一種高強度竹塑微發泡複合材料及其製備方法與流程
2023-05-02 01:44:41 1
本發明涉及高分子複合材料技術領域，特別涉及一種高強度竹塑微發泡複合材料及其製備方法。
背景技術：
竹塑複合材料是一種新型的複合材料，是利用竹質纖維填料（粉）和塑料（可用邊角料或廢料）為主要原料，經擠出、熱壓成型加工製備各種型材；其中，竹塑發泡複合材料與一般竹塑複合材料相比，具有重量輕、原料用量少、外觀有木質感、成本低廉等優點，是一種新型環保材料，但由於現有技術上的限制，這種材料也普遍存在硬度不強、韌性不夠、不耐磨、外觀木質感不強等缺陷。為了克服竹塑發泡複合材料的上述缺陷，人們從微孔泡沫塑料的製備中受到啟發，著手對竹塑微發泡複合材料進行研究開發。貴州大學趙武學等採用注塑成型方法，在二次開模條件下製備微發泡聚丙烯（PP）/竹粉複合材料。竹塑微發泡複合材料可獲得優異的性能，如比剛度和衝擊強度高、質量輕等，可被廣泛應用於包裝、運輸、景觀、隔熱、隔音等領域，其不但可以發揮竹塑複合材料的優異性能，還可以獲得發泡產品的獨特性能，將其產業化有利於資源綜合利用和循環經濟的發展。現有的竹塑微發泡技術能夠製備泡孔均勻細密、尺寸穩定性好的產品，但是也存在力學強度上的不足，限制了其在較高強度場合的應用。中國專利CN100432139C公開了一種竹塑結皮發泡複合材料及其製備方法，採用一步擠出生產方法，並添加了冷卻水套，獲得表面結皮光滑不發泡與內部發泡的PVC竹塑結皮發泡材料，可應用於建築裝飾型材、地板、踢腳板、扶手、園林用板凳、柵欄等領域，是以塑代木的新一代產品，此方法具有生產效率高，製備的材料表面光潔度好的優點，但是其強度有待進一步提高。
技術實現要素：
基於現有技術的限制和性能上的缺陷，本發明的第一目的是提供一種高強度竹塑微發泡複合材料，其具有強度高、重量輕、尺寸穩定性好、力學性能優良、表面光潔度好、耐水、耐磨、耐化學腐蝕性等優點。本發明的第二目的是提供上述高強度竹塑微發泡複合材料的製備方法。本發明的技術方案如下：一種高強度竹塑微發泡複合材料，其由包括以下重量份的組分製成：熱塑性塑料100份，竹纖維40-80份，偶聯劑0.5-2份，相容劑1.5-5份，發泡劑4-8份，增強劑5-10份，混合助劑2-10份。較佳地，所述熱塑性塑料選自聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或聚氯乙烯（PVC）中的一種或幾種。較佳地，所述竹纖維為粒徑範圍40-120目的竹粉。較佳地，所述偶聯劑選自KH550、KH560或KH570中的一種或幾種。較佳地，所述相容劑選自馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、馬來酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）或馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-MAH）中的一種或幾種。較佳地，所述發泡劑選自偶氮二甲醯胺、碳酸氫鈉或磺酸肼。較佳地，所述增強劑選自塑料增強劑DH-2、DH-3或DH-4中的一種或幾種。較佳地，所述混合助劑為氧化鋅：滑石粉：硬脂酸：抗氧劑1010的重量比為2:1:1:1的混合物。一種上述的高強度竹塑微發泡複合材料的製備方法，包括以下步驟：（1）按照以下重量份稱取各組分：熱塑性塑料100份，偶聯劑0.5-2份，相容劑1.5-5份，發泡劑4-8份，增強劑5-10份，混合助劑2-10份；將竹纖維過40-120目篩，然後稱取40-80重量份，並在95-105℃下乾燥3-5小時，備用；（2）將上述熱塑性塑料、竹纖維、偶聯劑、相容劑、增強劑和混合助劑混合後在同向雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出溫度在160-190℃，得到竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料；（3）將步驟（2）中得到的竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料與發泡劑在高速攪拌機中充分混合均勻，在注塑機中二次開模成型，注射溫度在170-190℃，注射速度在30-40%，注射壓力在30-50MPa，注射時間為30-60s，得到高強度竹塑微發泡複合材料。與現有技術相比，本發明的有益效果如下：（1）本發明製備的微發泡竹塑複合材料強度高、重量輕、尺寸穩定性好，相較於純竹塑複合材料具有更好的力學性能和強度；（2）本發明製備的微發泡竹塑複合材料在不降低力學性能的條件下，既減輕了材料的重量，同時又節約了原材料成本，得到質輕價廉、綜合性能良好的高強度微發泡竹塑複合材料；（3）本發明製備的微發泡竹塑複合材料表面光潔度好，耐水、耐磨、耐化學腐蝕性，可應用於包裝、運輸、景觀、隔熱、隔音等領域；（4）本發明的製備方法工藝簡單，易於控制，所得產品穩定性良好。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應該理解，這些實施例僅用於說明本發明，而不用於限定本發明的保護範圍。在實際應用中技術人員根據本發明做出的改進和調整，仍屬於本發明的保護範圍。實施例1（1）按照以下重量份稱取原料：熱塑性塑料PE100份，竹纖維40份，偶聯劑KH5500.5份，相容劑PP-g-MAH1.5份，發泡劑偶氮二甲醯胺4份，增強劑DH-25份，混合助劑2份，其中，熱塑性塑料PE為發泡用PE樹脂MH602，購於上海翔超化工貿易有限公司；混合助劑具體包括氧化鋅0.8份，滑石粉0.4份，硬脂酸1680.4份，抗氧劑10100.4份；此外，在其它實施例中，熱塑性塑料PE還可選用上海翔超化工貿易有限公司其他型號的發泡用PE樹脂；將竹纖維在40目篩網過篩，並在105℃下乾燥3小時；（2）將上述熱塑性塑料PE、竹纖維、偶聯劑、相容劑、增強劑和混合助劑混合後在同向雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出溫度在160-190℃，得到竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料；（3）將步驟（2）中得到的竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料與發泡劑在高速攪拌機中充分混合均勻，在注塑機中二次開模成型，注射溫度在170℃，注射速度在30%，注射壓力在30MPa，注射時間為30s，即得高強度竹塑微發泡複合材料。此材料的性能測試數據見表1。實施例2（1）按照以下重量份稱取原料：熱塑性塑料PP100份，竹纖維50份，偶聯劑KH5601份，相容劑PE-g-MAH2份，發泡劑碳酸氫鈉5份，增強劑DH-37.5份，混合助劑4份，其中，熱塑性塑料PP為發泡用PP樹脂M1200E，購於上海翔超化工貿易有限公司；混合助劑具體包括氧化鋅1.6份，滑石粉0.8份，硬脂酸1680.8份，抗氧劑10100.8份；此外，在其它實施例中，熱塑性塑料PP還可選用上海翔超化工貿易有限公司其他型號的發泡用PP樹脂；將竹纖維在60目篩網過篩，並在100℃下乾燥4小時；（2）將上述熱塑性塑料PP、竹纖維、偶聯劑、相容劑、增強劑和混合助劑等在同向雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出溫度在160-190℃，得到竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料；（3）將步驟（2）中得到的竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料與發泡劑在高速攪拌機中充分混合均勻，在注塑機中二次開模成型，注射溫度在180℃，注射速度在35%，注射壓力在40MPa，注射時間為45s，即得高強度竹塑微發泡複合材料。此材料的性能測試數據見表1。實施例3（1）按照以下重量份稱取原料：熱塑性塑料PVC100份，竹纖維60份，偶聯劑KH5701.5份，相容劑POE-g-MAH3份，發泡劑磺酸肼6份，增強劑DH-47.5份，混合助劑6份，其中，熱塑性塑料PVC為發泡用PVC樹脂WS-1300，購於上海翔超化工貿易有限公司；混合助劑具體包括氧化鋅2.4份，滑石粉1.2份，硬脂酸1681.2份，抗氧劑10101.2份；此外，在其它實施例中，熱塑性塑料PVC還可選用上海翔超化工貿易有限公司其他型號的發泡用PVC樹脂；將竹纖維在80目篩網過篩，並在95℃下乾燥5小時；（2）將上述熱塑性塑料PVC、竹纖維、偶聯劑、相容劑、增強劑和混合助劑等在同向雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出溫度在160-190℃，得到竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料；（3）將步驟（2）中得到的竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料與發泡劑在高速攪拌機中充分混合均勻，在注塑機中二次開模成型，注射溫度在190℃，注射速度在40%，注射壓力在50MPa，注射時間為60s，即得高強度竹塑微發泡複合材料。此材料的性能測試數據見表1。實施例4（1）按照以下重量份稱取原料：熱塑性塑料PP100份，竹纖維70份，偶聯劑KH5702份，相容劑PP-g-MAH4份，發泡劑偶氮二甲醯胺7份，增強劑DH-37.5份，混合助劑8份，其中，熱塑性塑料PP為發泡用PP樹脂M1200E，購於上海翔超化工貿易有限公司；混合助劑具體包括氧化鋅3.2份，滑石粉1.6份，硬脂酸1681.6份，抗氧劑10101.6份；此外，在其它實施例中，熱塑性塑料PP還可選用上海翔超化工貿易有限公司其他型號的發泡用PP樹脂；將竹纖維在100目篩網過篩，並在95℃下乾燥5小時；（2）將上述熱塑性塑料PP、竹纖維、偶聯劑、相容劑、增強劑和混合助劑等在同向雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出溫度在160-190℃，得到竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料；（3）將步驟（2）中得到的竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料與發泡劑在高速攪拌機中充分混合均勻，在注塑機中二次開模成型，注射溫度在185℃，注射速度在30%，注射壓力在40MPa，注射時間為45s，即得高強度竹塑微發泡複合材料。此材料的性能測試數據見表1。實施例5（1）按照以下重量份稱取原料：熱塑性塑料PVC100份，竹纖維80份，偶聯劑KH5702份，相容劑PP-g-MAH5份，發泡劑碳酸氫鈉8份，增強劑DH-210份，混合助劑10份，其中，熱塑性塑料PVC為發泡用PVC樹脂WS-1300，購於上海翔超化工貿易有限公司；混合助劑具體包括氧化鋅4份，滑石粉2份，硬脂酸1682份，抗氧劑10102份；此外，在其它實施例中，熱塑性塑料PVC還可選用上海翔超化工貿易有限公司其他型號的發泡用PVC樹脂；將竹纖維在120目篩網過篩，並在100℃下乾燥5小時；（2）將上述熱塑性塑料PVC、竹纖維、偶聯劑、相容劑、增強劑和混合助劑等在同向雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出溫度在160-190℃，得到竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料；（3）將步驟（2）中得到的竹纖維增強熱塑性塑料增強粒料、發泡劑等在高速攪拌機中充分混合均勻，在注塑機中二次開模成型，注射溫度在180℃，注射速度在32%，注射壓力在30MPa，注射時間為50s，即得高強度竹塑微發泡複合材料。此材料的性能測試數據見表1。現有的純竹塑複合材料及實施例1-5製備得到的高強度竹塑微發泡複合材料的性能測試結果見表1。表1從表1的數據可以看出，本發明製備的高強度竹塑微發泡複合材料強度高、質量輕、性能好，拉伸強度、彎曲強度、衝擊強度等力學性能相較於純竹塑複合材料有明顯提高；在不降低力學性能的條件下，既減輕了材料的重量，又節約了原材料成本，得到質輕價廉、綜合性能良好的高強度微發泡竹塑複合材料；而且洛氏硬度測試也表明，材料硬度大，尺寸穩定性和表面光潔度好；此外，本發明實施例的製備方法工藝簡單，易於控制，所得產品穩定性良好，可應用於包裝、運輸、景觀、隔熱、隔音等領域，是一種綠色環保的新型代木代塑複合材料。