[发明专利]利用无机填料降低竹/塑复合材料热膨胀系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种利用无机填料降低竹/塑复合材料热膨胀系数的方法，属于竹/塑复合材料技术领域。 

背景技术

竹（木）塑复合材料已经逐渐成为一种重要的功能性材料。与传统的木质复合材料相比, 竹（木）塑复合材料比塑料硬度高，具有热塑性塑料的加工性的特点，能重复使用和回收再利用，并可生物降解。热膨胀性能在机械和热力学性能研究中的一项重要的指标，其数值是工程材料设计中的一个重要参数。在温度改变时，材料内部的自由体积增加，从而产生热能，出现热膨胀现象。线性膨胀系(LTEC)是一个重要的工程设计参数,可以用来测量材料随着温度升高后的尺寸变化,对材料的使用和开发都起着至关重要的作用,在工程材料组装时显的尤为重要。影响高聚物热膨胀系数的因素有高聚物的密度，结晶度，晶体尺寸，加工过程（挤出速度，挤出压力及挤出温度）等。对于复合材料而言，除了基体本身的性能外，填料长宽比、质量分数、方向和分布也都对复合材料的热膨胀系数也有一定的影响作用。木材（沿着木材顺纹方向）和矿物（如碳酸钙）的LTEC值约是塑料LTEC值的1/20，生物纤维增强复合材料的1/10，其垂直于木纹方向（径向和弦向）的LTEC值与木材的比重成比例，约为沿着木材顺纹方向LTEC值的5-10倍。因此，无机矿物与生物纤维可作为降低高聚物热膨胀系数的增强材料使用。 

发明内容

本发明提出的是一种利用无机填料降低竹/塑复合材料热膨胀系数的方法，其目的是降低芯-表结构木塑复合材料的热膨胀系数。 

本发明的技术解决方案：利用无机矿物为增强材料降低竹塑复合材料热膨胀系数的方法；该方法包括如下工艺步骤： 

一、取原料，包括：

1）塑料，塑料包括聚乙烯和聚丙烯，聚乙烯和聚丙烯的质量百分比为聚乙烯：聚丙烯=1：9；

2）沉淀碳酸钙，以40 wt％质量分数；

3）竹纤维，以40 wt％质量分数或经硅烷处理过的竹纤维 ，分别以40 wt％质量分数；

4）竹颗粒，以40 wt％质量分数或经硅烷处理过的竹颗粒，分别以40 wt％质量分数；

5）经硅烷处理过的竹纤维、经硅烷处理过的竹颗粒是由以下方法处理制得：首先将待硅烷处理的竹纤维和竹颗粒在85 °C下烘干24 h，保证其含水率在2 ％以下，同时制备处理液；该处理液由甲醇、纯净水和硅烷溶液组成，按质量分数比为8.1:0.9:1，其中硅烷溶液是1- 氨基-1-氨丙基-三甲氧基硅烷含量大于等于60％，硅烷溶液的质量为待硅烷处理的竹纤维和竹颗粒质量的3 wt％；然后将干燥好的竹纤维和竹颗粒在室温25 °C下浸渍1 h；浸渍完成后,将浸渍过的竹纤维和竹颗粒在85°C下烘干24 h后过目100目；

二、由单一的填料加入：包括：沉淀碳酸钙、 竹纤维、竹颗粒或经硅烷处理过的竹纤维和经硅烷处理过的竹颗粒，其中； 竹纤维、竹颗粒或经硅烷处理过的竹纤维和经硅烷处理过的竹颗粒，分别以40 wt％质量分数增强塑料基体；沉淀碳酸钙从3 wt％,7wt％,10wt％15wt％至30wt％的质量分数分别增强塑料基体；

三、塑化造粒，将上述原料加入双螺杆挤出机中，以转速90 r/ min、温度为155℃-180℃进行塑化造粒；

四、制成的基体颗粒，温度85℃，干燥24 h；

五、试样制备，经干燥后的基体颗粒加入Plus 35 型注入成型机制样，注射温度为 175℃，成型温度 68 ℃，未添加助剂的塑料R-PP&PE基体的试样注射温度为180℃，成型温度 54 ℃；

六、试样制备完成后，在室温下冷却72 h。

本发明的优点：通过无机填料的使用，使得竹塑复合材料的热膨胀系数得到降低。本方法操作简单可行，效果好，可广泛应用于竹（木）塑复合材料热膨胀系数的改性。 

具体实施方式

实施例

利用无机矿物为增强材料降低竹塑复合材料热膨胀系数的方法；包括如下工艺步骤： 

一、取原料，包括

1）塑料R-PP&PE，塑料R-PP&PE包括聚乙烯和聚丙烯，聚乙烯和聚丙烯的质量百分比为聚乙烯：聚丙烯=1：9；

2）沉淀碳酸钙PCC，以40 wt％质量分数；

3）竹纤维RBF，以40 wt％质量分数或经硅烷处理过的竹纤维TRBF ，分别以40 wt％质量分数；

4）竹颗粒GBP，以40 wt％质量分数或经硅烷处理过的竹颗粒TGBP，分别以40 wt％质量分数；