本发明涉及一种玻纤增强复合材料，特别是涉及一种玻纤增强聚乳酸复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：本发明一种玻纤增强聚乳酸复合材料及其制备方法，属于玻纤增强生物降解高分子材料领域。按配比将原料进行混合，混合后的原料经过双螺杆挤出机充分熔融混合，送入玻纤增强熔体混合与纤维浸渍设备的浸渍系统熔体池中。玻纤在浸渍系统中被聚乳酸熔体充分浸渍，经过连续热处理系统消除内应力，根据不同需要，经过浸渍和热处理的连续玻纤增强聚乳酸材料直接收卷得到连续玻纤增强聚合物基复合材料，即得到玻纤增强聚合物基复合材料粒料。本发明生产方法相对简单，通用性好。目前，应用在汽车构件上的玻纤增强复合材料主要为玻纤增强环氧树脂复合材料，由于环氧树脂是一种热固性树脂，因此所制备的玻纤复合材料无法再生利用。为了解决回收再利用问题，制备以热塑性树脂为基体的玻纤复合材料成为了当前的热点之一，以热塑性树脂聚丙烯，聚酰胺为基体制备的热塑性玻纤复合材料已有报道。该类树脂制备的玻纤复合材料解决了回收再利用问题，然而其在产品生命周期终点不能完全降解，从而在环境中留存大量废弃物。聚乳酸是由天然植物如马铃薯，玉米等发酵后的乳酸经过聚合制得，其生物可降解性好，使用后的材料能被自然界中的微生物完全降解，终产物为二氧化碳和水，无任何环境负载。目前，也有一些研究利用聚乳酸作为基体制备玻纤增强复合材料。例如中国专利公开了一种短玻纤增强抗静电聚乳酸复合材料及其制备方法，该复合材料包括聚乳酸树脂56.5~86.5%，短玻纤10~40%，偶联剂0.5~1.5%，抗氧剂0.5~1%；上述材料经高速混合，熔融挤出造粒，切粒，即制得该复合材料。然而，该复合材料的拉伸强度仅为100mpa左右，力学性能有限。又如，中国专利公开了一种聚乳酸/玻纤复合材料加强制备方法。该复合材料包括50~95份聚乳酸，5~50份玻纤，0.05~1份抗氧剂和0.05~1份光稳定剂。该复合材料的冲击强度最高达88j/m，力学性能仍有待增强。技术实现要素：本发明提供一种玻纤增强聚乳酸复合材料及其制备方法和应用，用于解决现有技术中玻纤复合材料各项力学性能有限，制备效率低等技术缺陷。本发明提供一种玻纤增强聚乳酸复合材料，包括如下中重量份的组分：玻纤20~60份；聚乳酸40~80份；硅烷偶联剂1.5~5份；抗氧剂1~2份；润滑剂0.1~1份；光稳定剂0.1~0.5份特别是，本发明采用的聚乳酸的重均分子量为100000~600000，进一步为250000~500000。该特定分子量聚乳酸有利于提高与玻纤界面的结合强度，进而提高复合材料的力学性能。聚乳酸可以选自左旋聚乳酸，右旋聚乳酸和混旋聚乳酸中的一种或多种。本发明对所采用的硅烷偶联剂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂不作严格限制，例如硅烷偶联剂可以选自甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷，甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基氧基硅烷中的一种或多种。润滑剂可以为n，n，-乙撑双硬脂酰胺（润滑剂ebs）和/或硅酮；抗氧剂可以为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯（抗氧剂1010）和/或三[2，4二叔丁基苯基]亚磷酸脂（抗氧剂168）；光稳定剂可以为二-(n-甲基2，2，6，6-四甲基-4-吡啶基)癸二酯与甲基-(n-甲基2，2，6，6-四甲基-4-吡啶基癸二酯)的混合物（光稳定剂292），和/或双(2，2，6，6-四甲基-4-吡啶基)癸二酸酯。（光稳定剂770）进一步地，在在不影响本发明玻纤增强复合材料各项性能的前提下，本发明的玻纤增强聚乳酸复合材料还可以包括着色剂，抗静电剂，耐紫外老化剂等其它常规助剂；着色剂例如可以为色母粒，其可丰富制品的颜色，抗静电剂可提高制品的表面导电性，耐紫外老化剂可提高制品的紫外老化性能。这些助剂均可以本领域常规量进行添加。特别是本发明的玻纤增强聚乳酸复合材料，可以通过将所述重量份的聚乳酸、硅烷偶联剂、抗氧剂、润滑剂和光稳定剂熔融共混制成粘度为15pa·s~40pa·s的聚乳酸熔体后，与所述玻纤混合制成。本发明对所述聚乳酸熔体与玻纤的混合方式不限，例如可以将玻纤浸渍于聚乳酸熔体中实现两者的混合等。此外，在混合后还可以进行定型，冷却，切割等常规工艺。本发明还提供上述任一所述玻纤增强聚乳酸复合材料的制备方法，包括如下步骤：1）按照重量份将所述聚乳酸，硅烷偶联剂，抗氧剂，润滑剂和光稳定剂熔融共混，制成粘度为15pa·s~40pa·s的熔体；2）将所述玻纤浸渍于所述熔体中，并对浸渍后的玻纤进行定型，冷却，制得所述玻纤增强聚乳酸复合材料。在一实施方式中，可以采用双螺杆挤出机进行所述熔融共混，并且控制双螺杆挤出机各段温度为140~230℃，螺杆速度为30~100r/min。进一步地，双螺杆挤出机后的一段温度可设置为比前一段高5~30℃。实施方式中，双螺杆出机各段温度可依序设置为140~170℃，170~190℃，190~205℃，200~215℃，205~225℃，螺杆转速可设置为40~60r/min。进一步地，控制所述浸渍的浸渍量从而使浸渍后的复合材料具有上述重量份的组分，例如可以控制所述浸渍的时间为5~10min。此外，可以采用本领域常规的浸渍装置进行浸渍，特别是浸渍装置可设置2~6个浸渍辊，其可赋予玻纤一定的张力并传输玻纤，从而实现生产。此外，本发明玻纤增强聚乳酸复合材料的制备方法还可以对定型，冷却后的材料进行切割，从而制得粒径为4~6mm，长度为3~15mm的玻纤增强聚乳酸复合材料粒子。本发明还提供上述任一所述玻纤增强聚乳酸复合材料的应用，其中对所述玻纤增强聚乳酸复合材料进行定型。本发明对该玻纤增强聚乳酸复合材料的应用范围不作严格限制，例如可以应用于汽车构件等。本发明还提供一种汽车构件，将上述任一所述玻纤增强聚乳酸复合材料模压成型或注塑成型而得到。汽车构件可以是汽车构件中采用铝制或钢制的部件，例如支架，安装板等。在一实施方式中，可以控制所述模压成型时模具的温度为170~210℃，保压压力为15~60mpa，保压时间为1~10s，冷却定型时间为30~120s。在另一实施方式中，可以控制所述注塑成型时熔体温度为160~230℃，模具的温度为80~120℃，保压压力为170~150mpa，保压时间为1~5s，冷却定型时间为30~120s。此外，可分段进行保压，例如可先在100~150mpa下保压1~5s，随后在70~100mpa下保压5~10s。本发明的实施，至少具有以下优势：1．本发明的制备方法操作简单，易于实现连续化生产；通过该制备方法制得的玻纤增强聚乳酸复合材料可生物降解，无任何环境负载，特别是其重量轻，各项力学性能优异，例如拉伸强度可达230mpa以上，弯曲模量可达13000mpa以上，此外热变形温度可为141℃以上，热稳定性能良好，具有广泛的应用前景；2．本发明的玻纤增强聚乳酸复合材料可替代传统金属材料而作为汽车构件材料，其成型方法简单，成型的汽车构件不仅质量轻，无充模不良及浮纤等外观缺陷，外观质量良好，并且耐高温，结构尺寸稳定，汽车构件的使用性能优异。具体实施方式为使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术发难进行清楚完整的地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1本实施例的玻纤增强聚乳酸复合材料，由如下重量份的组分组成；玻纤40份，重均分子量为250000的右旋聚乳酸60份，苯基三甲氧基硅烷3份，抗氧剂10121.5份，润滑剂ebs0.5份，光稳定剂2900.5份。该玻纤增强聚乳酸复合材料可以采用如下方法进行制备；1．制备聚乳酸熔体将重均分子量为250000的右旋聚乳酸60重量份，苯基三甲氧基硅烷3份，抗氧剂10121.5重量份，润滑剂ebs0.5重量份，光稳定剂2900.5重量份混合后，经喂料装置送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的各段温度分别设定为140℃，170℃，190℃，200℃，205℃，螺杆转速60r/min，原料在双螺杆挤出机中熔融共混后，形成粘度为24pa·s左右的聚乳酸熔体；2．制备玻纤增强聚乳酸复合材料将上述制备的玻纤由导向柱导入充满上述制备的聚乳酸熔体的浸渍装置中，浸渍装置中浸渍辊个数设置为5个，玻纤依序5个浸渍辊传输，并在浸渍装置中浸渍10min后，过定型口模，经冷却装置冷却过牵引装置至切割机，制得粒径5mm，长度12mm的玻纤增强聚乳酸复合材料粒子，表面光滑无浮纤，并且具有和上述份的组分；此外，对该玻纤增强聚乳酸复合材料粒子的各项性能进行检测。结果见表1实施例2本实施例的玻纤增强聚乳酸复合材料，由如下重量份的组分组成；玻纤20份，重均分子量为500000的混旋聚乳酸80份，γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷4份，抗氧剂1652份，润滑剂ebs0.8份，光稳定剂7730.5份；该玻纤增强聚乳酸复合材料可以采用如下方法进行制备；1．制备聚乳酸熔体将重均分子量为500000的混旋聚乳酸80重量份，抗氧剂1652份，润滑剂ebs0.8份，γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷4份，光稳定剂7730.5混合后，送入双螺杆挤出机熔融共混，其中双螺杆挤出机各段温度分别设定为：170℃，190℃，205℃，215℃，225℃，螺杆转速，40r/min，形成粘度为32pa·s左右的聚乳酸熔体；2．制备玻纤增强聚乳酸复合材料将上述制备的玻纤置于充满上述制备的聚乳酸熔体的浸渍装置中，浸渍装置有浸渍辊9个，玻纤依序经各浸渍辊传输，并在浸渍装置中浸渍10min后，过定型口模，经冷却装置冷却，切割制得粒径为6mm，长度12mm的玻纤增强聚乳酸复合材料粒子，表面光滑无浮纤，其各项性能进行检测。结果见表1实施例3本实施例的玻纤增强聚乳酸复合材料，由如下重量份的组分组成；玻纤60份，重均分子量为600000的右旋聚乳酸40份，乙烯基三甲氧基硅烷1.5份，抗氧剂1700.5份，硅酮粉0.1份，光稳定剂2900.1份。该玻纤增强聚乳酸复合材料可以采用如下方法进行制备；1．制备聚乳酸熔体将重均分子量为600000的右旋聚乳酸40重量份，抗氧剂1680.5份，乙烯基三甲氧基硅烷1.5份，抗氧剂1700.5份，硅酮粉0.1份，光稳定剂2900.1份混合后，送入双螺杆挤出机熔融共混，其中双螺杆挤出机各段温度分别设定为，155℃，175℃，200℃，210℃，215℃，螺杆转速，50r/min，形成粘度为37pa·s左右的聚乳酸熔体；2．制备玻纤增强聚乳酸复合材料将上述制备的玻纤置于充满上述制备的聚乳酸熔体的浸渍装置中，浸渍装置有浸渍辊3个，玻纤依序经各浸渍辊传输，并在浸渍装置中浸渍8min后，过定型口模，经冷却装置冷却，切割制得粒径为4mm，长度8mm的玻纤增强聚乳酸材料复合粒子，表面光滑无浮纤，其各项性能进行检测。结果见表1实施例4将实施例1制得的玻纤增强聚乳酸复合材料粒子装入注塑机料筒，将单螺杆挤出机各段温度分别设定为，150℃，170℃，190℃，200℃，215℃，模具温度设定为90℃，在130mpa下保压1s，再在85mpa下保压6s，冷却定型90s，制得汽车组合灯安装板，其无充模不良及浮纤等外观缺陷，外观质量良好。将制备的汽车组合灯安装板组合至汽车，并使用，结果表明，该汽车组合灯安装板不仅耐高温，并且结构尺寸稳定，各项使用性能优异。实施例5将实施例2制得的玻纤增强聚乳酸复合材料粒子装入模压机型腔，将模具温度分别设定为180℃，在40mpa下保压5s，冷却定型60s，制得汽车悬架支架，其无充模不良及浮纤等外观缺陷，外观质量良好。将制备的汽车悬架支架组合至汽车，并使用，结果表明，该汽车悬架支架不仅耐高温，并且结构尺寸稳定，各项使用性能优异。实施例6将实施例3制得的玻纤增强聚乳酸复合材料粒子装入注塑机料筒，将单螺杆挤出机各段温度分别设定为，170℃，185℃，195℃，205℃，215℃，模具温度设定为90℃，在110mpa下保压5s，再在70mpa下保压10s，冷却定型120s，制得汽车底盘固定支架，其无充模不良及浮纤等外观缺陷，外观质量良好。将制备的汽车底盘固定支架组合至汽车，并使用，结果表明，该汽车底盘固定支架不仅耐高温，并且结构尺寸稳定，各项使用性能优异。表1各复合材料的性能检测结果复合材料拉伸强度（mpa）弯曲模量（mpa）冲击强度（j/m）热变形温度（℃）实施例124516523486141实施例223613081367145实施例323813791431152由表1可知；本发明各实施例制备的玻纤增强聚乳酸复合材料密度小，热变形温度高，并且各项力学性能优异。最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述个实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当了解。其尽管依然可以对前述个实施例所记载的技术方案继续拧修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12