一種高耐熱劍麻纖維改性SBS複合材料及其製備方法與流程
2024-04-10 00:49:05 2
本發明涉及一種sbs複合材料改性技術領域，更具體的說，涉及一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料及其製備方法。
背景技術：
劍麻屬龍舌蘭科，是一種廣泛種植的多年生麻類經濟植物，取自其葉片的劍麻纖維具有色澤潔白，耐海水腐蝕，質地堅韌，密度小，拉伸強度和模量高，來源廣泛，價格低廉，因此，劍麻纖維用於製備高強高模價廉的纖維增強聚合物基複合物具有明顯優勢。
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sbs)是以苯乙烯為單體的嵌段共聚物，兼有塑料和橡膠的特性，具有化學穩定性好，低溫性能優異，價格低廉和加工便利等優勢，是工業中重要的通用塑料之一，但是其衝擊強度不高，易變形，耐熱性差，以至於其應用受到了限制。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種耐高溫，使用劍麻纖維改性的抗衝擊性能優良的sbs複合材料。
為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs50～70份，聚丙烯6～13份，改性劍麻纖維5～10份，甲基丙烯酸甲酯10～15份，陶瓷纖維2～5份，納米氧化鎂0.5～2份，抗氧化劑0.5～2份，潤滑劑0.5～1份，氧化鋅0.01～0.05份，所述高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將50～70份sbs、10～15份甲基丙烯酸甲基酯與0.01～0.05份氧化鋅，置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射裝置，在磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入有機酸，恆溫、攪拌條件下加入過氧化氫，反應結束，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯6～13份，改性劍麻纖維5～10份、陶瓷纖維2～5份，納米氧化鎂0.5～2份，抗氧化劑0.5～2份及潤滑劑0.5～1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
優選的是，步驟1)中，釜內的二氧化碳的壓力為20～50mpa，反應的溫度為80～100℃，反應時間為2～4h，所述的輻射裝置的輻射源為鈷-60，輻射劑量為30～50kgy，磁力攪拌的轉速為30～50r/min。
優選的是，步驟2)中，所述的有機酸為甲酸或乙酸，恆溫的溫度為40～70℃，攪拌轉速為20～30r/min,反應時間為2～4h。
優選的是，所述的改性劍麻纖維的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1～3cm，置於高壓罐內，進行爆破處理，在質量分數為20～30％的氨水浸泡3～5h，洗滌至中性，獲得改性劍麻纖維。
優選的是，爆破處理的罐內溫度為150～200℃，罐內壓強為1～5mpa，保持5～10min，罐內壓力釋放時間為0.01～0.1s。
優選的是，所述的抗氧化劑為苯基-β-耐胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯與硬酯醯單寧酸酯，按質量比為(1～2):(1～2):(0.5～1)混合組成。
優選的是，所述的潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、矽酮母粒、石蠟中的一種或幾種。
優選的是，密煉機中的密練溫度為250～280℃，螺杆轉速為30～50r/min，密練時間為60～80min。
本發明的優點：sbs的極性小，通過接枝甲基丙烯酸甲基酯，不僅使sbs具有優異的粘接性能和粘接強度，還提高了sbs的耐熱性能，使其耐熱溫度提高了80℃以上；在超臨界二氧化碳中使馬來酸酐在sbs中的具有較好的擴散能力，在催化劑氧化鋅的作用下通過鈷-60輻射使馬來酸酐接枝sbs，不用使用引發劑，接枝成功率高，比傳統的接枝方法提高30％以上；劍麻纖維經過爆破處理後再使用氨水浸泡，使製備的改性劍麻纖維的纖維素含量達99.5％以上，纖維變得更細更小，表面裂紋更多，比表面積提高15％以上；接枝sbs經過環氧化後的環氧基在高溫下能與改性劍麻纖維素表面的羥基反應，使製備的sbs複合材料具有較高的耐熱性、強度和抗衝擊性能；加入陶瓷纖維和納米氧化鎂，增強了sbs複合材料的硬度，提高了sbs複合材料的耐熱性能；通過加入一定比例的抗氧化劑，能阻斷自由基的鏈式反應，能起到很好的抗氧化作用。本發明方法製備的sbs複合材料與普通sbs複合材料分別進行維卡耐熱試驗，形變量為2mm時，本發明方法製備的sbs複合材料比普通sbs複合材料的形變溫度高出34％以上。
具體實施方式
本發明的其它優點、目標和特徵將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
下述實施例用於進一步說明但不限於本發明。
實施例1
一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs50份，聚丙烯6份，改性劍麻纖維5份，甲基丙烯酸甲酯10份，陶瓷纖維5份，納米級氧化鎂0.5份，抗氧化劑0.5份，潤滑劑1份，氧化鋅0.01份，所述的高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將50份sbs、10份甲基丙烯酸甲基酯與0.01份氧化鋅，置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，將高壓反應釜置於水浴槽中，打開輻射裝置，在磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入有機酸，恆溫、攪拌條件下加入過氧化氫，反應結束，洗滌，烘乾，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯6份，改性劍麻纖維5份、陶瓷纖維5份，粒徑為30～50nm的氧化鎂0.5份，抗氧化劑0.5份及潤滑劑1份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
聚丙烯具有優良的耐熱性，加入聚丙烯能提高sbs複合材料的高溫性能；sbs的極性小，通過接枝甲基丙烯酸甲基酯，不僅使sbs具有優異的粘接性能和粘接強度，還提高了sbs的耐熱性能，使其耐熱溫度提高了80℃以上；在超臨界二氧化碳中通過鈷-60輻射使甲基丙烯酸甲基酯接枝sbs，不用使用引發劑，接枝成功率高，比傳統的接枝方法提高了15％以上；劍麻纖維經過爆破處理後再在氨水中進行浸泡，使劍麻纖維的纖維素含量達99.5％以上，纖維變得更細更小，表面裂紋更多，比表面積提高15％以上；接枝sbs經過環氧化後的環氧基在高溫下能與改性劍麻纖維表面的羥基反應，使製備的sbs複合材料具有較高的強度和衝擊性能；採用熱分解法製備的納米氧化鎂，具有豐富的內孔，孔內含有的空氣是熱的不良導體，能起到很好的隔熱作用，陶瓷纖維是一種纖維狀輕質耐火材料，具有重量輕、耐高溫、熱穩定性好、導熱率低、比熱小及耐機械震動等優點，加入陶瓷纖維和納米氧化鎂，增強了sbs複合材料的硬度，提高了sbs複合材料的耐熱性能；通過加入一定比例的抗氧化劑，能阻斷自由基的鏈式反應，能起到很好的抗氧化作用。本發明方法製備的sbs複合材料與普通sbs複合材料分別進行維卡耐熱試驗，形變量為2mm時，本發明方法製備的sbs複合材料比普通sbs複合材料的形變溫度高出34％以上。
實施例2
一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs70份，聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份，甲基丙烯酸甲酯15份，陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份，潤滑劑0.5份，氧化鋅0.05份，所述的高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、15份甲基丙烯酸甲基酯與0.05份氧化鋅置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，使釜內的二氧化碳的壓力為20mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，加熱至反應溫度100℃，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置，輻射劑量為50kgy，在轉速為30r/min的磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應2h，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入有機酸，恆溫、攪拌條件下加入過氧化氫，反應結束，洗滌，烘乾，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份、陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份及潤滑劑0.5份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
超臨界二氧化碳作為化學反應的介質，具有粘度低，擴散係數大，無毒，不燃，具有化學惰性等優點，以超臨界二氧化碳為作為反應介質，使用鈷-60進行輻射接枝，不僅避免加入引發劑，減少了雜質的引入，還具有反應時間短，接枝成功率高等優點。
實施例3
一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs70份，聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份，甲基丙烯酸甲酯15份，陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份，潤滑劑0.5份，氧化鋅0.03份，所述的高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、15份甲基丙烯酸甲基酯與0.03份氧化鋅置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，使釜內的二氧化碳的壓力為20mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，加熱至反應溫度100℃，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置，輻射劑量為50kgy，在轉速為50r/min的磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應4h，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入甲酸，恆溫40℃、轉速為20r/min的攪拌條件下加入過氧化氫，反應4h，反應結束，加入乙醇沉澱並洗滌去除未反應的甲酸，過氧化氫等，烘乾，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份、陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份及潤滑劑0.5份混合併攪拌均勻，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
實施例4
一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs70份，聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份，甲基丙烯酸甲酯15份，陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份，潤滑劑0.5份，氧化鋅0.04份，所述的高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、15份甲基丙烯酸甲基酯與0.04份氧化鋅置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，使釜內的二氧化碳的壓力為20mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，加熱至反應溫度100℃，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置，輻射劑量為50kgy，在轉速為30r/min的磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應4h，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入甲酸，恆溫70℃、轉速為20r/min的攪拌條件下加入過氧化氫，反應4h，反應結束，洗滌去除未反應的甲酸，過氧化氫等，烘乾，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份、陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份及潤滑劑0.5份混合併攪拌均勻，其中改性劍麻纖維的製備方法為將劍麻纖維機械破碎為1cm，置於高壓罐內，進行蒸氣爆破處理，在質量分數為20％的氨水中浸泡3h，洗滌至中性，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
劍麻纖維經過氨水爆破處理，纖維素含量達99.8％，纖維也變得更細更小，表面裂紋也更多，比表面積比傳統的蒸氣爆破提高15％以上。
實施例5
一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs70份，聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份，甲基丙烯酸甲酯15份，陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份，潤滑劑0.5份，氧化鋅0.05份，所述的高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、15份甲基丙烯酸甲基酯與0.05份氧化鋅置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，使釜內的二氧化碳的壓力為20mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，加熱至反應溫度100℃，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置，輻射劑量為50kgy，在轉速為40r/min的磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應4h，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入甲酸，恆溫50℃、轉速為20r/min的攪拌條件下加入過氧化氫，反應4h，反應結束，洗滌去除未反應的甲酸，過氧化氫等，烘乾，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份、陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份及潤滑劑0.5份混合併攪拌均勻，其中改性劍麻纖維的製備方法為將劍麻纖維機械破碎為1cm，置於高壓罐內，進行爆破處理，爆破處理的罐內溫度為150℃，罐內壓強為5mpa，保持10min，罐內壓力釋放時間為0.01s，在質量分數為30％的氨水浸泡5h，洗滌至中性，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
實施例6
一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs70份，聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份，甲基丙烯酸甲酯15份，陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份，潤滑劑0.5份，氧化鋅0.05份，所述的高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、15份甲基丙烯酸甲基酯與0.05份氧化鋅置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，使釜內的二氧化碳的壓力為20mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，加熱至反應溫度100℃，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置，輻射劑量為50kgy，在轉速為40r/min的磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應4h，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入甲酸，恆溫60℃、攪拌轉速為20r/min的條件下加入過氧化氫，反應4h，反應結束，洗滌去除未反應的甲酸，過氧化氫等，烘乾，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份、陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，苯基-β-耐胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯與硬酯醯單寧酸酯組成的質量比為1:1:0.5的抗氧化劑2份及潤滑劑0.5份，混合併攪拌均勻，其中改性劍麻纖維的製備方法為將劍麻纖維機械破碎為1cm，置於高壓罐內，進行爆破處理，爆破處理的罐內溫度為150℃，罐內壓強為5mpa，保持10min，罐內壓力釋放時間為0.01s，在質量分數為30％的氨水浸泡5h，洗滌至中性，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
實施例7
一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs70份，聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份，甲基丙烯酸甲酯15份，陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份，潤滑劑0.5份，氧化鋅0.01份，所述的高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、15份甲基丙烯酸甲基酯與0.01份氧化鋅置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，使釜內的二氧化碳的壓力為20mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，加熱至反應的溫度為100℃，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置，輻射劑量為50kgy，在轉速為50r/min的磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應4h，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入甲酸，恆溫60℃、攪拌轉速為20r/min的條件下加入過氧化氫，反應4h，反應結束，洗滌去除未反應的甲酸，過氧化氫等，烘乾，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份、陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，苯基-β-耐胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯與硬酯醯單寧酸酯組成的質量比為1:1:0.5的抗氧化劑2份及硬脂酸鋅潤滑劑0.5份，混合併攪拌均勻，其中改性劍麻纖維的製備方法為將劍麻纖維機械破碎為1cm，置於高壓罐內，進行爆破處理，爆破處理的罐內溫度為150℃，罐內壓強為5mpa，保持10min，罐內壓力釋放時間為0.01s，在質量分數為30％的氨水浸泡5h，洗滌至中性，置於密煉機中進行密練，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
實施例8
一種高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，包含以下組份：sbs70份，聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份，甲基丙烯酸甲酯15份，陶瓷纖維2份，納米氧化鎂2份，抗氧化劑2份，潤滑劑0.5份，氧化鋅0.01份，所述的高耐熱劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)將70份sbs、15份甲基丙烯酸甲基酯與0.01份氧化鋅置於高壓反應釜中，抽除釜內空氣，注入二氧化碳，使釜內的二氧化碳的壓力為20mpa，將高壓反應釜置於水浴槽中，加熱至反應的溫度為100℃，打開輻射源為鈷-60的輻射裝置，輻射劑量為50kgy，在轉速為350r/min的磁力攪拌下升溫至反應溫度，進行反應4h，獲得接枝sbs；
2)將接枝sbs溶解於環己烷，加入甲酸，恆溫60℃、攪拌轉速為20r/min的條件下加入過氧化氫，反應4h，反應結束，洗滌去除未反應的甲酸，過氧化氫等，烘乾，獲得環氧化接枝sbs；
3)將步驟2)中的環氧化接枝sbs、聚丙烯13份，改性劍麻纖維10份、陶瓷纖維2份，粒徑為20～50nm的納米氧化鎂2份，苯基-β-耐胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯與硬酯醯單寧酸酯組成的質量比為1:1:0.5的抗氧化劑2份及硬脂酸鈣潤滑劑0.5份，混合併攪拌均勻，其中改性劍麻纖維的製備方法為將劍麻纖維機械破碎為1cm，置於高壓罐內，進行蒸氣爆破處理，爆破處理的罐內溫度為150℃，罐內壓強為5mpa，保持10min，罐內壓力釋放時間為0.01s，在質量分數為30％的氨水浸泡5h，洗滌至中性，置於密煉機中進行密練，密練溫度為250℃，螺杆轉速為30r/min，時間為80min，循環水冷卻後經切粒機造粒，烘乾，獲得高耐熱劍麻纖維改性的sbs複合材料。
各組份經過混合後在密煉機中密練，使各組分充分的融合混勻，使改性劍麻纖維表面的羥基與環氧化接枝sbs的環氧基反應，從而增強sbs複合材料的強度和衝擊性能。
儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的實施例。