一种改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备方法 (Preparation method of modified polyester fiber reinforced wood-plastic composite material ) 是由 刘天 丁晓圆 张有鑫 李�浩 于 2021-04-30 设计创作，主要内容包括：一种改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备方法,它涉及木塑复合材料的制备方法。本发明要解决现有聚酯纤维和木塑复合材料基体的相容性比较差,限制了其增强效果的问题。制备方法：一、纤维处理；二、木粉处理；三、挤出。本发明用于改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备。(A preparation method of a modified polyester fiber reinforced wood-plastic composite material relates to a preparation method of a wood-plastic composite material. The invention aims to solve the problem that the compatibility of the existing polyester fiber and wood-plastic composite material matrix is poor, and the reinforcing effect is limited. The preparation method comprises the following steps: firstly, fiber treatment; secondly, wood powder treatment; and thirdly, extruding. The preparation method is used for preparing the modified polyester fiber reinforced wood-plastic composite material.)
技术领域
本发明涉及木塑复合材料的制备方法。
背景技术
木塑复合材料(WPC)是将各类植物的木质纤维材料粉末和热塑性塑料制备而成的高性能、高附加值绿色环保型复合材料，因其良好的加工性能和强度性能等而成为潜力巨大的建材，尽管如此，单纯的木塑复合材料力学性能仍有待提高。为了增大木塑复合材料的综合力学性能，较理想的方法是在木塑复合材料基体中加入增强纤维，其中聚酯纤维因其容易获得、价格低廉等特点而成为理想的增强纤维。
聚酯纤维，俗称“涤纶”，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯纺丝后合成的纤维。其最大优点是保型性和抗皱性好，且具有较高的强度和弹性恢复能力。聚酯纤维作为增强体用时，常用于增强沥青混凝土，能有效提高道路质量、延长道路寿命。在纺织业聚酯纤维成为了棉、麻和蚕丝等纺织品的替代品。中国专利“聚酯纤维增强木塑复合材料及其方法”(公开号为CN102911508A)公开了一种用聚酯纤维增强的木塑复合材料及其制备方法，此发明制备的木塑复合材料综合力学性能得到提升，但是由于聚酯纤维和木塑复合材料基体的相容性比较差，限制了其增强效果。
发明内容
本发明要解决现有聚酯纤维和木塑复合材料基体的相容性比较差，限制了其增强效果的问题，而提供一种改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备方法。
一种改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、纤维处理：
去除聚酯纤维表面油层，然后置于处理液中，在温度为50℃～60℃的条件下，水浴1h～2h，然后清洗并干燥至含水率低于3％；得到处理后的聚酯纤维；
所述的处理液为质量百分数为3％～6％的氢氧化钠溶液、浓度为0.1mol/L～0.2mol/L的乙二胺溶液或体积百分数为10％～20％的KH570的无水乙醇溶液；
二、木粉处理：
对木粉进行筛选，然后干燥至含水量低于1％，得到处理后的木粉；
三、挤出：
①、按质量份数称取15份～20份处理后的木粉、68份～72份高密度聚乙烯、4份～8份处理后的聚酯纤维、4份～8份马来酸酐接枝聚乙烯和0.8份～1.2份润滑剂，且称取的处理后的木粉、高密度聚乙烯、处理后的聚酯纤维、马来酸酐接枝聚乙烯和润滑剂总质量份数为100份；
②、将称取的处理后的木粉、高密度聚乙烯、处理后的聚酯纤维、马来酸酐接枝聚乙烯和润滑剂加入到混合设备中预混，得到预混料；
③、将预混料用双螺杆挤出机进行混炼造粒，得到母粒，然后将母粒进行注塑成型得到改性聚酯纤维增强木塑复合材料。
本发明的有益效果是：
本发明对聚酯纤维进行处理改性，然后将其添加到木塑复合材料中，使之和木塑基体具有较好的相容性，从而使木塑复合材料的力学性能得到显著提高，从而达到良好的增强效果。本发明制备的木塑复合材料综合力学性能得到提升，弯曲强度可达36MPa以上，弯曲模量可达1.4GPa以上，拉伸强度可达22MPa以上，拉伸模量可达0.9GPa以上，无缺口冲击强度可达11kJ/m2以上。本发明改性聚酯纤维增强的木塑复合材料具有较好的综合力学性能，且工艺简单、容易实施，生产成本较低，提高了产品的市场竞争力。
本发明用于一种改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备方法。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、纤维处理：
去除聚酯纤维表面油层，然后置于处理液中，在温度为50℃～60℃的条件下，水浴1h～2h，然后清洗并干燥至含水率低于3％；得到处理后的聚酯纤维；
所述的处理液为质量百分数为3％～6％的氢氧化钠溶液、浓度为0.1mol/L～0.2mol/L的乙二胺溶液或体积百分数为10％～20％的KH570的无水乙醇溶液；
二、木粉处理：
对木粉进行筛选，然后干燥至含水量低于1％，得到处理后的木粉；
三、挤出：
①、按质量份数称取15份～20份处理后的木粉、68份～72份高密度聚乙烯、4份～8份处理后的聚酯纤维、4份～8份马来酸酐接枝聚乙烯和0.8份～1.2份润滑剂，且称取的处理后的木粉、高密度聚乙烯、处理后的聚酯纤维、马来酸酐接枝聚乙烯和润滑剂总质量份数为100份；
②、将称取的处理后的木粉、高密度聚乙烯、处理后的聚酯纤维、马来酸酐接枝聚乙烯和润滑剂加入到混合设备中预混，得到预混料；
③、将预混料用双螺杆挤出机进行混炼造粒，得到母粒，然后将母粒进行注塑成型得到改性聚酯纤维增强木塑复合材料。
本实施方式的有益效果是：
本实施方式对聚酯纤维进行处理改性，然后将其添加到木塑复合材料中，使之和木塑基体具有较好的相容性，从而使木塑复合材料的力学性能得到显著提高，从而达到良好的增强效果。本实施方式制备的木塑复合材料综合力学性能得到提升，弯曲强度可达36MPa以上，弯曲模量可达1.4GPa以上，拉伸强度可达22MPa以上，拉伸模量可达0.9GPa以上，无缺口冲击强度可达11kJ/m2以上。本实施方式改性聚酯纤维增强的木塑复合材料具有较好的综合力学性能，且工艺简单、容易实施，生产成本较低，提高了产品的市场竞争力。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的聚酯纤维的长度为4mm～8mm，直径为15μm～25μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中去除聚酯纤维表面油层具体是将聚酯纤维在去离子水中煮沸1h～3h，然后置于电热恒温干燥箱中，在温度为100℃～105℃下烘干20h～26h。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的清洗并干燥具体是用去离子水洗净，然后置于电热恒温干燥箱中，在温度为100℃～105℃下烘干20h～26h。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的木粉为杨木粉。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一或不同的是：步骤二中所述的筛选具体为用40和80目的标准筛除去粒径大于40目和小于80目的木纤维。其它与具体实施方式一至五相同。
市场上直接购买的木纤维粒径分布不均匀，含有较长的木屑粒和径较少的木粉，过长的纤维在加工过程容易团聚，造成木纤维分散不均匀，影响木塑复合材料的性能，因此应对木纤维进行筛选。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中所述的干燥具体为置于电热恒温干燥箱中，在温度为100℃～105℃下烘干6h～10h。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三①中所述的润滑剂为聚乙烯蜡。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三②中所述的预混具体为在预混温度为70℃～100℃及预混转速为400r/min～1800r/min的条件下，高速混合5min～10min。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三③中将预混料用双螺杆挤出机进行混炼造粒的具体设置参数：一区温度为150℃，二区温度为165℃，三区温度为170℃，四区温度为175℃，五区温度为175℃，六区温度为170℃，七区温度为162℃，螺杆转速为12r/min，喂料速度为5r/min。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种改性聚酯纤维增强木塑复合材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、纤维处理：
去除聚酯纤维表面油层，然后置于处理液中，在温度为55℃的条件下，水浴1.5h，然后清洗并干燥至含水率低于3％；得到处理后的聚酯纤维；
所述的处理液为质量百分数为5％的氢氧化钠溶液；
二、木粉处理：
对木粉进行筛选，然后干燥至含水量低于1％，得到处理后的木粉；
三、挤出：
①、按质量份数称取19份处理后的木粉、70份高密度聚乙烯、6份处理后的聚酯纤维、4份马来酸酐接枝聚乙烯和1份润滑剂；
②、将称取的处理后的木粉、高密度聚乙烯、处理后的聚酯纤维、马来酸酐接枝聚乙烯和润滑剂加入到混合设备中预混，得到预混料；
③、将预混料用双螺杆挤出机进行混炼造粒，得到母粒，然后将母粒进行注塑成型得到改性聚酯纤维增强木塑复合材料。
步骤一中聚酯纤维的长度为6mm，直径为20μm。
步骤一中去除聚酯纤维表面油层具体是将聚酯纤维在去离子水中煮沸2h，然后置于电热恒温干燥箱中，在温度为103℃下烘干24h。
步骤一中所述的清洗并干燥具体是用去离子水洗净，然后置于电热恒温干燥箱中，在温度为103℃下烘干24h。
步骤二中所述的木粉为杨木粉。
步骤二中的筛选具体为用40和80目的标准筛除去粒径大于40目和小于80目的木纤维。
步骤二中的干燥具体为置于电热恒温干燥箱中，在温度为103℃下烘干8h。
步骤三①中所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
步骤三②中所述的预混具体为在预混温度为80℃及预混转速为1000r/min的条件下，高速混合10min。
步骤三③中将预混料用双螺杆挤出机进行混炼造粒的具体设置参数：一区温度为150℃，二区温度为165℃，三区温度为170℃，四区温度为175℃，五区温度为175℃，六区温度为170℃，七区温度为162℃，螺杆转速为12r/min，喂料速度为5r/min。
实施例二：本实施例与实施例一不同的是：步骤一中所述的处理液为浓度为0.15mol/L的乙二胺溶液。其它与实施例一相同。
实施例三：本实施例与实施例一不同的是：步骤一中所述的处理液为体积百分数为15％的KH570的无水乙醇溶液。其它与实施例一相同。
对比实验：本实施例与实施例一不同的是：省略步骤一，得到未处理聚酯纤维增强的木塑复合材料。其它与实施例一相同。
实施例一至三及对比实验用注塑机注塑成哑铃型标准试件。
依据弯曲测试标准ASTM D790-03、拉伸测试标准ASTM D638-03、冲击测试国标GB/T 16420 1996，对哑铃型标准试件进行力学测试，以系统评价改性聚酯纤维增强的木塑复合材料力学性能，测试结果如下表所示：
表1实施例一的力学测试结果
表2实施例二的力学测试结果
表3实施例三的力学测试结果
表4对比实验的力学测试结果