一種聚丙烯/聚乙烯/木纖維復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備的領(lǐng)域，具體涉及一種低成本增韌的聚丙烯復(fù)合材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯是一種半結(jié)晶的熱塑性塑料，其產(chǎn)量在塑料中僅次于聚乙烯。聚丙烯具有 來源豐富、價(jià)格低廉、力學(xué)性能優(yōu)良、電絕緣性良好和耐應(yīng)力開裂的優(yōu)點(diǎn)，且具有良好的化 學(xué)穩(wěn)定性。因此，聚丙烯廣泛應(yīng)用于注塑成型、薄膜、單絲、纖維、中空成型、擠出成型等制 品。
[0003] 聚丙烯的結(jié)晶能力較強(qiáng)，聚丙烯的某些力學(xué)性能可與工程塑料相媲美。但由于聚 丙烯所形成的球晶尺寸較大且分布不均，導(dǎo)致聚丙烯成型收縮率大，沖擊韌性較差，尤其對(duì) 缺葉分敏感。在低溫或高應(yīng)變速率下，吸收的沖擊能量來不及及時(shí)傳遞，脆性尤其突出。 這些限制了聚丙烯進(jìn)一步的應(yīng)用與發(fā)展。
[0004] 為了提高聚丙烯的韌性，改性的方法主要有化學(xué)改性和物理改性。化學(xué)改性主要 是共聚、接枝、交聯(lián)，即通過改變聚丙烯分子結(jié)構(gòu)以達(dá)到增韌的目的。物理改性主要是共混、 增強(qiáng)、填充以及改變晶型，即通過加入添加劑以及改變聚丙烯分子的結(jié)晶形態(tài)達(dá)到增韌的 目的。
[0005] 但是，現(xiàn)有改性方法成本較高，工藝復(fù)雜，不利于聚丙烯的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種聚丙烯/聚乙烯/木纖維復(fù)合材料及其制備方法，所述 復(fù)合材料韌性好、制備成本低。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0008] 一種聚丙烯/聚乙烯/木纖維復(fù)合材料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)由以下組分組成：30~70% 的聚丙烯，10~50%的聚乙烯，10~25%的木纖維，0.1~2%的潤(rùn)滑劑，0.1~1 %的抗氧化 劑以及3~10%的增容劑，所述木纖維經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑處理。
[0009] 所述聚乙烯為低密度聚乙烯（LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或線型低密度聚乙烯 (LLDPE)中的一種或多種的混合物，優(yōu)選為單獨(dú)使用LDPE、HDPE或LLDPE。
[0010] 所述木纖維的粒徑為100~150目。
[0011] 所述潤(rùn)滑劑為聚乙烯蠟、石蠟、硬脂酸鹽或乙撐雙硬脂酰胺中的一種或兩種以上 的混合物，兼顧工藝的復(fù)雜程度以及效果，優(yōu)選兩種的混合。潤(rùn)滑劑用于改善材料的可加工 性，使材料在雙螺桿擠出機(jī)中流動(dòng)性良好。
[0012] 所述抗氧化劑采用復(fù)合抗氧化劑，復(fù)合抗氧化劑中的主抗氧化劑為受阻酚類或仲 芳胺類，復(fù)合抗氧化劑中的輔助抗氧化劑為亞磷酸酯類，主抗氧化劑與輔助抗氧化劑的質(zhì) 量比為1:1。抗氧化劑用于保證產(chǎn)品（聚丙烯/聚乙烯/木纖維復(fù)合材料）的外觀顏色均一以 及力學(xué)性能持久。
[0013]所述增容劑為聚丙烯接枝馬來酸酐、聚乙烯接枝馬來酸酐或乙烯-辛烯共聚物接 枝馬來酸酐中的一種或多種的混合物。增容劑用于提高木纖維與樹脂(聚乙烯、聚丙烯）的 相容性，充分發(fā)揮增韌效果。
[0014]上述聚丙烯/聚乙烯/木纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0015] 1)將所述聚丙烯、聚乙烯以及硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑處理后的木纖維在 100~120°C烘烤3~4小時(shí)后加入混料機(jī)中，然后在100~500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌混合5~ 10分鐘;然后將所述潤(rùn)滑劑、抗氧化劑以及增容劑加入所述混料機(jī)中，然后在至少l〇〇°C的 溫度下以及200~800轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌混合10~15分鐘得混合物料；
[0016] 2)利用雙螺桿擠出機(jī)將所述混合物料進(jìn)一步混合均勻并造粒，其中雙螺桿擠出機(jī) 各段的溫度設(shè)定如下:進(jìn)料段為140~200°C(包括一段以及二段，優(yōu)選溫度設(shè)定:一段140~ 150°C，二段175~180°C)，熔融段為190~210°C(包括三段、四段以及五段，優(yōu)選溫度設(shè)定： 三段190~195°C，四段200~205°C，五段195~200°C)，混煉段為180~200°C(包括六段以及 七段，優(yōu)選溫度設(shè)定:六段190~195°C，七段190~195°C)，排氣和擠出段為180~190°C(分 別對(duì)應(yīng)八段和九段），模頭為200~210°C;造粒完成后烘干即得聚丙烯/聚乙烯/木纖維復(fù)合 材料。
[0017]所述硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑處理包括以下步驟：將未經(jīng)處理的木纖維于 100~120°C烘烤3~4小時(shí)后置于混料機(jī)中，然后在保持該混料機(jī)中的溫度至少為100°C的 條件下將硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑的溶液噴灑在該混料機(jī)中并與該混料機(jī)中的木纖 維攪拌混勻，其中硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑的用量為未經(jīng)處理的木纖維質(zhì)量的2~ 5%〇
[0018]所述溶液按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)由以下組分組成：20%的硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑、 60%的乙醇以及20%的去離子水。
[0019]所述雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為300~400轉(zhuǎn)/分鐘。
[0020]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0021]本發(fā)明涉及一種聚乙烯和木纖維協(xié)同增韌的聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，聚乙 烯作為聚丙烯的增韌改性劑，主要是聚乙烯可以將聚丙烯的球晶分割成晶片，使原有的晶 體尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而達(dá)到增韌的目的;適量木纖維的加入進(jìn)一步增加了材料的韌性，并降 低了復(fù)合材料的成本。因此，本發(fā)明所述聚丙烯/聚乙烯/木纖維復(fù)合材料一方面克服了原 有的聚丙烯的韌性差、缺口敏感的缺陷，另一方面由于使用了價(jià)格低廉、資源豐富及可再生 的木纖維，復(fù)合材料的成本也有大幅度的降低，其制備成本根據(jù)木纖維加入量降低10~ 30 %，同時(shí)，環(huán)保性能得到提高。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0023]實(shí)施例1
[0024]多組份復(fù)合改性的聚丙烯復(fù)合材料的制備方法：
[0025] (1)制備復(fù)合材料的原料組成如下，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì):聚丙烯40%，聚乙烯28%，木纖 維20%，潤(rùn)滑劑1.5%，抗氧化劑0.5%，增容劑10%，其中，木纖維經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理。
[0026]其中所用的聚丙烯為共聚型的聚丙烯(乙烯丙烯共聚）。
[0027] 其中所用的聚乙烯為低密度聚乙烯(LDPE)。
[0028] 使用硅烷偶聯(lián)劑處理木纖維的工藝如下：將粒徑為120目的未經(jīng)處理的木纖維于 100°C烘烤3小時(shí)，然后置于高速混料機(jī)中，保持高速混料機(jī)中的溫度為100~120°C，將硅烷 偶聯(lián)劑KH-550配制成溶液(按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì):硅烷偶聯(lián)劑20%、乙醇60%、去離子水20% )，并 用噴霧器將所述溶液噴灑在木纖維中并高速攪拌混勻，其中硅烷偶聯(lián)劑KH-550的用量為未 經(jīng)處理的木纖維質(zhì)量的3 %。
[0029] 其中所用的潤(rùn)滑劑為石蠟與硬脂酸鈣的混合物，質(zhì)量比優(yōu)選為1:1。
[0030] 其中所用的抗氧化劑采用復(fù)合抗氧化劑，其中主抗氧化劑為受阻酚類(A0-80)，輔 助抗氧化劑為亞磷酸酯類(Finox618)，主抗氧化劑和輔助抗氧化劑的質(zhì)量比為1: 1。
[0031 ]其中所用的增容劑選用聚丙烯接枝馬來酸酐(PP-g-MAH)。
[0032] (2)復(fù)合材料的制備工藝如下：
[0033]首先將稱量好的聚丙烯、聚乙烯以及硅烷偶聯(lián)劑處理后的木纖維在110°C烘烤3小 時(shí)，然后加入高速混料機(jī)中，在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌混合5分鐘;再將稱量好的潤(rùn)滑劑、 抗氧化劑(主抗氧化劑與輔助抗氧化劑）以及增容劑加入高速混料機(jī)中，在100~120°C的溫 度下、600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌混合12分鐘得混合物料，出料，備用；
[0034] 利用雙螺桿擠出機(jī)將上述混合物料進(jìn)一步混合均勻并造粒，其中雙螺桿擠出機(jī)各 段的溫度設(shè)定如下：一段140°C，二段180°C，三段195°C，四段200°C，五段195°C，六段195°C， 七段190°C，八段185°C，九段185°C，模頭205°C;螺桿轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/分鐘;將造粒完成的混合 物料烘干（l〇〇°C、3小時(shí))得到多組份復(fù)合改性的聚丙烯復(fù)合材料（即聚丙烯/聚乙烯/木纖 維復(fù)合材料）。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] 多組份復(fù)合改性的聚丙烯復(fù)合材料的制備方法：
[0037] (1)制備復(fù)合材料的原料組成如下，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì):聚丙烯45%，聚乙烯30%，木纖 維15%，潤(rùn)滑劑1 %，抗氧化劑0.5%，增容劑8.5%，其中，木纖維經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理。
[0038]其中所用的聚丙烯為等規(guī)聚丙烯。
[0039]其中所用的聚乙烯為線型低密度聚乙烯(LLDPE)。
[0040] 使用硅烷偶聯(lián)劑處理木纖維的工藝如下：將粒徑為150目的未經(jīng)處理的木纖維于 100°C烘烤3小時(shí)，然后置于高速混料機(jī)中，保持高速混料機(jī)中的溫度為100~120°C，將硅烷 偶聯(lián)劑KH-560