一种植物纤维聚丙烯复合材料及制备方法.pdf

本发明提供一种植物纤维聚丙烯复合材料及制备方法，其原料组分(按重量份计)包括植物纤维50～80，聚丙烯18～50，无机填料1～10，接枝马来酸酐1～10，抗氧剂1010：0.1～2，其他助剂3～10。制备方法是将配备好的各组分原料在固态状态下置于高速混合机中充分混合均匀后再加入双螺杆挤出机料筒中，在175～200℃温度控制下进行熔融共混，再经过模具口挤出，经水冷却定型，再经过牵引、定长切割，便可生产出成品。本发明大大提高了植物纤维的比例，使得该复合材料的原料成本大为降低，因无须造粒工序，使得生产成本进一步降低，通过调整植物纤维和聚丙烯的配比可满足不同用途材料的需求。

1、  一种植物纤维聚丙烯复合材料，其特征在于所述的复合材料包括如下组分和配比重量份为：
植物纤维：50～80
聚丙烯：20～50
无机填料：1～10
接枝马来酸酐：1～10
抗氧剂1010：0.1～2
其他助剂：3～10
其中所述的其他助剂为三元乙丙胶或高密度聚乙烯

2、  如权利要求1所述的复合材料，其特征在于组分的配比重量份为：
植物纤维：65
聚丙烯：25
无机填料：3
三元乙丙胶：3
接枝马来酸酐：4.6
抗氧剂1010：0.4

3、  如权利要求1所述的复合材料，其特征在于组分的配比重量份为：
植物纤维：65
聚丙烯：25
无机填料：3
高密度聚乙烯：5
接枝马来酸酐：4.6
抗氧剂1010：0.4

4、  如权利要求1所述的复合材料，其特征在于无机填料为滑石粉、碳酸钙粉、硅石灰中的一种或一种以上的组合物。

5、  如权利要求1或2或3所述的复合材料，其特征在于无机填料的粒度600～800目的粉料。

6、  如权利要求1或2或3所述的复合材料，其特征在于植物纤维为棉花杆、麦杆、稻草、稻壳、芦苇杆、锯木屑、杂木屑中的一种或一种以上的组合物。

7、  如权利要求6所述的复合材料，其特征在于植物纤维被粉碎成粒度为60～200目的粉料。

8、  如权利要求1所述的植物纤维聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：按重量份将植物纤维粉50～80、聚丙烯粉料18～50、无机填料1～10、其他助剂3～10、接枝马来酸酐1～10、抗氧剂1010 0.1～2置于高速混合机中充分混合均匀，然后在双螺杆挤出机上于175～200℃温度下进行熔融共混，再经过模具口挤出，经水冷却定型，再经过牵引、定长切割，便可生产出成品。

9、  如权利要求8所述的复合材料的制备方法，其特征在于：其中所述的其他助剂为三元乙丙胶或高密度聚乙烯。

一种植物纤维聚丙烯复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子复合材料，特别是一种以植物秸杆纤维和聚丙烯为主要原料制造的复合材料，以及采用的挤出一步成型法(即聚丙烯与秸杆纤维粉等混合后直接进行成型加工)制备工艺方法，属于高分子材料加工领域。
背景技术
通常，制造木塑复合材料，大都使用较低熔点的聚乙烯(PE)和木质纤维，缺点是所生产的聚乙烯类木塑复合材料其强度不够高，热形变温度较低。生产高强度的聚丙烯木塑复合材料，国外已有生产，但其特殊的配方及其加工工艺都不太一样尚处于保密阶段，在国内尚未见到公开的配方工艺，因此国内企业大都无法生产出高强度的植物纤维合格的型材。
聚丙烯(PP)的密度小，综合力学性能好，无毒，吸水性低，热变形温度高，且具有良好的化学稳定性和电绝缘性，并具有较高的力学强度，加之其成本较低，因而在汽车、家电、化工、建筑及包装等领域得到了广泛应用。全世界的PP年产量已超过1000万吨，仅次于聚乙烯、聚氯乙烯而居于通用塑料的第3位。同时，PP也有其韧性差、尺寸稳定性差和易老化等缺点，限制了其应用范围。通常现有技术常规采用添加价格低廉的无机填料(如碳酸钙、滑石粉等)以增加其尺寸稳定性、热形变温度和刚性，添加抗氧剂以改善其长期使用过程中易老化的缺陷，采用添加各种纤维(玻璃纤维、木质纤维或农作物的纤维粉末)以改善其韧性和提高复合材料的缺口和无缺口抗冲击的强度。
植物纤维特别是秸秆纤维粉末作为塑料的一种有机填料，具有来源广泛、价值低廉、密度低、绝缘性好等许多其他无机填料所无法比拟的优良性以。但它并没有像无机填料那样得到广泛应用，主要原因在于：一是它与基体树脂的相容性较差，二是在熔融的热塑性塑料中分散效果差，造成流动性和挤出成型加工困难。由于其中主要成份是纤维素，含有大量的羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使其具有很强的极性。而热塑性塑料多数为非极性，具有疏水性，所以两者之间的相容性较差，界面的粘接力很小，需要通过使用添加剂以提高它们之间界面的亲和力，使原料混合物同相对低分子的添加剂一起在压力和温度的控制下转变成高分子状态的网状纤维材料，从而达到增强木塑复合材料强度的作用。
目前，通过检索中国专利文献，与本发明相关的现有技术如公告号为CN1445285A公开的中国专利，名称为“一种改性木塑复合材料其用途及其制造方法”，公开日为：2003年10月1日，该发明利用木粉及塑料或废旧塑料为主要原料，配以少量助剂，用专用接技剂对木粉及塑料表面进行接枝改性处理，采用连续挤出工艺，挤出生产各种高性能复合材料。其中木粉成分含量超过50％，该发明通过木粉与塑料表面的接枝处理。
是将粉碎处理后的秸秆用表面处理剂处理后，再与塑料一起加热熔融混合，然后用压机压制成板材或用挤出机或注塑机直接成型。
最近根据报道，四川大学研究出“秸杆/塑料复合型材料板材(SPCD)”，经检索其发明专利公告号为CN1281875A公开的中国专利，公开日为：2001年1月31日，它是一种木材的新型替代品，它的主要原料是各种秸杆和塑料(可含部分或全部回收塑料)。复合材料中秸杆含量可在50-80任意调节，产品成本低，强度高。虽然本发明与其有类似之处，但其方法依然是用热压成型工艺，其所用塑料大都是聚乙烯或聚烯烃类混合料，因此和本发明的工艺和配方有较大的差异。
本发明在原申请(申请号为：CN200310103938.8)的基础上，在配方中去掉了聚乙二醇，添加了增强本发明复合材料的低温缺口抗冲击强度的三元乙丙胶或高密度聚乙烯辅助配料，进一步提高了本发明的复合材料的性能。
用高含量的植物纤维与聚丙烯生产复合型材，其困难在于调整出合适的配方，在熔融温度在不高于200℃的条件下(温度过高易使秸杆纤维炭化或分解)，使混料熔融并能能够挤出质量合格的型材，并不是件容易的问题，需要反复调整各组分的含量，以改变熔料的流动性、相容性等一系列技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物纤维与聚丙烯复合材料的配方，并利用现有的双螺杆挤出机直接生产出低成本的植物纤维聚丙烯复合材料的各类型材的工艺方法。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：技术构成是以植物纤维和聚丙烯为基体，以无机填料(滑石粉或碳酸钙粉)作为填充剂，以马来酸酐作为秸秆纤维和聚丙烯界面相容剂，其组份和配比按重量份如下：植物纤维：50～80，聚丙烯：18～50，无机填料：1～10，接枝马来酸酐：1～10，抗氧剂1010：0.1～2，其他助剂：3～10，其中所述的其他助剂为三元乙丙胶或高密度聚乙烯。
本发明的目的还可以通过以下优化的措施来达到，其组份和配比按重量份如下：植物纤维：65，聚丙烯：25，无机填料：3，三元乙丙胶：3，接枝马来酸酐：4.6，抗氧剂1010：0.4。
本发明的目的还可以通过以下优化的措施来达到，其组份和配比按重量份如下：植物纤维：65，聚丙烯：25，无机填料：3，高密度聚乙烯：5，接枝马来酸酐：4.6，抗氧剂1010：0.4。
其中所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙、硅石灰中的一种或它们的组合物，其粒度为600～800目的粉料。接枝马来酸酐为马来酸酐与聚丙烯的接枝物PP-g-MAH。所述的植物纤维为棉花杆、麦杆、稻草、稻壳、芦苇杆、锯木屑、杂木屑中地一种或一种以上的组合物，并且被粉碎成粒度为60～200目的粉料。
本发明的植物纤维聚丙烯复合材料的制备方法是按重量份将植物纤维粉50～80、聚丙烯粉料18～50、无机填料1～10、其他助剂：3～10、接枝马来酸酐1～10、抗氧剂1010：0.1～2，将上述配备好的各组分原料在固态状态下置于高速混合机中充分混合均匀后再加入双螺杆挤出机料筒中，在175～200℃温度控制下进行熔融共混，再经过模具口挤出，经水冷却定型，再经过牵引、定长切割，便可生产出成品。
其中所述的其他助剂为三元乙丙胶或高密度聚乙烯。
本发明与现有技术相比有以下优点：大大提高了植物纤维的比例，使得该复合材料的原料成本大为降低，使得生产成本降低，通过调整植物纤维和聚丙烯的配比，可以满足不同用途复合材料的广泛需求。
具体实施方式
下面给出本发明的几个实施例。在以下各实施例中，各组分均为在本发明的植物纤维聚丙烯复合材料共混物中所占重量份计。
实施例1：
棉杆纤维：65
聚丙烯：25
滑石粉：3
三元乙丙胶：3
接枝马来酸酐：4.6
抗氧剂1010：0.4
上述实施例2的植物纤维聚丙烯复合材料的制备方法，是将配备好的各组分原料在固态状态下置于高速混合机中充分混合均匀后再加入双螺杆挤出机料筒中，在175～200℃温度控制下进行熔融共混，再经过模具口挤出，经水冷却定型，再经过牵引、定长切割，便可生产出成品。
测试数据如下：