CN1158172C - 剑麻纤维改性粒料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及剑麻纤维改性粒料及其制备方法和在复合材料中的用途，其特点是：由剑麻纤维细绳与改性剂混合，冷却后切粒而成，经切粒得到的剑麻短纤维改性粒料的长度为2～20mm；其制备方法是：准备好剑麻纤维原料细绳，让所述细绳通过熔融的改性剂，使改性剂渗入所述细绳的独立纤维丝之间的空隙并将细绳包裹起来，冷却后切成剑麻短纤维改性粒料。本发明适用于注射、挤出或热压等成型方法生产相应的复合材料，具有工艺简单、有利于环保等优点。
Description
技术领域
本发明涉及剑麻纤维改性粒料及其制备方法和在复合材料中的用途，属于剑麻纤维树脂基复合材料及其制造方法和应用技术领域。
背景技术
现有技术的剑麻纤维/树脂基复合材料的制备方法有如下三种：第一，热压法制备单向剑麻纤维/不饱和聚酯层压复合材料，或热压法制备单向剑麻纤维/环氧树脂层压复合材料。该工艺存在所用设备结构复杂、制备工艺复杂以及只适用于制备单向剑麻纤维与不饱和聚酯复合材料(适用范围窄)等缺点。第二，熔融混料或溶液混料法制造短剑麻纤维/低密度聚乙烯复合材料，但熔融混料法容易损伤剑麻纤维，存在产品强度、韧度等性能下降等缺点；溶液混料法使用有毒溶剂，存在污染环境、成本高等缺点。第三，中国专利公报公开的一种名称为“剑麻纤维/树脂基复合材料的制备方法”、申请号为“97108948.5”的发明专利申请，其特点是：采用经预处理和切短的剑麻丝束或编织无纬布做原料，在一定条件下与定量的热塑性树脂PVC、热固性树脂酚醛树脂PF或环氧树脂Epo基体混合，经干燥后在一定的温度压力条件下热压成型。该专利申请无法注射成型或挤出成型，存在生产方法单一、效率低、周期长等缺点。
发明内容
本发明的目的，是为了克服现有剑麻纤维/树脂基复合材料制备方法存在的难以注射成型或挤出成型、产成品效率低、周期长的缺点，提供一种剑麻纤维改性粒料及其制备方法和在复合材料中的用途，该剑麻纤维改性粒料适用于注射或挤出成型，其制备方法效率高、周期短、有利环保。
本发明的目的可以通过采取如下措施达到：剑麻纤维改性粒料，其特点是：由剑麻纤维细绳与改性剂混合并制粒而成，所述改性剂渗入所述细绳的独立纤维丝之间的空隙并将细绳包裹起来，经制粒得到的剑麻纤维改性粒料的长度为2～20mm。
一种如前所述的剑麻纤维改性粒料的制备方法，其特点是：首先准备好剑麻纤维原料细绳，让所述细绳通过熔融的改性剂，使改性剂渗入所述细绳的独立纤维丝之间的空隙并将细绳包裹起来，冷却后制成剑麻纤维改性粒料，具体步骤为：
①首先准备好直径为1～8mm的剑麻纤维单股细绳：用专用纺绳器把剑麻纤维原料纺成直径为1～8mm的单股细绳或购买现成直径为1～8mm的剑麻纤维单股细绳；
②将前述剑麻纤维单股细绳通过熔融的低粘度改性剂，使改性剂渗入所述细绳的各独立纤维丝之间的空隙，所述细绳被所述低粘度改性剂包裹起来，冷却后成固化细绳，再切成长度为2～20mm的剑麻纤维改性粒料；
③将第②步得到的剑麻纤维改性粒料包装产品入库或出售。
如前所述剑麻纤维改性粒料的制备方法，其特点是：整个制备过程由一套专用装置完成，所述专用装置由纺绳器、固定及卷绕器、牵引及输送器、改性剂盛放器、冷却及控制器、切粒机组成，改性剂盛放器上设置加热及恒温器组成。
剑麻纤维原料经纺绳器1纺成直径为1～8mm的单股细绳，该单股细绳经固定及卷绕器2卷绕成线卷，线卷在牵引及输送器6的牵引下经过改性剂盛放器3并浸泡在熔融的改性剂7中，此时改性剂7渗入所述细绳的独立纤维丝之间的空隙并将细绳包裹起来，被改性剂7包裹着的单股细绳经冷却及控制器5冷却成硬化细绳，硬化细绳在牵引及输送器6的牵引下进入切粒机8中被切碎成长度为2～20mm的剑麻纤维改性粒料9，剑麻纤维改性粒料9成束状排列，各粒料9的独立纤维丝10之间的空隙由固化的改性剂7填充，使剑麻纤维10与改性剂7构成一个改性粒料整体。
如前所述剑麻纤维改性粒料，其特点是：所用改性剂具有如下特性：
①由一种或多种组份组成，所述改性剂中的主要组份能够增进剑麻纤维原料与选用的热塑性树脂基原料之间的相容性；
②具有热塑性，熔解温度低于所用热塑性树脂基原料的熔点，分解温度高于相应复合材料的加工成型温度；
③熔融后粘度足够低，并能够通过毛细管的作用，渗入所述细绳的各独立纤维丝之间的空隙并将细绳包裹起来；
④冷却后能够把所述细绳中各独立剑麻纤维丝粘接固定在一起，得到的固化细绳可经切粒机切成定型的剑麻纤维改性粒料。
如前所述剑麻纤维改性粒料，其特点是：改性剂与剑麻纤维的重量比为3～50∶100。
如前所述剑麻纤维改性粒料在复合材料中的用途，其特点是：将前述剑麻纤维改性粒料与一定量的热塑性树脂原料混合，在常温下用机械搅拌的方法搅拌至充分混合，制成剑麻纤维/热塑性树脂基复合预混料，然后将该复合预混料进一步挤出造粒，得到适用于直接注射、挤出或热压成型的剑麻纤维/热塑性树脂基复合材料粒料。
如前所述剑麻纤维改性粒料在复合材料中的用途，其特点是：在一定的条件下采用注射、挤出或热压等成型方式将所述复合预混料制成复合材料制品。
如前所述剑麻纤维改性粒料在复合材料中的用途，其特点是：在剑麻纤维/热塑性树脂基复合预混料中，改性粒料与热塑性树脂原料的重量比在2∶98至90∶10之间调节。
如前所述剑麻纤维改性粒料在复合材料中的用途，其特点是：在剑麻纤维/热塑性树脂基复合预混料中，所用的热塑性树脂原料包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、ABS、聚氯乙烯(PVC)、聚酯和聚酰胺(PA)。
如前所述剑麻纤维改性粒料在复合材料中的用途，其特点是：在剑麻纤维/热塑性树脂基复合预混料中，所用的热塑性树脂原料是可生物降解聚合物基底原料。
与使用热固性树脂基原料的现有技术相比，本发明具有如下突出优点：
1.本发明由于是先准备好剑麻纤维单股细绳：将剑麻纤维原料纺成单股细绳或直接采用现成的剑麻纤维单股细绳；单股细绳由专用改性剂处理，改性剂渗入所述细绳各独立纤维丝之间的空隙并将细绳包裹起来，冷却后切成粒料；因此能够采用高效的注射和挤出成型方式进行生产，生产效率高、成本低；
2.所用专用改性剂能够增进剑麻纤维原料与选用的热塑性树脂基原料之间的相容性，并且熔解温度低于所和热塑性树脂基原料的熔点，分解温度高于相应复合材料的加工成型温度，最后制备出来的剑麻纤维/热塑性树脂基复合材料性能可控，性能价格比高；
3.加工成型过程安全无害，不会造成环境污染；
4.可回收再造；
5.可进行生物降解化处理。
附图说明
图1是本发明所用专用设备的结构示意及工艺流程图。
图2是剑麻纤维改性粒料的结构示意图。
图3是本发明的应用实例工艺流程图。
图4是本发明的应用实例工艺流程图。
具体实施方式
本发明的应用实例1描述的是制备剑麻纤维/热塑性树脂基复合材料的方法，所用的原料包括：剑麻纤维细绳，改性剂→低分子量马来酸酐接枝丙烯共聚物，热塑性树脂基原料→通用聚丙烯树脂。制备过程为先制成改性粒料，然后制成剑麻纤维/热塑性树脂基复合材料。具体方法和步骤如下：
①先准备好直径为3mm的剑麻纤维单股细绳：可以用专用设备把剑麻纤维原料纺成直径为3mm的单股细绳，或直接购买直径为3mm的单股细绳；
②将所述改性剂熔融成低粘度融体；
③前述单股细绳通过专用设备上熔融的改性剂融体、冷却器5、切粒机8，改性剂融体渗入所述细绳的各独立纤维丝之间的空隙，使所述细绳被所述低粘度改性剂包裹起来，冷却后成固化细绳，再切成长度为4～6mm的剑麻纤维改性粒料，改性粒料中改性剂与剑麻纤维的重量比为15∶100；
④将第③步制得的剑麻纤维改性粒料包装成产品；或与定量的通用聚丙烯树脂混合，在常温下用机械搅拌的方法搅拌至充分混合，得到适于采用直接注射、挤出或热压成型方法生产剑麻纤维/热塑性树脂基复合材料的预混料，改性粒料与通用聚丙烯树脂的重量比为30∶70；
⑤将第④制得的复合预混料进一步挤出造粒，得到适用于直接注射、挤出或热压成型的剑麻纤维/热塑性树脂基复合材料粒料；或在一定的条件下采用注射、挤出或热压等成型方式料制成复合材料制品。
本实施例所用的专用设备由纺绳1、固定及卷绕器2、牵引及输送器6、改性剂盛放器3、冷却及控制器5、切粒机组成8，改性剂盛放器3的底部设备加热及恒温器4。
本发明的应用实例2所用原料包括：剑麻纤维，改性剂→低分子量乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，热塑性树脂基原料→高密度聚乙烯树脂。其中改性剂与剑麻纤维的重量比为20∶100；制成的改性粒料与热塑性树脂的重量比为20∶80。制备方法和步骤同应用实例1。
本发明的应用实例3是所用原料包括：剑麻纤维，改性剂→低分子量聚乙内酰胺；热塑性树脂基原料→聚对苯二甲酸丁二酯树脂。其中改性剂与剑麻纤维的重量比为20∶100；制成的改性粒料与热塑性树脂的重量比为20∶80。制备方法和步骤同应用实例1。
本发明的应用实例4所用原料包括：剑麻纤维，改性剂→低分子量苯乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物；热塑性树脂基原料→高冲击性聚苯乙烯树脂。其中改性剂与剑麻纤维的重量比为20∶100；制成的改性粒料与热塑性树脂的重量比为20∶80。制备方法和步骤同应用实例1。
本发明的应用实例5是：用专用设备把剑麻纤维原料纺成直径为2mm的单股细绳，应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为5mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例1或实例2或实例3。
本发明的应用实例6是：用专用设备把剑麻纤维原料纺成直径为4mm的单股细绳，应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为7mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例1或实例2或实例3。
本发明的应用实例7是：用专用设备把剑麻纤维原料纺成直径为5mm的单股细绳，应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为8mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例1或实例2或实例3。
本发明的应用实例8是：用专用设备把剑麻纤维原料纺成直径为6mm的单股细绳，应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为7mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例1或实例2或实例3。
本发明的应用实例9是：应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为11mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例5或实例6或实例7或实例8。
本发明的应用实例10是：应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为12mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例1或实例6或实例2或实例3。
本发明的应用实例11是：应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为13mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例5或实例6或实例7或实例8。
本发明的应用实例12是：应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为15mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例5或实例6或实例7或实例8。
本发明的应用实例13是：应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为16mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例5或实例6或实例7或实例8。
本发明的应用实例14是：应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为18mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例5或实例6或实例7或实例8。
本发明的应用实例15是：应用实例1中第②步制成的改性粒料被切成长度为20mm的剑麻纤维改性粒料。其余同应用实例5或实例6或实例7或实例8。
Claims (2)
1.一种剑麻纤维改性粒料的制备方法，其特征是：首先准备好剑麻纤维原料细绳，让所述细绳通过熔融的改性剂，使改性剂渗入所述细绳的独立纤维丝之间的空隙并将细绳包裹起来，冷却后制成剑麻纤维改性粒料，具体步骤为：
①首先准备好直径为1～8mm的剑麻纤维单股细绳：用专用纺绳器把剑麻纤维原料纺成直径为1～8mm的单股细绳或购买现成直径为1～8mm的剑麻纤维单股细绳；
②将前述单股细绳通过熔融的低粘度改性剂，使改性剂渗入所述细绳的各独立纤维丝之间的空隙，所述细绳被所述低粘度改性剂包裹起来，冷却后成固化细绳，再切成长度为2～20mm的剑麻纤维改性粒料；
③将第②步得到的剑麻纤维改性粒料包装成产品入库或出售。
2.如权利要求1所述剑麻纤维改性粒料的制备方法，其特点是：整个制备过程由一套专用装置完成，所述专用装置由纺绳器(1)、固定及卷绕器(2)、牵引及输送器(6)、改性剂盛放器(3)、冷却及控制器(5)、切粒机(8)组成，改性剂盛放器(3)上设置加热及恒温器(4)组成。
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