的提高，可提高改性竹纤维增强的复合材料的机械性能。进一步的，所述碱性溶液的质量分数为8～15wt％；所述异氰酸酯丙酮溶液的质量分数为1～5wt％，所述异氰酸酯丙酮溶液浸泡处理的浸泡温度为55～70℃。采用上述技术方案，碱性溶液质量分数过小，无法有效去除竹纤维中的胶质，碱性溶液质量分数过大时，会破坏竹纤维组织结构，降低材料机械强度。8～15wt％为优选的质量分数，既能起到去除竹纤维胶质，也不会损伤竹纤维组织结构。1～5wt％是异氰酸酯丙酮溶液的适宜质量分数，质量分数过大时，异氰酸酯与竹纤维表面的羟基反应后，会进一步与更深层的羟基反应，破坏竹纤维组织结构。55～70℃为异氰酸酯与竹纤维提供适宜的反应环境，提高反应效率。进一步的，所述改性填料的改性方法是将填料采用表面活性剂进行处理，所述表面活性剂是油酸或硬脂酸钠，所述表面活性剂的重量是所述改性填料的重量的2～4wt％。采用上述技术方案，经油酸或硬脂酸钠活化处理的改性填料，改性填料的表面张力降低，使其更易与改性竹纤维、热塑性树脂相容，其分散性及相容性都大大提高。进一步的，所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈—苯乙烯—丁二烯共聚物中的一种或多种；其中，所述聚乙烯的分子量为20～60万，所述聚丙烯的分子量为3000～5000，所述聚氯乙烯的分子量为5～11万，所述聚苯乙烯的分子量为18～22万，所述丙烯腈—苯乙烯—丁二烯共聚物的分子量为15～30万。采用上述特定分子量的热塑性树脂，其作为改性竹纤维的溶剂，表面张力较其他分子量的热塑性树脂更低，更有利于和改性竹纤维相容。进一步的，所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯—辛烯共聚物(POE-g-MAH)；所述增韧剂为具有核壳结构的丙烯酸酯类共聚物；所述丙烯酸酯类共聚物是以有机硅氧烷-丙烯酸酯复合橡胶相为核，以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物为壳。采用上述技术方案，POE-g-MAH在复合材料体系中兼具增容和增韧的作用，接枝聚合物增强了亲水性改性竹纤维和疏水性聚合物热塑性树脂的界面结合，有效改善改性竹纤维与热塑性树脂基体的相容性，提高复合材料的综合力学性能。POE-g-MAH还可产生能量耗散并改善应力的有效传递、增强改性竹纤维和基体的界面粘附，进一步提高复合材料的冲击强度和韧性等。通过加入具有核壳结构的增韧剂，进一步解决了改性竹纤维加入导致的复合材料的韧性差的问题。进一步的，所述流动改性剂为N,N’—乙撑双硬酯酰胺、硬脂酸丁酯、油酰胺和微晶石蜡中的一种或多种。通过流动改性剂的加入，能够进一步提高改性竹纤维在热塑性树脂基体内的流动性，使两者更加均匀的融合，进而提高复合材料的机械性能。本专利技术还提供一种制备上述的竹纤维增强热塑性树脂复合材料的方法，包括以下步骤：混合：将一定量的热塑性树脂、改性填料、增韧剂、相容剂以及流动改性剂混合均匀；复合材料制备：采用改性竹纤维侧喂料方式，双螺杆挤出机熔融共混法制备；将混合后的所述热塑性树脂、改性填料、增韧剂、相容剂以及流动改性剂投入所述双螺杆挤出机的主喂料口，将所述改性竹纤维投入所述双螺杆挤出机的侧喂料口，所述双螺杆挤出机的加热温度为170～210℃，机头挤出温度为180～200℃，所述双螺杆挤出机的主机螺杆转速为350～400r/min，加料转速为25～35r/min。采用上述技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竹纤维增强热塑性树脂复合材料，其特征在于，按重量份数计，由如下组分组成：热塑性树脂45～75份、改性竹纤维10～30份、改性填料4～8份、增韧剂6～12份、相容剂2～5份和流动改性剂0.1～1份；/n所述改性填料为改性二氧化硅和改性碳酸钙中的一种或两种。/n

【技术特征摘要】
1.一种竹纤维增强热塑性树脂复合材料，其特征在于，按重量份数计，由如下组分组成：热塑性树脂45～75份、改性竹纤维10～30份、改性填料4～8份、增韧剂6～12份、相容剂2～5份和流动改性剂0.1～1份；
所述改性填料为改性二氧化硅和改性碳酸钙中的一种或两种。


2.根据权利要求1所述的竹纤维增强热塑性树脂复合材料，其特征在于，按重量份数计，由如下组分组成：热塑性树脂50～65份、改性竹纤维15～25份、改性填料5～8份、增韧剂8～10份、相容剂3～5份和流动改性剂0.1～0.5份。


3.根据权利要求1或2所述的竹纤维增强热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述改性竹纤维的改性方法是：竹纤维依次经过碱性溶液浸泡、清洗至洗液为中性、异氰酸酯丙酮溶液浸泡、干燥、粉碎和分散处理。


4.根据权利要求3所述的竹纤维增强热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述碱性溶液的质量分数为8～15wt％；所述异氰酸酯丙酮溶液的质量分数为1～5wt％，所述异氰酸酯丙酮溶液浸泡处理的浸泡温度为55～70℃。


5.根据权利要求1～4任一项所述的竹纤维增强热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述改性填料的改性方法是将填料采用表面活性剂进行处理，所述表面活性剂为油酸或硬脂酸钠，所述表面活性剂的重量是所述填料的重量的2～4wt％。


6.根据权利要求1～5任一项所述的竹纤维增强热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙、聚苯乙烯和丙烯腈—苯乙烯—丁二烯共聚物中的一种或多种；
其中，所述聚乙烯的分子量为20～60万...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泉伟，周刚，安佳兴，杜岩岩，蒲春华，
申请(专利权)人：广东长虹智能制造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44