一种高强度竹塑微发泡复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高强度竹塑微发泡复合材料，其由包括以下重量份的组分制成，热塑性塑料100份，竹纤维40-80份，偶联剂0.5-2份，相容剂1.5-5份，发泡剂4-8份，增强剂5-10份，混合助剂2-10份。本发明还公开了上述高强度竹塑微发泡复合材料的制备方法。本发明制备的竹塑微发泡复合材料强度高、重量轻、尺寸稳定性好，相较于纯竹塑复合材料具有更好的力学性能和强度，达到在不降低力学性能的条件下，既减轻了材料的重量，同时又节约了原材料成本，得到质轻价廉、综合性能良好的高强度竹塑微发泡复合材料；其还具有表面光洁度好，耐水、耐磨、耐化学腐蚀性等优点，可应用于包装、运输、景观、隔热、隔音等领域；本发明的制备方法工艺简单，易于控制，所得产品稳定性良好。

权利要求

1.一种高强度竹塑微发泡复合材料，其特征在于，其由以下重量份的组分制成：所述偶联剂选自KH550、KH560或KH570中的一种或几种；

所述增强剂选自塑料增强剂DH-2、DH-3或DH-4中的一种或几种；

所述混合助剂为氧化锌：滑石粉：硬脂酸：抗氧剂1010的重量比为2:1:1:1的混合物。

2.根据权利要求1所述的高强度竹塑微发泡复合材料，其特征在于，所述热塑性塑料选自聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的高强度竹塑微发泡复合材料，其特征在于，所述竹纤维为粒径范围40-120目的竹粉。

4.根据权利要求1所述的高强度竹塑微发泡复合材料，其特征在于，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高强度竹塑微发泡复合材料，其特征在于，所述发泡剂选自偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠或磺酸肼。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的高强度竹塑微发泡复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照以下重量份称取各组分：热塑性塑料100份，偶联剂0.5-2份，相容剂1.5-5份，发泡剂4-8份，增强剂5-10份，混合助剂2-10份；

将竹纤维过40-120目筛，然后称取40-80重量份，并在95-105℃下干燥3-5小时，备用；

(2)将上述热塑性塑料、竹纤维、偶联剂、相容剂、增强剂和混合助剂混合后在同向双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在160-190℃，得到竹纤维增强热塑性塑料增强粒料；

(3)将步骤(2)中得到的竹纤维增强热塑性塑料增强粒料与发泡剂在高速搅拌机中充分混合均匀，在注塑机中二次开模成型，注射温度在170-190℃，注射速度在30-40％，注射压力在30-50MPa，注射时间为30-60s，得到高强度竹塑微发泡复合材料。

说明书

一种高强度竹塑微发泡复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别涉及一种高强度竹塑微发泡复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 竹塑复合材料是一种新型的复合材料，是利用竹质纤维填料（粉）和塑料（可用边角料或废料）为主要原料，经挤出、热压成型加工制备各种型材；其中，竹塑发泡复合材料与一般竹塑复合材料相比，具有重量轻、原料用量少、外观有木质感、成本低廉等优点，是一种新型环保材料，但由于现有技术上的限制，这种材料也普遍存在硬度不强、韧性不够、不耐磨、外观木质感不强等缺陷。为了克服竹塑发泡复合材料的上述缺陷，人们从微孔泡沫塑料的制备中受到启发，着手对竹塑微发泡复合材料进行研究开发。贵州大学赵武学等采用注塑成型方法，在二次开模条件下制备微发泡聚丙烯（PP）/竹粉复合材料。竹塑微发泡复合材料可获得优异的性能，如比刚度和冲击强度高、质量轻等，可被广泛应用于包装、运输、景观、隔热、隔音等领域，其不但可以发挥竹塑复合材料的优异性能，还可以获得发泡产品的独特性能，将其产业化有利于资源综合利用和循环经济的发展。

[0003] 现有的竹塑微发泡技术能够制备泡孔均匀细密、尺寸稳定性好的产品，但是也存在力学强度上的不足，限制了其在较高强度场合的应用。中国专利CN 100432139 C公开了一种竹塑结皮发泡复合材料及其制备方法，采用一步挤出生产方法，并添加了冷却水套，获得表面结皮光滑不发泡与内部发泡的PVC竹塑结皮发泡材料，可应用于建筑装饰型材、地板、踢脚板、扶手、园林用板凳、栅栏等领域，是以塑代木的新一代产品，此方法具有生产效率高，制备的材料表面光洁度好的优点，但是其强度有待进一步提高。

发明内容

[0004] 基于现有技术的限制和性能上的缺陷，本发明的第一目的是提供一种高强度竹塑微发泡复合材料，其具有强度高、重量轻、尺寸稳定性好、力学性能优良、表面光洁度好、耐水、耐磨、耐化学腐蚀性等优点。

[0005] 本发明的第二目的是提供上述高强度竹塑微发泡复合材料的制备方法。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 一种高强度竹塑微发泡复合材料，其由包括以下重量份的组分制成：

[0008] 热塑性塑料           100份，

[0009] 竹纤维               40-80份，

[0010] 偶联剂               0.5-2份，

[0011] 相容剂               1.5-5份，

[0012] 发泡剂               4-8份，

[0013] 增强剂               5-10份，

[0014] 混合助剂             2-10份。

[0015] 较佳地，所述热塑性塑料选自聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或聚氯乙烯（PVC）中的一种或几种。

[0016] 较佳地，所述竹纤维为粒径范围40-120目的竹粉。

[0017] 较佳地，所述偶联剂选自KH550、KH560或KH570中的一种或几种。

[0018] 较佳地，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、马来酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）或马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-MAH）中的一种或几种。

[0019] 较佳地，所述发泡剂选自偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠或磺酸肼。

[0020] 较佳地，所述增强剂选自塑料增强剂DH-2、DH-3或DH-4中的一种或几种。

[0021] 较佳地，所述混合助剂为氧化锌：滑石粉：硬脂酸：抗氧剂1010的重量比为2:1:1:1的混合物。

[0022] 一种上述的高强度竹塑微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0023] （1）按照以下重量份称取各组分：热塑性塑料100份，偶联剂0.5-2份，相容剂1.5-5份，发泡剂4-8份，增强剂5-10份，混合助剂2-10份；

[0024] 将竹纤维过40-120目筛，然后称取40-80重量份，并在95-105℃下干燥3-5小时，备用；

[0025] （2）将上述热塑性塑料、竹纤维、偶联剂、相容剂、增强剂和混合助剂混合后在同向双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在160-190℃，得到竹纤维增强热塑性塑料增强粒料；

[0026] （3）将步骤（2）中得到的竹纤维增强热塑性塑料增强粒料与发泡剂在高速搅拌机中充分混合均匀，在注塑机中二次开模成型，注射温度在170-190℃，注射速度在30-40%，注射压力在30-50MPa，注射时间为30-60s，得到高强度竹塑微发泡复合材料。

[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

[0028] （1）本发明制备的微发泡竹塑复合材料强度高、重量轻、尺寸稳定性好，相较于纯竹塑复合材料具有更好的力学性能和强度；

[0029] （2）本发明制备的微发泡竹塑复合材料在不降低力学性能的条件下，既减轻了材料的重量，同时又节约了原材料成本，得到质轻价廉、综合性能良好的高强度微发泡竹塑复合材料；

[0030] （3）本发明制备的微发泡竹塑复合材料表面光洁度好，耐水、耐磨、耐化学腐蚀性，可应用于包装、运输、景观、隔热、隔音等领域；

[0031] （4）本发明的制备方法工艺简单，易于控制，所得产品稳定性良好。

具体实施方式

[0032] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

[0033] 实施例1

[0034] （1）按照以下重量份称取原料：

[0035] 热塑性塑料PE            100份，

[0036] 竹纤维                  40份，

[0037] 偶联剂KH550             0.5份，

[0038] 相容剂PP-g-MAH          1.5份，

[0039] 发泡剂偶氮二甲酰胺      4份，

[0040] 增强剂DH-2              5份，

[0041] 混合助剂                2份，

[0042] 其中，热塑性塑料PE为发泡用PE树脂MH602，购于上海翔超化工贸易有限公司；混合助剂具体包括氧化锌 0.8份，滑石粉 0.4份，硬脂酸168 0.4份，抗氧剂1010 0.4份；此外，在其它实施例中，热塑性塑料PE还可选用上海翔超化工贸易有限公司其他型号的发泡用PE树脂；

[0043] 将竹纤维在40目筛网过筛，并在105℃下干燥3小时；

[0044] （2）将上述热塑性塑料PE、竹纤维、偶联剂、相容剂、增强剂和混合助剂混合后在同向双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在160-190℃，得到竹纤维增强热塑性塑料增强粒料；

[0045] （3）将步骤（2）中得到的竹纤维增强热塑性塑料增强粒料与发泡剂在高速搅拌机中充分混合均匀，在注塑机中二次开模成型，注射温度在170℃，注射速度在30%，注射压力在30MPa，注射时间为30s，即得高强度竹塑微发泡复合材料。此材料的性能测试数据见表1。

[0046] 实施例2

[0047] （1）按照以下重量份称取原料：

[0048] 热塑性塑料PP            100份，

[0049] 竹纤维                  50份，

[0050] 偶联剂KH560             1份，

[0051] 相容剂PE-g-MAH          2份，

[0052] 发泡剂碳酸氢钠          5份，

[0053] 增强剂DH-3              7.5份，

[0054] 混合助剂                4份，

[0055] 其中，热塑性塑料PP为发泡用PP树脂M1200E，购于上海翔超化工贸易有限公司；混合助剂具体包括氧化锌 1.6份，滑石粉 0.8份，硬脂酸168 0.8份，抗氧剂1010 0.8份；此外，在其它实施例中，热塑性塑料PP还可选用上海翔超化工贸易有限公司其他型号的发泡用PP树脂；

[0056] 将竹纤维在60目筛网过筛，并在100℃下干燥4小时；

[0057] （2）将上述热塑性塑料PP、竹纤维、偶联剂、相容剂、增强剂和混合助剂等在同向双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在160-190℃，得到竹纤维增强热塑性塑料增强粒料；

[0058] （3）将步骤（2）中得到的竹纤维增强热塑性塑料增强粒料与发泡剂在高速搅拌机中充分混合均匀，在注塑机中二次开模成型，注射温度在180℃，注射速度在35%，注射压力在40MPa，注射时间为45s，即得高强度竹塑微发泡复合材料。此材料的性能测试数据见表1。

[0059] 实施例3

[0060] （1）按照以下重量份称取原料：

[0061] 热塑性塑料PVC           100份，

[0062] 竹纤维                  60份，

[0063] 偶联剂KH570             1.5份，

[0064] 相容剂POE-g-MAH         3份，

[0065] 发泡剂磺酸肼            6份，

[0066] 增强剂DH-4              7.5份，

[0067] 混合助剂                6份，

[0068] 其中，热塑性塑料PVC为发泡用PVC树脂WS-1300，购于上海翔超化工贸易有限公司；混合助剂具体包括氧化锌 2.4份，滑石粉 1.2份，硬脂酸168 1.2份，抗氧剂1010 1.2份；此外，在其它实施例中，热塑性塑料PVC还可选用上海翔超化工贸易有限公司其他型号的发泡用PVC树脂；

[0069] 将竹纤维在80目筛网过筛，并在95℃下干燥5小时；

[0070] （2）将上述热塑性塑料PVC、竹纤维、偶联剂、相容剂、增强剂和混合助剂等在同向双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在160-190℃，得到竹纤维增强热塑性塑料增强粒料；

[0071] （3）将步骤（2）中得到的竹纤维增强热塑性塑料增强粒料与发泡剂在高速搅拌机中充分混合均匀，在注塑机中二次开模成型，注射温度在190℃，注射速度在40%，注射压力在50MPa，注射时间为60s，即得高强度竹塑微发泡复合材料。此材料的性能测试数据见表1。

[0072] 实施例4

[0073] （1）按照以下重量份称取原料：

[0074] 热塑性塑料PP           100份，

[0075] 竹纤维                 70份，

[0076] 偶联剂KH570            2份，

[0077] 相容剂PP-g-MAH         4份，

[0078] 发泡剂偶氮二甲酰胺     7份，

[0079] 增强剂DH-3             7.5份，

[0080] 混合助剂               8份，

[0081] 其中，热塑性塑料PP为发泡用PP树脂M1200E，购于上海翔超化工贸易有限公司；混合助剂具体包括氧化锌 3.2份，滑石粉1.6份，硬脂酸168 1.6份，抗氧剂1010 1.6份；此外，在其它实施例中，热塑性塑料PP还可选用上海翔超化工贸易有限公司其他型号的发泡用PP树脂；

[0082] 将竹纤维在100目筛网过筛，并在95℃下干燥5小时；

[0083] （2）将上述热塑性塑料PP、竹纤维、偶联剂、相容剂、增强剂和混合助剂等在同向双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在160-190℃，得到竹纤维增强热塑性塑料增强粒料；

[0084] （3）将步骤（2）中得到的竹纤维增强热塑性塑料增强粒料与发泡剂在高速搅拌机中充分混合均匀，在注塑机中二次开模成型，注射温度在185℃，注射速度在30%，注射压力在40MPa，注射时间为45s，即得高强度竹塑微发泡复合材料。此材料的性能测试数据见表1。

[0085] 实施例5

[0086] （1）按照以下重量份称取原料：

[0087] 热塑性塑料PVC           100份，

[0088] 竹纤维                  80份，

[0089] 偶联剂KH570             2份，

[0090] 相容剂PP-g-MAH          5份，

[0091] 发泡剂碳酸氢钠          8份，

[0092] 增强剂DH-2              10份，

[0093] 混合助剂                10份，

[0094] 其中，热塑性塑料PVC为发泡用PVC树脂WS-1300，购于上海翔超化工贸易有限公司；混合助剂具体包括氧化锌4份，滑石粉 2份，硬脂酸168 2份，抗氧剂1010 2份；此外，在其它实施例中，热塑性塑料PVC还可选用上海翔超化工贸易有限公司其他型号的发泡用PVC树脂；

[0095] 将竹纤维在120目筛网过筛，并在100℃下干燥5小时；

[0096] （2）将上述热塑性塑料PVC、竹纤维、偶联剂、相容剂、增强剂和混合助剂等在同向双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在160-190℃，得到竹纤维增强热塑性塑料增强粒料；

[0097] （3）将步骤（2）中得到的竹纤维增强热塑性塑料增强粒料、发泡剂等在高速搅拌机中充分混合均匀，在注塑机中二次开模成型，注射温度在180℃，注射速度在32%，注射压力在30MPa，注射时间为50s，即得高强度竹塑微发泡复合材料。此材料的性能测试数据见表1。

[0098] 现有的纯竹塑复合材料及实施例1-5制备得到的高强度竹塑微发泡复合材料的性能测试结果见表1。

[0099] 表1

[0100]

[0101] 从表1的数据可以看出，本发明制备的高强度竹塑微发泡复合材料强度高、质量轻、性能好，拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能相较于纯竹塑复合材料有明显提高；在不降低力学性能的条件下，既减轻了材料的重量，又节约了原材料成本，得到质轻价廉、综合性能良好的高强度微发泡竹塑复合材料；而且洛氏硬度测试也表明，材料硬度大，尺寸稳定性和表面光洁度好；此外，本发明实施例的制备方法工艺简单，易于控制，所得产品稳定性良好，可应用于包装、运输、景观、隔热、隔音等领域，是一种绿色环保的新型代木代塑复合材料。