本发明涉及刚性复合材料
技术领域：
，尤其涉及高刚性PLA/PPO/PS复合材料及其制备方法。
背景技术：
：聚乳酸(简称PLA)是一种生物降解高分子材料，属于脂肪族聚酯。聚乳酸是由淀粉发酵产物乳酸缩聚而制得的高分子化合物。聚乳酸是惟一一种可以熔融加工的以天然材料为基础的聚合物，具有良好的力学性质、热塑性及成纤性，耐油、气味阻隔方面也较好。但不可否认，纯聚乳酸材料也具有明显的缺点：刚度较低，对其应用领域的拓展影响较大。目前工业界主要使用无机或有机天然纤维对聚乳酸进行增强改性。（1）碳纤维（中国发明专利CN104774437A）或玻璃纤维（中国发明专利CN103467943A）增强，碳纤维或玻璃纤维的加入虽然能够提高聚乳酸的刚性，但由于此两类纤维均为无机物，与有机物聚乳酸间相容性很差，导致复合材料的韧性较差。同时碳纤维单价很高，导致复合材料的成本过高，限制其应用范围；（2）有机天然纤维增强，如中国发明专利CN103467945A中所公开的，洋麻纤维的加入可以增强聚乳酸的刚性，但却使材料的加工难度明显增大。技术实现要素：目前工业界普遍采用碳纤维、玻璃纤维或有机天然纤维对聚乳酸进行增强改性，提高其刚性。但碳纤维、玻璃纤维与高分子材料间元素组成差距较大，相容性很差。虽然这两类纤维的加入能显著提高聚乳酸的刚性，但复合材料明显发脆，影响其使用。以麻纤维为例的有机天然纤维，虽然也属于高分子材料，与聚乳酸间具有一定的相容性，但由于此类纤维无热塑性，同时长径比较大，其加入会严重降低复合材料的熔体流动性，导致加工困难。本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种高刚性PLA/PPO/PS复合材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。一种高刚性PLA/PPO/PS复合材料，包括如下重量份数的组分：聚乳酸（PLA）25－40；聚苯醚（PPO）20－60；聚苯乙烯（PS）10－40；相容剂4－10；抗氧剂0.3－1。进一步优化的，所述的聚乳酸（PLA）在试验温度为230℃、标称负荷为2.16Kg下的熔体流动速率为10-15g/10min。进一步优化的，所述的聚苯醚（PPO）的特性粘度35.5dL/g≤IV≤49.0dL/g，铜含量低于3ppm。进一步优化的，所述的聚苯乙烯为均聚型，断裂伸长率≤2%。进一步优化的，所述的相容剂为间规聚苯乙烯接枝恶唑啉、间规聚苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两者的混合物。进一步优化的，所述的抗氧剂为2,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]或N,N’-1,6-亚己基-二-［3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺］中的一种或两者的混合物。所述一种高刚性PLA/PPO/PS复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按所述重量份数称取原料，然后投入到混合器中干混；（2）将步骤（1）混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒得到所述复合材料。进一步优化的，步骤（1）所述干混时间为3～6min，主轴转速为300~750r/min。进一步优化的，步骤（2）所述双螺杆挤出机一区温度为100-110℃，二区温度为160-220℃，三区温度为160-220℃，四区温度为170-210℃，机头温度为170-210℃，原料在挤出机中停留时间为3～4min，压力为8-11MPa。本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：本专利中采用高刚性聚合物对聚乳酸进行增强改性，不仅能明显提高其刚性，而且由于高刚性聚合物本身受热可熔融，所以不会对复合材料的熔体流动性和加工工艺产生不利影响。具体实施方式为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。本实施方式中的一种高刚性PLA/PPO/PS复合材料及其制备方法：a：按重量配比称取各种原料；b：将称好的原料投入到SHR系列高速混合器中干混3～6min，主轴转速300～750转/分钟；c：将b中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度为100-110℃，二区温度为160-220℃，三区温度为160-220℃，四区温度为170-210℃，机头温度为170-210℃，原料在挤出机中停留时间3～4min，压力为8-11MPa。实施例中各原料的特性参数如表1所示：表1实施例中各原料的特性参数实施例1实施例2实施例3实施例4聚乳酸PLA的熔体流动速率（试验温度230℃、标称负荷2.16Kg）（g/10min）1512.51010聚苯醚PPO的特性粘度（dL/g）49494035.5聚苯乙烯PS的断裂伸长率（﹪）2112实施例1按重量份数称取聚乳酸PLA30份，聚苯醚PPO40份，聚苯乙烯PS19.7份，间规聚苯乙烯接枝恶唑啉10份，抗氧剂2,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]0.3份；将称好的原料投入到SHR系列高速混合器SHR-300A中干混3min，主轴转速750转/分钟；再将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的加料斗中，经熔融挤出、造粒成复合材料；其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区：100℃；二区：200℃；三区：210℃；四区：205℃；机头：205℃；物料在挤出机中停留时间3min，压力为10MPa。实施例2按重量份数称取聚乳酸PLA25份，聚苯醚PPO60份，聚苯乙烯PS10份，间规聚苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯4份，抗氧剂N,N’-1,6-亚己基-二-［3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺］1份；将称好的原料投入到SHR系列高速混合器SHR-300A中干混6min，主轴转速300转/分钟；再将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的加料斗中，经熔融挤出、造粒成复合材料；其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区：110℃；二区：160℃；三区：220℃；四区：210℃；机头：210℃；物料在挤出机中停留时间4min，压力为8MPa。实施例3按重量份数称取聚乳酸PLA40份，聚苯醚PPO20份，聚苯乙烯PS33.5份，间规聚苯乙烯接枝恶唑啉6份，抗氧剂N,N’-1,6-亚己基-二-［3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺］0.5份；将称好的原材料投入到SHR系列高速混合器SHR-300A中干混5min，主轴转速500转/分钟；再将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的加料斗中，经熔融挤出、造粒成复合材料；其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区：105℃；二区：160℃；三区：160℃；四区：170℃；机头：170℃；物料在挤出机中停留时间3.5min，压力为11MPa。实施例4按重量份数称取聚乳酸PLA29.3份，聚苯醚PPO25份，聚苯乙烯PS40份，间规聚苯乙烯接枝恶唑啉5份，抗氧剂2,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]0.7份；将称好的原料投入到SHR系列高速混合器SHR-300A中干混4min，主轴转速750转/分钟；再将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的加料斗中，经熔融挤出、造粒成复合材料；其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区：100℃；二区：220℃；三区：220℃；四区：205℃；机头：205℃；物料在挤出机中停留时间4min，压力为9MPa。对比例1按重量份数称取聚乳酸PLA25份，聚丙烯接枝马来酸酐4份，抗氧剂2,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]1份；将称好的原料投入到SHR系列高速混合器SHR-300A中干混5min，主轴转速750转/分钟；再将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的加料斗中，用强制喂料机将罗布麻纤维加入挤出机中，控制纤维重量份数为70份，经熔融挤出、造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区：100℃；二区：190℃；三区：200℃；四区：200℃；机头：205℃；物料在挤出机中停留时间4min，压力为11MPa。对比例2按重量份数称取聚乳酸PLA40份，聚丙烯接枝马来酸酐6份，抗氧剂2,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]0.5份；将称好的原材料投入到SHR系列高速混合器SHR-300A中干混5min，主轴转速750转/分钟；再将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的加料斗中，用强制喂料机将罗布麻纤维加入挤出机中，控制纤维重量份数为53.5份，经熔融挤出、造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区：100℃；二区：190℃；三区：200℃；四区：200℃；机头：205℃；物料在挤出机中停留时间3min，压力为10MPa。性能测试：拉伸强度按GB/T1040标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸（mm）：170（长）×（20±0.2）（端部宽度）×(4±0.2)（厚度），拉伸速度为50mm/min；弯曲强度和弯曲模量按GB/T9341标准进行检验。试样类型为试样尺寸（mm）：（80±2）×（10±0.2）×(4±0.2)，弯曲速度为20mm/min；缺口冲击强度按GB/T1043标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸（mm）：（80±2）×（10±0.2）×(4±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为3.2mm。熔融指数按GB/T3682标准进行检测。出料口直径2.095毫米，测试温度230℃，试验负荷2.16kg。实施例1~4的配方及制得的复合材料性能见表2：表2实施例1实施例2实施例3实施例4聚乳酸PLA30254029.3聚苯醚PPO40602025聚苯乙烯PS19.71033.540间规聚苯乙烯接枝恶唑啉1065间规聚苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯42,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]0.30.7N,N’-1,6-亚己基-二-［3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺］10.5拉伸强度（MPa）74816970.5弯曲强度（MPa）149167136141弯曲模量（GPa）6.307.145.716.05缺口冲击强度（KJ/m2）10.812.69.59.8熔融指数（g/10min）8.06.310.69.6对比例1~2的配方及制得的复合材料性能见表3：表3对比例1对比例2聚乳酸PLA2540罗布麻纤维7053.5聚丙烯接枝马来酸酐462,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]10.5拉伸强度（MPa）7061弯曲强度（MPa）134119弯曲模量（GPa）5.804.78缺口冲击强度（KJ/m2）7.75.7熔融指数（g/10min）4.65.4从表2和表3对比可以看出，本发明的PLA/PPO/PS复合材料体系是一种具有高刚性、高韧性、优异的熔体流动性的复合材料体系，各项性能均优于天然植物纤维增强聚乳酸复合材料。以上对本发明所提供的一种高刚性PLA/PPO/PS复合材料及其制备方法进行了详细介绍，本申请中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页1 2 3