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CN104401078A - 一种多层聚乳酸复合板材及其制备方法 - Google Patents

一种多层聚乳酸复合板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层聚乳酸复合板材及其制备方法，该复合板材由三层结构组成：第一层为耐冲击增韧聚乳酸复合层，第二层为高性能纤维增强聚乳酸复合层，第三层为耐冲击增韧聚乳酸复合层。本发明复合板材的三层结构分别制备，经热轧后成型。该复合板材具有高模量、高强度、高韧性及生物可降解性的特点，并且其外层可根据需要调整软硬度。

Description

一种多层聚乳酸复合板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多层聚乳酸复合板材及其制备方法，特指一种三层结构的，中间层具有高强高模，表层具有高抗冲击性能的且软硬度可控制的复合板材及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是人工合成的可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，它不仅来源于玉米、谷物等可再生资源, 而且还具有良好的生物相容性，是最有前途的可生物降解高分子材料之一，广泛用于生物医用材料、包装材料、日用塑料制品、纺织面料、农用地膜等领域。但是聚乳酸本身性能有一定的缺陷，性能较脆，模量和强度一般，尤其是制成板材后难以达到产品要求。
目前，聚乳酸板材及其制备方法的相关文献，如低层间间距型聚乳酸基麻纤维复合板的制备方法（CN101691054B），一种聚乳酸复合板材及其制备方法（CN103538136A），一种阻燃型玉米棒包皮纤维/聚乳酸纤维板的制备方法（CN103341898A），利用经交联的聚乳酸的板及其制备方法（CN104169055A），均涉及到通过纤维复合或化学交联的方法来改性聚乳酸，并制备成板材。但这几个专利未涉及一种三层结构的，中间层具有高强高模，表层具有高抗冲击性能且软硬度可控制的聚乳酸复合板材。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种具有三层结构的，中间层具有高强高模，表层具有高抗冲击性能的且软硬度可控制的聚乳酸复合板材及其制备方法。
技术方案：一种多层聚乳酸复合板材，所述聚乳酸复合板材包括三层复合结构，从上到下依次为：第一层为耐冲击增韧聚乳酸复合层，第二层为高性能纤维增强聚乳酸复合层，第三层为耐冲击增韧聚乳酸复合层；所述聚乳酸复合板材的克重为500-3500g/m2，所述的第一层和第三层重量总和占总重量比为40-60%，第二层重量占总重量比为40-60%。
作为优化：所述的第一层和第三层的耐冲击增韧聚乳酸复合层含有聚乳酸、增韧粒子、增塑剂和抗氧化剂。
作为优化：聚乳酸为分子量10-16万（质量百分比为40-90%）；增韧粒子为生物可降解聚氨酯、聚己内酯、聚乳酸-三亚甲基碳酸酯、聚氧乙烯中的一种或两种以上（质量百分比为10-50%）；增塑剂为蓖麻酸丁酯、甘油三-乙酰蓖麻醇酸酯、蔗糖硬脂酸酯中的一种或两种以上（质量百分比为5-20%），抗氧化剂（质量百分比为3-5%）。   
作为优化：所述的第二层的高性能纤维增强聚乳酸复合层是含有聚乳酸、高性能纤维、界面粘合剂。
作为优化：聚乳酸为分子量10-16万（质量百分比为60-90%）；高性能纤维为碳纤维、玻璃纤维、高强高模聚乙烯、芳纶1414长丝中的一种或两种以上（质量百分比为10-40%），界面粘合剂（5-10%）。
一种多层聚乳酸复合板材的制备方法，包括如下步骤：
1）、把碳纤维、玻璃纤维、高强高模聚乙烯、芳纶1414长丝中的一种或两种以上预浸渍在界面粘合剂中，然后平行或交叉铺展成2-5层，并且每层之间铺上预制好的1mm聚乳酸薄膜，经热压形成高性能纤维增强聚乳酸复合层；
2）、将聚乳酸，增韧粒子，增塑剂经干燥、预混，然后通过双螺杆挤出机共混熔融挤出压延成2-5mm的耐冲击增韧聚乳酸复合层板材；
3）、将耐冲击增韧聚乳酸复合层作为第一、三层，高性能纤维增强聚乳酸复合层作为第二层，经预压、热烘，最后经热轧形成复合板材。
作为优化：所述步骤1）中，热压温度为170-230℃，热压压力为2-7MPa，热压时间为30-90s。
作为优化：所述步骤2）中，熔融温度为170-230℃，螺杆直径55mm，螺杆转速为30-60r/min。
作为优化：所述步骤3）中，热轧温度为170-230℃，热轧压力为2-7MPa。
作为优化：所述步骤3）中，形成的复合板材在高强度、高模量的同时，表面软硬度控制在邵氏硬度90D-42D的范围内。
有益效果：本发明制备出的复合板材具有高模量、高强度、高韧性及生物可降解性的特点，并且其外层可根据需要调整软硬度。该板材的中间层可提供板材整体的刚性和强度，而外层可以提供较好的韧性从而抵抗外物的冲击力，并且其表层的软硬度可根据需要经行调节。该复合板材可应用于车用内饰板、电器外壳等产品，既具有提供产品结构强度的性能，又能提供良好的外层舒适感。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
具体实施例1
如图1所示，一种多层聚乳酸复合板材，所述聚乳酸复合板材包括三层复合结构，从上到下依次为：第一层为耐冲击增韧聚乳酸复合层1，第二层为高性能纤维增强聚乳酸复合层2，第三层为耐冲击增韧聚乳酸复合层3；所述聚乳酸复合板材的克重为500g/m2，所述的第一层和第三层重量总和占总重量比为40%，第二层重量占总重量比为60%。
所述的第一层和第三层的耐冲击增韧聚乳酸复合层含有聚乳酸、增韧粒子、增塑剂和抗氧化剂。
聚乳酸为分子量10万；增韧粒子为生物可降解聚氨酯；增塑剂为蓖麻酸丁酯，抗氧化剂。   
所述的第二层的高性能纤维增强聚乳酸复合层是含有聚乳酸、高性能纤维、界面粘合剂。
聚乳酸为分子量10万；高性能纤维为碳纤维，界面粘合剂。
一种多层聚乳酸复合板材的制备方法，包括如下步骤：
1）、把碳纤维预浸渍在界面粘合剂中，然后平行铺展成2层，并且每层之间铺上预制好的1mm聚乳酸薄膜，经热压形成高性能纤维增强聚乳酸复合层；
2）、将聚乳酸，增韧粒子，增塑剂经干燥、预混，然后通过双螺杆挤出机共混熔融挤出压延成2mm的耐冲击增韧聚乳酸复合层板材；
3）、将耐冲击增韧聚乳酸复合层作为第一、三层，高性能纤维增强聚乳酸复合层作为第二层，经预压、热烘，最后经热轧形成复合板材。
所述步骤1）中，热压温度为170℃，热压压力为2MPa，热压时间为30s。
所述步骤2）中，熔融温度为170℃，螺杆直径55mm，螺杆转速为30r/min。
所述步骤3）中，热轧温度为170℃，热轧压力为2MPa。
所述步骤3）中，形成的复合板材在高强度、高模量的同时，表面软硬度控制在邵氏硬度42D的范围内。
具体实施例2
如图1所示，一种多层聚乳酸复合板材，所述聚乳酸复合板材包括三层复合结构，从上到下依次为：第一层为耐冲击增韧聚乳酸复合层1，第二层为高性能纤维增强聚乳酸复合层2，第三层为耐冲击增韧聚乳酸复合层3；所述聚乳酸复合板材的克重为3500g/m2，所述的第一层和第三层重量总和占总重量比为60%，第二层重量占总重量比为40%。
所述的第一层和第三层的耐冲击增韧聚乳酸复合层含有聚乳酸、增韧粒子、增塑剂和抗氧化剂。
聚乳酸为分子量16万；增韧粒子为聚己内酯；增塑剂为甘油三-乙酰蓖麻醇酸酯，抗氧化剂。   
所述的第二层的高性能纤维增强聚乳酸复合层是含有聚乳酸、高性能纤维、界面粘合剂。
聚乳酸为分子量16万；高性能纤维为玻璃纤维，界面粘合剂。
一种多层聚乳酸复合板材的制备方法，包括如下步骤：
1）、把玻璃纤维预浸渍在界面粘合剂中，然后交叉铺展成5层，并且每层之间铺上预制好的1mm聚乳酸薄膜，经热压形成高性能纤维增强聚乳酸复合层；
2）、将聚乳酸，增韧粒子，增塑剂经干燥、预混，然后通过双螺杆挤出机共混熔融挤出压延成5mm的耐冲击增韧聚乳酸复合层板材；
3）、将耐冲击增韧聚乳酸复合层作为第一、三层，高性能纤维增强聚乳酸复合层作为第二层，经预压、热烘，最后经热轧形成复合板材。
所述步骤1）中，热压温度为230℃，热压压力为7MPa，热压时间为90s。
所述步骤2）中，熔融温度为230℃，螺杆直径55mm，螺杆转速为60r/min。
所述步骤3）中，热轧温度为230℃，热轧压力为7MPa。
所述步骤3）中，形成的复合板材在高强度、高模量的同时，表面软硬度控制在邵氏硬度90D的范围内。
具体实施例3
如图1所示，一种多层聚乳酸复合板材，所述聚乳酸复合板材包括三层复合结构，从上到下依次为：第一层为耐冲击增韧聚乳酸复合层1，第二层为高性能纤维增强聚乳酸复合层2，第三层为耐冲击增韧聚乳酸复合层3；所述聚乳酸复合板材的克重为1500g/m2，所述的第一层和第三层重量总和占总重量比为50%，第二层重量占总重量比为50%。
所述的第一层和第三层的耐冲击增韧聚乳酸复合层含有聚乳酸、增韧粒子、增塑剂和抗氧化剂。
聚乳酸为分子量13万；增韧粒子为聚乳酸-三亚甲基碳酸酯；增塑剂为蔗糖硬脂酸酯，抗氧化剂。   
所述的第二层的高性能纤维增强聚乳酸复合层是含有聚乳酸、高性能纤维、界面粘合剂。
聚乳酸为分子量14万；高性能纤维为高强高模聚乙烯，界面粘合剂。
一种多层聚乳酸复合板材的制备方法，包括如下步骤：
1）、把高强高模聚乙烯预浸渍在界面粘合剂中，然后交叉铺展成4层，并且每层之间铺上预制好的1mm聚乳酸薄膜，经热压形成高性能纤维增强聚乳酸复合层；
2）、将聚乳酸，增韧粒子，增塑剂经干燥、预混，然后通过双螺杆挤出机共混熔融挤出压延成3mm的耐冲击增韧聚乳酸复合层板材；
3）、将耐冲击增韧聚乳酸复合层作为第一、三层，高性能纤维增强聚乳酸复合层作为第二层，经预压、热烘，最后经热轧形成复合板材。
所述步骤1）中，热压温度为210℃，热压压力为5MPa，热压时间为68s。
所述步骤2）中，熔融温度为190℃，螺杆直径55mm，螺杆转速为48r/min。
所述步骤3）中，热轧温度为185℃，热轧压力为5MPa。
所述步骤3）中，形成的复合板材在高强度、高模量的同时，表面软硬度控制在邵氏硬度75D的范围内。

Claims (10)

1.一种多层聚乳酸复合板材，其特征在于：所述聚乳酸复合板材包括三层复合结构，从上到下依次为：第一层为耐冲击增韧聚乳酸复合层，第二层为高性能纤维增强聚乳酸复合层，第三层为耐冲击增韧聚乳酸复合层；所述聚乳酸复合板材的克重为500-3500g/m2，所述的第一层和第三层重量总和占总重量比为40-60%，第二层重量占总重量比为40-60%。
2.根据权利要求1所述的多层聚乳酸复合板材，其特征在于：所述的第一层和第三层的耐冲击增韧聚乳酸复合层含有聚乳酸、增韧粒子、增塑剂和抗氧化剂。
3.根据权利要求2所述的多层聚乳酸复合板材，其特征在于：聚乳酸为分子量10-16万；增韧粒子为生物可降解聚氨酯、聚己内酯、聚乳酸-三亚甲基碳酸酯、聚氧乙烯中的一种或两种以上；增塑剂为蓖麻酸丁酯、甘油三-乙酰蓖麻醇酸酯、蔗糖硬脂酸酯中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的多层聚乳酸复合板材，其特征在于：所述的第二层的高性能纤维增强聚乳酸复合层是含有聚乳酸、高性能纤维、界面粘合1剂。
5.根据权利要求4所述的多层聚乳酸复合板材，其特征在于：聚乳酸为分子量10-16万；高性能纤维为碳纤维、玻璃纤维、高强高模聚乙烯、芳纶1414长丝中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的多层聚乳酸复合板材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）、把碳纤维、玻璃纤维、高强高模聚乙烯、芳纶1414长丝中的一种或两种以上预浸渍在界面粘合剂中，然后平行或交叉铺展成2-5层，并且每层之间铺上预制好的1mm聚乳酸薄膜，经热压形成高性能纤维增强聚乳酸复合层；
2）、将聚乳酸，增韧粒子，增塑剂经干燥、预混，然后通过双螺杆挤出机共混熔融挤出压延成2-5mm的耐冲击增韧聚乳酸复合层板材；
3）、将耐冲击增韧聚乳酸复合层作为第一、三层，高性能纤维增强聚乳酸复合层作为第二层，经预压、热烘，最后经热轧形成复合板材。
7.根据权利要求6所述的多层聚乳酸复合板材的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，热压温度为170-230℃，热压压力为2-7MPa，热压时间为30-90s。
8.根据权利要求6所述的多层聚乳酸复合板材的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，熔融温度为170-230℃，螺杆直径55mm，螺杆转速为30-60r/min。
9.根据权利要求6所述的多层聚乳酸复合板材的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，热轧温度为170-230℃，热轧压力为2-7MPa。
10.根据权利要求6所述的多层聚乳酸复合板材的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，形成的复合板材在高强度、高模量的同时，表面软硬度控制在邵氏硬度90D-42D的范围内。
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