[发明专利]一种苎麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于高性能聚合物领域，具体涉及一种苎麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备工艺。

背景技术

近年来，由于全球能源和环境问题日益突出，采用自然界丰富的天然植物纤维替代传统纤维增强树脂基复合材料逐渐受到人们的关注，生态复合材料（eco-composites）的概念应运而生，天然纤维主要是大麻、亚麻、剑麻和苎麻等。与传统复合材料相比，生态复合材料可生物降解和循环利用，在环境协调性和生态学方面都具有相对优势。其中，剑麻具有密度小、比强度和比模量高、价格低廉等优点，价格不到玻璃纤维的一半，只有碳纤维的1/20左右，在制备车身内饰复合材料方面具有很大的应用前景。

有关苎麻纤维/树脂基复合材料的研究表明，目前，苎麻纤维在使用中还存在一些不足，例如苎麻纤维中存在大量羟基，具有亲水性，而大部分聚合物具有憎水性，不利于纤维与树脂基体的界面粘结。因此，在制备复合材料时需要首先对纤维表面进行改性，以除去纤维中的果胶、半纤维素和一些低分子杂质，从而增强其与基体之间的粘结性及稳定性。

发明内容

本发明的目的在于解决苎麻纤维亲水性强，与憎水性的聚丙烯树脂基体的界面粘结性差，从而导致苎麻纤维/聚丙烯复合材料的力学性能较低，不利于其应用等问题。本发明的技术方案是含有65~85wt%的熔融指数为10~25g/10min的聚丙烯树脂，10~25 wt%的苎麻纤维，5~10 wt%的增韧剂，0.1~0.5 wt%的抗氧剂。

本发明中所用到的苎麻纤维经过包覆处理技术处理，具体的实施过程为：将一定量的包覆处理用的聚合物溶液倒入反应釜中，再将称量好的精梳苎麻纤维条放入装有包覆处理液的反应釜中加热浸泡，待聚合物溶液将精梳苎麻纤维条充分浸润且溶剂完全挥发后，放入烘箱中烘干至恒重即得到发明所需的苎麻纤维。

制备苎麻纤维增强聚丙烯复合材料的具体步骤如下：

（1）将精梳苎麻纤维条采用包覆处理技术处理后分成两组，第一组保持束状，第二组切成短切纤维；

（2）按照配方称量两组配方，放入高速混合机中混合均匀，第一组不加苎麻纤维，第二组加入短切苎麻纤维；

（3）采用双螺杆挤出机制备本发明产品，双螺杆挤出机的各段螺筒温度应控制在170~185℃之间，螺杆长径比24~36。

（4）将混合后的物料倒入双螺杆挤出机的料斗中，经过双螺杆挤出机挤出、水冷、烘干、切粒等步骤后二次挤出即得到颗粒状的苎麻纤维增强聚丙烯复合材料，其中，第一组配方的束状苎麻纤维通过玻纤口加入双螺杆挤出机中。

本发明所用到的苎麻纤维采用新型的包覆处理技术，即将与苎麻纤维和聚丙烯树脂相容性均较好的含氯聚合物溶于二氯乙烷中，并用该溶液浸泡苎麻纤维，使聚合物包覆于纤维表面。其原理在于，苎麻纤维表面存在大量的极性基团羟基（-OH），而含氯聚合物分子的每个链节上都含有亲核性较强的-Cl。将含氯聚合物用二氯乙烷溶解后，浸润苎麻纤维然后加热，使溶剂完全挥发，适当分子量的含氯聚合物将均匀地包覆在苎麻纤维表面，在含氯聚合物和苎麻纤维的结合面上，含氯聚合物上亲核性强的-Cl很容易与纤维表面的-OH靠分子间力结合。包覆处理后的纤维与非极性聚合物基体PP复合后，由于本发明中所用到的含氯聚合物的C-C链与非极性聚合物基体的分子链相似，它们之间的相容性很好，结合力较强，从而改善界面结合能力。这层聚合物膜就相当于一个复合表面，膜的一边以氢键与苎麻纤维结合，另一边与PP基体融为一体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例：

（1）按质量分数为1%的比例称取一定量的含氯聚合物粉料，加入到1,2-二氯乙烷溶剂中，将溶液加热到80℃左右并不断搅拌，使聚合物完全溶解；

（2）用配置好的聚合物溶液浸泡精梳苎麻纤维条15min后取出挤干，放入80℃的烘箱中均匀散开烘干处理2h后得到苎麻纤维1#，该苎麻纤维从双螺杆挤出机的玻纤口加入；

（3）将苎麻纤维1#切成3~5mm的短纤维，得到苎麻纤维2#，该苎麻纤维与配方中其他物料共混后从双螺杆挤出机的料斗中加入；

（4）按照如表1所示的两组配方将各组分称量好，并放入高速混合机中混合均匀；

（5）采用双螺杆挤出机制备本发明产品，双螺杆挤出机的各工艺段温度为170℃、175℃、175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、185℃，螺杆长径比3；