一種耐老化劍麻纖維改性SBS複合材料的製作方法
2023-11-04 22:07:47
本發明涉及一種sbs複合材料改性技術領域，更具體的說，涉及一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料。
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，不耐老化，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老化，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：一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs50～70份，聚苯乙烯6～13份，改性劍麻纖維5～10份，陶瓷纖維2～5份，精胺-no0.01～0.05份，檸檬酸0.01～0.03份，二氧雜環己烷0.1～0.3份，抗氧化劑1～3份，潤滑劑0.5～1份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)精胺溶於無水乙醇中，加入納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣排出空氣後通入高壓no氣體，反應混合物進行旋轉蒸發乾燥後獲得精胺-no；
2)將50～70份的sbs溶於甲苯中，加入0.01～0.05份精胺-no，檸檬酸0.01～0.03份，二氧雜環己烷0.1～0.3份，在恆溫條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯6～13份，改性劍麻纖維5～10份，陶瓷纖維2～5份，抗氧化劑1～3份，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，氮氣通入時間為3～5min，通入高壓no反應為30～50min。優選的是，no的壓力為2～3mpa，旋轉蒸發的轉速為50～80r/min,溫度為50～70℃，真空度大於0.01mpa。
優選的是，步驟2)中的恆溫的溫度為50～60℃，攪拌的轉速為50～80r/min。
優選的是，步驟3)改性劍麻纖維的的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1～3cm在質量分數為5％～10％的過氧化氫浸泡3～5h，置於高壓罐內，進行蒸氣爆破處理，冷卻，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3～5mpa，保持5～10min，罐內壓力釋放時間為0.01～0.1s。
優選的是，所述的抗氧化劑為對苯二胺、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(0.5～1):(1～2):(0.5～1)混合組成，所述的潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、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，時間為60～80min。
本發明的優點：sbs具有優良的拉伸性能，良好的耐低溫性，透氣性，溶解性和抗滑性，但由於其聚丁二烯結構中含有不飽和雙鍵，使得其對光、熱、氧敏感，耐老化性能較差，通過使sbs的雙鍵環氧化，能顯著提高其耐老化性能，還能增加sbs的極性，提高其內聚強度，使其對極性材料具有優良的粘接效果；通過精胺-no提供no，使二氧雜環己烷有效的轉化聚丁二烯結構中的不飽和雙鍵為環氧鍵，轉化率達99.5％以上；檸檬酸與氧化鎂反應生成的水使檸檬酸解離出質子，精胺-no遇到質子時，快速分解釋放出no，通過加入納米級氧化鎂，能使釋放no的速度更加緩和，避免了no的溢出，提高了其利用率；劍麻纖維經過過氧化氫浸泡後再進行蒸氣爆破處理，纖維素含量達99.3％以上，纖維變得更細更小，表面裂紋更多，比表面積提高16％以上；加入陶瓷纖維，提高了sbs複合材料的耐熱性能，使其能在110℃的高溫仍保持優良性能；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，延長了sbs複合材料的使用壽命；劍麻纖維表面的羥基與聚丁二烯中的環氧鍵反應，使劍麻纖維與sbs形成更強的共價鍵，提高了sbs複合材料的強度及耐老化性能，使其110℃熱氧老化48h，顏色保持不變，抗拉伸強度保持不變。
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
一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs50份，聚苯乙烯6份，改性劍麻纖維5份，陶瓷纖維2份，精胺-no0.01份，檸檬酸0.01份，二氧雜環己烷0.1份，抗氧化劑1份，潤滑劑0.5份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)精胺溶於無水乙醇中，加入納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣排出空氣後通入高壓no氣體，反應混合物進行旋轉蒸發乾燥後獲得精胺-no；
2)將50份的sbs溶於甲苯中，加入0.01份精胺-no，檸檬酸0.01份，二氧雜環己烷0.1份，在恆溫條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯6份，改性劍麻纖維5份，陶瓷纖維2份，抗氧化劑1份，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。
sbs具有優良的拉伸性能，良好的耐低溫性，透氣性，溶解性和抗滑性，但由於其聚丁二烯結構中含有不飽和雙鍵，使得其對光、熱、氧敏感，耐老化性能較差，通過使sbs的雙鍵環氧化，能顯著提高其耐老化性能，還能增加sbs的極性，提高其內聚強度，使其對極性材料具有優良的粘接效果；通過精胺和二氧化氮製備的精胺-no，其釋放出的精胺-no能使二氧雜環己烷有效的轉化聚丁二烯結構中的不飽和雙鍵為環氧鍵，轉化率達99.5％以上；劍麻纖維經過過氧化氫浸泡後再進行蒸氣爆破處理，纖維素含量達99.3以上，纖維變得更細更小，表面裂紋更多，比表面積提高16％以上；加入陶瓷纖維，提高了sbs複合材料的耐熱性能，使其能在110℃的高溫仍保持優良性能；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，延長了sbs複合材料的使用壽命；改性劍麻纖維表面的羥基與聚丁二烯中的環氧鍵反應，使改性劍麻纖維通過更強的化學鍵與sbs結合，提高了sbs複合材料的強度及耐老化性能，使其110℃熱氧老化48h，顏色保持不變，抗拉伸強度保持不變。本發明方法製備的sbs複合材料和普通的sbs材料分別在相同的熱氧老化箱中在72℃下進行熱氧老化，扯斷拉伸強度開始出現下降時，老化時間比普通sbs材料長15％以上；硬度開始出現下降時，老化時間比普通sbs材料長20％以上。
實施例2
一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs70份，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，精胺-no0.05份，檸檬酸0.01份，二氧雜環己烷0.3份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)取0.1份精胺溶於5份無水乙醇中，加入0.05份納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣3min，排出空氣後通入高壓no氣體，反應30min，所得混合物進行旋轉蒸發乾燥後獲得精胺-no；
2)將70份的sbs溶於甲苯中，加入0.05份精胺-no，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.3份，在恆溫條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，抗氧化劑3份，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。
精胺與no反應形成的精胺-no，檸檬酸與氧化鎂反應生成了水，通過檸檬酸的吸水作用，電離出氫離子，從而催化精胺-no分解釋放出no。通過加入氧化鎂能起到緩慢釋放no的作用，通過no的作用使有位阻的雙鍵能被二氧雜環己烷轉化為環氧化物，提高了轉化率，使轉化率達到99.5％以上。
實施例3
一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs70份，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，精胺-no0.05份，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.1份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)取0.2份精胺溶於5份無水乙醇中，加入0.05份納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣5min，排出空氣後通入高壓no氣體，使no的壓力為3mpa，反應50min，所得混合物進行旋轉蒸發乾燥，旋轉蒸發的轉速為50r/min,溫度為50℃，真空度為0.1mpa，獲得精胺-no；
2)將70份的sbs溶於甲苯中，加入0.05份精胺-no，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.1份，在恆溫條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，抗氧化劑3份，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。
實施例4
一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs70份，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，精胺-no0.05份，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.3份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)取0.05份精胺溶於10份無水乙醇中，加入0.05份納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣5min，排出空氣後通入高壓no氣體，使no的壓力為2.5mpa，反應50min，所得混合物進行旋轉蒸發乾燥，旋轉蒸發的轉速為50r/min,溫度為50℃，真空度為0.1mpa，獲得精胺-no；
2)將70份的sbs溶於甲苯中，加入0.05份精胺-no，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.3份，在50℃恆溫，攪拌轉速為50r/min的條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，抗氧化劑3份，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。
實施例5
一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs70份，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，精胺-no0.05份，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.3份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)取0.05份精胺溶於30份無水乙醇中，加入0.01份納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣5min，排出空氣後通入高壓no氣體，使no的壓力為2mpa，反應50min，所得混合物進行旋轉蒸發乾燥，旋轉蒸發的轉速為50r/min,溫度為50℃，真空度為0.1mpa，獲得精胺-no；
2)將70份的sbs溶於甲苯中，加入0.05份精胺-no，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.3份，在50℃恆溫，攪拌轉速為50r/min的條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份混合併攪拌均勻，期中，改性劍麻纖維的的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1cm加入質量分數為5％的過氧化氫浸泡3h，置於高壓罐內，進行蒸氣爆破處理，冷卻，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。
劍麻纖維經過過氧化氫浸泡後再進行蒸氣爆破處理，纖維素含量達99.7％，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16％以上。
實施例6
一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs70份，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，精胺-no0.05份，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.3份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)取0.05份精胺溶於20份無水乙醇中，加入0.03份納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣5min，排出空氣後通入高壓no氣體，使no的壓力為2mpa，反應50min，所得混合物進行旋轉蒸發乾燥，旋轉蒸發的轉速為50r/min,溫度為50℃，真空度為0.1mpa，獲得精胺-no；
2)將70份的sbs溶於甲苯中，加入0.05份精胺-no，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.3份，在50℃恆溫，攪拌轉速為50r/min的條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份混合併攪拌均勻，其中，改性劍麻纖維的的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1cm，置於高壓罐內，加入質量分數為5％的過氧化氫，進行爆破處理，爆破處理的方法為罐內溫度為150℃，罐內壓強為3mpa，保持5min，罐內壓力釋放時間為0.01s冷卻，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
一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs70份，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，精胺-no0.05份，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.1份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)取0.04份精胺溶於5份無水乙醇中，加入0.04份納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣4min，排出空氣後通入高壓no氣體，使no的壓力為2mpa，反應40min，所得混合物進行旋轉蒸發乾燥，旋轉蒸發的轉速為50r/min,溫度為50℃，真空度為0.1mpa，獲得精胺-no；
2)將70份的sbs溶於甲苯中，加入0.05份精胺-no，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.1份，在50℃恆溫，攪拌轉速為50r/min的條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，對苯二胺、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0.5:1:0.5混合組成的抗氧化劑3份，硬脂酸鋅1份混合併攪拌均勻，其中，改性劍麻纖維的的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1cm，在質量分數為5％的過氧化氫浸泡3h，置於高壓罐內，進行蒸氣爆破處理，爆破處理的方法為罐內溫度為150℃，罐內壓強為3mpa，保持5min，罐內壓力釋放時間為0.01s冷卻，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
一種耐老化劍麻纖維改性sbs複合材料，按重量份計，其包含以下組份：sbs70份，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，精胺-no0.05份，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.1份，抗氧化劑3份，潤滑劑1份，所述的耐熱老化劍麻纖維改性sbs複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)取0.03份精胺溶於10份無水乙醇中，加入0.05份納米氧化鎂，攪拌混合均勻，通入氮氣5min，排出空氣後通入高壓no氣體，使no的壓力為2mpa，反應50min，所得混合物進行旋轉蒸發乾燥，旋轉蒸發的轉速為50r/min,溫度為50℃，真空度為0.1mpa，獲得精胺-no；
2)將70份的sbs溶於甲苯中，加入0.05份精胺-no，檸檬酸0.03份，二氧雜環己烷0.1份，在50℃恆溫，攪拌轉速為50r/min的條件下進行攪拌反應，獲得環氧化sbs；
3)將步驟2)的環氧化sbs，聚苯乙烯13份，改性劍麻纖維10份，陶瓷纖維5份，對苯二胺、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0.5:1:0.5混合組成的抗氧化劑3份，硬脂酸鋅1份混合併攪拌均勻，其中，改性劍麻纖維的的製備方法為：將劍麻纖維機械破碎為1cm，在質量分數為5％的過氧化氫浸泡30min，置於高壓罐內，進行蒸氣爆破處理，爆破處理的方法為罐內溫度為150℃，罐內壓強為3mpa，保持5min，罐內壓力釋放時間為0.01s冷卻，洗滌至中性，置於密煉機中進行密練，密煉機中的密練溫度為250℃，螺杆轉速為30r/min，時間為60min，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複合材料的耐老化、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。