一种低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法技术

本发明专利技术是一种低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，包括将栎木粉置于炭化炉中高温炭化，然后粉碎成炭粉；对炭粉和聚乳酸分别进行干燥处理后按一定比例混合均匀；然后用挤出机进行熔融挤出成型。该方法制备的炭粉/聚乳酸复合材料表面光滑；生产制备加工过程简单。所得制品热膨胀系数低，尺寸稳定性显著提高；热稳定性能好。该复合材料低热膨胀系数的特性在电子电器外壳、生物医药、汽车行业等领域都具有广泛的应用前景。域都具有广泛的应用前景。域都具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，属于木塑复合材料


技术介绍

[0002]为了减轻石化资源的过度消耗，对可降解塑料的使用逐渐增加。如PLA具有良好的生物相容性、机械性能、热塑性和透明性等，可应用于电子电器，如家电、手机和电脑外壳；生物医药领域，如药物缓释材料、骨科内固定材料、医用缝合线和组织工程支架；汽车行业，如车用脚垫、备用轮胎箱盖、汽车内饰等；是一种具有良好发展前景的塑料。
[0003]传统生物质纤维/塑料复合材料的热膨胀系数相对塑料较低。低热膨胀系数的生物质纤维的加入对复合材料的机械性能、热稳定性都具有一定的提升效果，一般在航空航天、汽车材料和节能领域中广泛使用。在
‑
30～60℃温度范围，生物质纤维/塑料复合材料、炭粉/聚烯烃复合材料的热膨胀系数一般大于50
×
10
‑6/K，尺寸稳定性仍有待提高，在某些场合无法满足应用要求。
[0004]由于纯聚乳酸制品收缩率大，热膨胀系数高，尺寸稳定性差，加工热稳定性差等缺点，限制了其多方面的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对聚合物热膨胀系数高，尺寸稳定性差的不足，提供一种简易制备低膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的方法，具有制备工艺简单，塑料用量少，成本低，复合材料热膨胀系数低、尺寸稳定性优良等特点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术是通过以下的技术方案来实现的：
[0007]一种低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将原料栎木粉进行高温炭化得到炭粉；
[0009](2)对炭粉和聚乳酸分别进行干燥处理；
[0010](3)将炭粉和聚乳酸按照一定的比例于高速搅拌机中充分搅拌混合均匀得到共混物；共混物中炭粉的质量含量为50～80％；
[0011](4)将共混物置于挤出机中进行熔融挤出成型。
[0012]上述的低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，步骤(1)中炭化，是将栎木粉置于炭化炉中，设置升温速率为10℃/min；从室温升温到400℃，保温2h；然后继续升温到 800℃，保温2h；最后降温到50℃，完成炭化。
[0013]上述的低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，步骤(2)中干燥，炭粉在鼓风干燥箱中在105℃下干燥不少于48h，直至炭粉达到绝干状态；聚乳酸在鼓风干燥箱中在80℃下干燥48h。
[0014]上述的低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，所述步骤(3)中，共混物中炭粉的质量含量为70％。在炭粉与聚乳酸质量比例为7:3时制得的炭粉/聚乳酸复合材料在
ꢀ‑
30℃～60℃的温度范围内热膨胀系数较小，为27.5
×
10
‑6/K，与铝合金相近。
[0015]上述的低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，所述步骤(4)中，挤出机的加工温度为165～180℃，转速为10～30rpm。
[0016]上述的低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，所述步骤(1)中的炭粉的粒径为80～500目，优选200
‑
300目。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术中炭粉/聚乳酸复合材料通过多孔炭粉与聚乳酸产生机械互锁而增强界面相容性制备得到，其中炭粉含量最高可达到70％～80％，复合材料成本低，力学强度较高。炭粉/聚乳酸复合材料在电子电器外壳、生物医药、汽车行业等领域都具有广阔的应用前景。
[0019](1)解决了聚乳酸尺寸稳定性差、受热易变形的问题。加入一定比例炭粉共混后，能有效降低炭粉/聚乳酸复合材料的热膨胀系数，提高其尺寸稳定性和热稳定性。本专利技术制备的复合材料在
‑
30～60℃温度范围内，炭粉和聚乳酸质量比为7:3时该复合材料的热膨胀系数较小，为27.5
×
10
‑6/K，与铝合金相近。从而为制备低热膨胀系数生物质基复合材料提供了一个有效方法。
[0020](2)本专利技术中炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法具有制备工艺简单，塑料用量少，成本低等优点。炭粉在聚乳酸基体中分散效果良好，与基体的界面结合良好。
附图说明
[0021]图1是实施例3所得炭粉/聚乳酸复合材料断面的扫描电镜照片，其中：图1(a)放大倍数为 150倍，图1(b)放大倍数为2500倍。
[0022]图2是实施例1～3所得炭粉/聚乳酸复合材料的热膨胀系数柱状图，其中：图2(a)为不同比例的炭粉/聚乳酸复合材料在
‑
30℃～20℃温度范围的热膨胀系数图，图2(b)为不同比例的炭粉/聚乳酸复合材料在20℃～60℃温度范围的热膨胀系数图，图2(c)为不同比例的炭粉/ 聚乳酸复合材料在
‑
30℃～60℃温度范围的热膨胀系数图。图2(a)、图2(b)、图2(c)的纵坐标均为热膨胀系数，单位10
‑6/K。
[0023]图2中，“PLA”指聚乳酸；“limu
‑
PLA 7
‑
3”、“limu
‑
PLA 6
‑
4”、“limu
‑
PLA 5
‑
5”均指栎木炭粉/聚乳酸复合材料,其栎木炭粉、聚乳酸含量分别是70％、30％，60％、40％，50％、50％。
具体实施方式
[0024]一种低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0025](1)将原料栎木粉置于炭化炉中进行高温炭化得到炭粉，粉碎后筛分，得到不同目数的炭粉备用。炭化时，设置升温速率为10℃/min；从室温升温到400℃，保温2h；然后继续升温到800℃，保温2h；最后降温到50℃，完成炭化。
[0026](2)炭化后得到的炭粉需置于105℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥48h，直至样品达到绝干状态。聚乳酸需置于80℃鼓风干燥箱中干燥48h。
[0027](3)将炭粉和树脂按照一定的比例于搅拌机中充分混合搅拌均匀得到共混物；共混物中炭粉的质量含量为50～70％。具体的炭粉含量见实施例。为了使炭粉能与聚乳酸树脂充分混合达到有效复合，将混合物置于超高速粉碎搅拌机中进行充分混合，搅拌速度为
16000～20000 转/分钟，搅拌时间为10分钟。
[0028](4)将充分混合后的炭粉和聚乳酸树脂的共混物加入挤出机料斗中，在高温下经挤出机熔融挤出，炭粉均匀分布于树脂基体中。具体的挤出工艺见实施例。
[0029]所述的炭粉，原材料为栎木炭，价格低廉，原料易得。
[0030]实施例1
[0031]炭粉的添加量为50％(按总质量计，wt％)，炭粉目数为200目，聚乳酸树脂的添加量为 50％，将两者充分混合后置于双螺杆挤出机中挤出成型。挤出机加工温度为170℃，螺杆转速为20rpm。样品拉伸强度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征是该方法包括如下步骤：(1)将原料栎木粉进行高温炭化得到炭粉；(2)对炭粉和聚乳酸分别进行干燥处理；(3)将炭粉和聚乳酸按照一定的比例于高速搅拌机中充分搅拌混合均匀得到共混物；共混物中炭粉的质量含量为50～80％；(4)将共混物置于挤出机中进行熔融挤出成型。2.如权利要求1所述的低热膨胀系数炭粉/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征是：步骤(1)中炭化，是将栎木粉置于炭化炉中，设置升温速率为10℃/min；从室温升温到400℃，保温2h；然后继续升温到800℃，保温2h；最后降温到50℃，完成炭化。3.如权利要求1所述的低热膨胀系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海莹，宋文瑜，史康杰，徐金豪，韦延敏，何利红，糟娅梅，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：