一種竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的製備方法與流程

2023-07-02 10:29:26

本發明涉及複合材料的製備方法，特別是一種竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的製備方法。

背景技術：

竹粉/塑料複合材料（簡稱竹/塑複合材料）是以熱塑性塑料為基體，用竹纖維作為填充、增強材料，通過不同的途徑和工藝方法複合所形成的一種新型複合材料。它突破了傳統竹材應用的局限性，實現了竹材的優質和高附加值利用，集中了竹材和塑料兩種材料的優點，能代替木材和部分塑料，具有非常廣泛的用途。應用領域涉及到汽車工業及運輸業，建築行業，包裝行業，家具及裝修業、辦公室設備及體育設備等多個方面。近幾年，竹/塑複合材料製品已經越來越多的應用到各行各業中，竹/塑複合材料有著與木塑複合材料相近的性質，甚至力學性能比之還要優異，故木塑製品都可用竹/塑複合材料代替。

由於竹/塑複合材料是一種新型環保材料，具有成本較低、物理力學性能較好、收縮與變形小、無甲醛釋放、防水、防蟲蛀、抗黴變等優點，在應用中突破了傳統竹材應用的局限性，實現了竹材優質、多功能和高附加值利用。但存在的缺陷是：竹粉與塑料的相容性比較低，界面結合力差，故影響了複合材料的整體物理力學性能，故而影響了竹/塑複合材料的應用。

技術實現要素：

由於蒙脫土具有2∶1 結構的層狀矽酸鹽，其表面親水疏油，即與聚合物的相容性較差，但若對其進行有機化改性後可使其層間距增大，使其表面親油疏水，能夠與聚合物熔融複合，可顯著提高聚合物的力學性能、穩定性、阻隔性和阻燃性。

由於以高嶺土和蒙脫土為主的層狀矽酸鹽是常用的納米粒子之一，聚合物/層狀矽酸鹽複合材料在製備方法、結構、性能及應用方面均優於一般聚合材料，所製備的複合材料具有工藝上簡便易行、製作成本低廉、納米粒子分散效果好和加工性能優良等諸多優點。

本發明的目的是針對現有傳統塑料和竹材及竹/塑複合材料的應用局限性，提供一種環境友好、操作簡便、產品綜合性能好、質量穩定的一種竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的製備方法。

為實現以上目的，本發明一種竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的製備方法採用熔融插層法通過雙螺杆擠出機製備，原材料按質量比配比為：竹粉20~50份、聚氯乙烯100份、蒙脫土1~20份、KH550矽烷偶聯劑0~2份、馬來酸酐接枝聚丙烯0~15份，具體操作步驟如下：

(1) 竹粉烘乾：將竹粉於真空乾燥箱中75-85℃下烘乾18-36小時；

(2) 蒙脫土烘乾：將蒙脫土於真空乾燥箱中75-85℃下烘乾18-36小時；

(3) 混料：將步驟(1)烘乾後的竹粉加入到高混機中，把無水乙醇與KH550矽烷偶聯劑按照質量比1:2的比例混合的溶液噴灑到竹粉上，之後，高混機中再分別加入步驟(2)中烘乾的蒙脫土0~20份、100份聚氯乙烯及馬來酸酐接枝聚丙烯0~15份，混合3~5分鐘，出料；

(4) 造粒：在雙螺杆擠出機中擠出、造粒時從料鬥到機頭的各段溫度設為 160~180℃，螺杆轉速50r/min，擠出後造粒；

(5) 注塑：將粒料先在95-100℃真空烘箱乾燥3-5h，再用注塑機製備出竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料，注塑時從料筒一段至噴嘴的溫度設定為165~180℃；

（6）產品測試：從步驟(5)製得的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料中抽選標準樣條進行性能測試。

所述步驟(4) 造粒時從料鬥到機頭的各段溫度設為160、165、170、175、180、180、180和175℃。

所述步驟(5) 注塑時從料筒一段至噴嘴的溫度設定為165、180和175℃。

上述一種竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的製備方法採用熔融插層法通過雙螺杆擠出機製備竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料。本發明的製備的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料複合材料，其界面之間的相容性得到大幅度改善，力學性能顯著提高，且複合材料的熱性能顯著提高，而且製備方法簡單易行，易於工業大規模生產，使其具有廣泛的應用前景。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明一種竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的製備方法作進一步詳細說明。

實施例1

本實施例未添加蒙脫土，擬製備竹粉/聚氯乙烯複合材料以作為性能比較；其原料按質量比包括竹粉30份和聚氯乙烯100份，操作步驟如下：

(1) 將竹粉於真空乾燥箱中80℃下烘乾24小時；

(2) 將上述步驟(1)的竹粉加入到高混機中，再加入100份聚氯乙烯，混合5分鐘，出料；

(3) 在雙螺杆擠出機中擠出、造粒時從料鬥到機頭的各段溫度設為 160，165，170，175，180，180，180，175℃，螺杆轉速50r/min，擠出後造粒；

(4) 將粒料在100真空烘箱乾燥4h，用注塑機製備測試用的各種標準樣條，注塑時從料筒一段至噴嘴 的溫度設定165，180，175 ℃；

(5) 從步驟(4)製得的竹粉/聚氯乙烯複合材料中抽選標準樣條進行性能測試。

檢測結果表明，該竹粉/聚氯乙烯複合材料的拉伸強度為23.56 MPa，彎曲強度44.78MPa。

實施例2

本實施例的原料按質量比包括竹粉30份，聚氯乙烯100份，蒙脫土6份，具體操作步驟如下：

(1) 將竹粉於真空乾燥箱中80℃下烘乾24小時；

(2) 將蒙脫土於真空乾燥箱中80℃下烘乾24小時；

(3) 將上述步驟(1)的竹粉加入到高混機中，高混機中再加入步驟(1)中蒙脫土6份以及100份聚氯乙烯，混合5分鐘，出料；

(4) 在雙螺杆擠出機中擠出、造粒時從料鬥到機頭的各段溫度設為 160，165，170，175，180，180，180，175℃，螺杆轉速50r/min，擠出後造粒；

(5) 將粒料在100真空烘箱乾燥4h，用注塑機製備測試用的各種標準樣條，注塑時從料筒一段至噴嘴 的溫度設定165，180，175℃；

（6）從步驟(5)製得的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料中抽選標準樣條進行性能測試。

檢測結果表明，該實施例製得的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的拉伸強度24.41 MPa，彎曲強度51.82 MPa。

實施例3

本實施例的原料按質量比包括竹粉30份、聚氯乙烯100份、蒙脫土6份、偶聯劑1份，具體操作步驟如下：

(1) 將竹粉於真空乾燥箱中80℃下烘乾24小時；

(2) 將蒙脫土於真空乾燥箱中80℃下烘乾24小時；

(3) 將上述步驟(1)的竹粉加入到高混機中，加入無水乙醇與矽烷偶聯劑按照1:2比例混合的溶液噴灑到竹粉上，之後，高混機中再加入步驟(1)中蒙脫土6份以及100份聚氯乙烯，混合5分鐘，出料；

(4) 在雙螺杆擠出機中擠出、造粒時從料鬥到機頭的各段溫度設為 160，165，170，175，180，180，180，175℃，螺杆轉速50r/min，擠出後造粒；

(5) 將粒料在100真空烘箱乾燥4h，用注塑機製備測試用的各種標準樣條，注塑時從料筒一段至噴嘴 的溫度設定165，180，175℃；

（6）從步驟(5)製得的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料中抽選標準樣條進行性能測試。

檢測結果表明，該實施例製得的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的拉伸強度26.50 MPa，彎曲強度53.89 MPa。

實施例4

本實施例的原料按質量比包括竹粉30份、聚氯乙烯100份、蒙脫土6份、偶聯劑1份、馬來酸酐接枝聚丙烯10份，具體操作步驟如下：

(1) 將竹粉於真空乾燥箱中80℃下烘乾24小時；

(2) 將蒙脫土於真空乾燥箱中80℃下烘乾24小時；

(3) 將上述步驟(1)的竹粉加入到高混機中，加入無水乙醇與矽烷偶聯劑按照1:2比例混合的溶液噴灑到竹粉上，之後，高混機中再加入步驟(1)中蒙脫土6份以、100份聚氯乙烯及馬來酸酐接枝聚丙烯10份，混合5分鐘，出料；

(4) 在雙螺杆擠出機中擠出、造粒時從料鬥到機頭的各段溫度設為 160，165，170，175，180，180，180，175℃，螺杆轉速50r/min，擠出後造粒；

(5) 將粒料在100真空烘箱乾燥4h，用注塑機製備測試用的各種標準樣條，注塑時從料筒一段至噴嘴 的溫度設定165，180，175℃；

（6）從步驟(5)製得的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料中抽選標準樣條進行性能測試。

檢測結果表明，該實施例製得的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料的拉伸強度32.51MPa，彎曲強度68.01Mpa。

對比以上四個實施例可以看出，實施例4製得的竹粉/蒙脫土/聚氯乙烯複合材料得綜合力學性能最佳，是最佳實施例。

應當說明的是，本發明的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以根據上述說明加以改進或修飾，所有這些改進或修飾都應落入本發明權利要求的保護範圍內。