本发明涉及聚合物改性和加工领域，具体地涉及一种预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸板材及其制备方法。
背景技术：
汽车顶棚一般由聚氨酯(pu)硬泡板、聚苯乙烯(ps)发泡板及麻纤维等材料制备，这些材料不仅无法生物降解，严重污染环境，而且释放出大量挥发性有机化合物对人的身体造成不同程度的损坏。
单纯依靠吸附vocs的材料，如活性炭、竹炭等，作为有害气体吸附剂，并添加到板材中，但是吸附能力弱，不能完全杜绝vocs气体的排放。所以要求材料本身不释放有害气体，并且可以生物降解，来满足人们日益提高的环保要求。聚乳酸来源于自然界的植物，价格与常规塑料一致，并且可以生物降解，是目前主要发展的材料，但是热稳定和韧性差。如果添加增韧剂，又会降低强度，影响应用。目前专利，大部分是植物纤维、碳纤维等增强材料填充，虽提高聚乳酸的强度，但是加工性不好，不能实现加工工艺的多样化。
技术实现要素：
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸板材及其制备方法，用于解决聚乳酸在增韧时，强度不高的问题。
为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸板材，包括重量份的组份：聚乳酸70份，预交联聚乳酸纤维15份，碳酸钙5份，聚乙烯醇5份，亚磷酸三[2,4-二叔丁基苯基]酯5份。
进一步地，聚乳酸至少包括左旋聚乳酸、右旋聚乳酸、外消旋聚乳酸中的一种。
在第二方面，本发明提供了一种预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸板材的制备方法，包括步骤：(1)将聚乳酸纤维进行辐照交联后，切短，得到预交联聚乳酸纤维；(2)将步骤(1)中预交联聚乳酸纤维干燥后，按配比与聚乳酸，碳酸钙以及亚磷酸三[2,4-二叔丁基苯基]酯混合均匀后，挤出造粒，得到混合粒料，挤出机各区温度：一区120-130℃，二区140-150℃，三区165-175℃，四区180-200℃；(3)将步骤(2)中的混合粒料，加入到单螺杆挤出机中，挤出压延成型，得到预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸复合板材，单螺杆挤出机各区温度：一区130-140℃，二区160-170℃，三区185-195℃，四区200-220℃。
进一步地，步骤(1)所述的聚乳酸纤维通过以下步骤制备：(a)按配比在聚乳酸中添加交联剂和引发剂，比例为100:5-8:1-3，混合均匀后造粒，得到预混合粒料；(b)将步骤(a)中所述预混合粒料加入熔体纺丝的单螺杆挤出机中，熔融挤出成丝，冷却收卷，得到聚乳酸纤维，单螺杆挤出机各区温度：一区130-140℃，二区160-170℃，三区180-190℃，四区200-220℃；纺丝箱体温度：210-215℃。
进一步地，步骤(1)所述的预交联聚乳酸纤维，长度范围为3-10mm，直径为0.1～0.3mm。
进一步地，步骤(1)所述的辐照，至少包括电子束辐照、伽马射线辐照中的一种。
进一步地，步骤(1)所述的辐照，辐照剂量为10-20kgy。
进一步地，所述交联剂为三丙烯基异氰脲酸酯，引发剂为过氧化二异丙苯。
进一步地，所述聚乳酸至少包括左旋聚乳酸，右旋聚乳酸，外消旋聚乳酸中的一种。
进一步地，挤出造粒采用双螺杆挤出机。
本发明的有益效果如下：
聚乳酸纤维预交联后，分子量增大，强度变高，热熔化温度提高，作为增强材料增强聚乳酸，不存在增强材料界面结合力不好的问题；在热混合及加工过程中，在一定的温度范围内，预交联聚乳酸纤维会保持自身形状，形成类似“海岛”结构的预交联区，并与聚乳酸基体互相浸润，进一步增大界面结合力，大大提高聚乳酸复合材料的强度。预交联聚乳酸纤维与聚乳酸相容性好，在不提高加工助剂的前提下，不影响加工，可用于各种成型工艺，如吹塑、注射等。
具体实施方式
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供了一种预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸板材，包括重量份的组份：聚乳酸70份，预交联聚乳酸纤维15份，碳酸钙5份，聚乙烯醇5份，亚磷酸三[2,4-二叔丁基苯基]酯5份。聚乳酸至少包括左旋聚乳酸、右旋聚乳酸、外消旋聚乳酸中的一种。
本发明提供了一种预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸板材的制备方法，包括步骤：(1)将聚乳酸纤维进行辐照交联后，切短，得到预交联聚乳酸纤维；(2)将步骤(1)中预交联聚乳酸纤维干燥后，按配比与聚乳酸，碳酸钙以及亚磷酸三[2,4-二叔丁基苯基]酯混合均匀后，挤出造粒，得到混合粒料，挤出机各区温度：一区120-130℃，二区140-150℃，三区165-175℃，四区180-200℃；(3)将步骤(2)中的混合粒料，加入到单螺杆挤出机中，挤出压延成型，得到预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸复合板材，单螺杆挤出机各区温度：一区130-140℃，二区160-170℃，三区185-195℃，四区200-220℃。
步骤(1)所述的聚乳酸纤维通过以下步骤制备：(a)按配比在聚乳酸中添加交联剂和引发剂，比例为100:5-8:1-3，混合均匀后造粒，得到预混合粒料；(b)将步骤(a)中所述预混合粒料加入熔体纺丝的单螺杆挤出机中，熔融挤出成丝，冷却收卷，得到聚乳酸纤维，单螺杆挤出机各区温度：一区130-140℃，二区160-170℃，三区180-190℃，四区200-220℃；纺丝箱体温度：210-215℃。
步骤(1)所述的预交联聚乳酸纤维，长度范围为3-10mm，直径为0.1～0.3mm。
步骤(1)所述的辐照，至少包括电子束辐照、伽马射线辐照中的一种。
步骤(1)所述的辐照，辐照剂量为10-20kgy。
所述交联剂为三丙烯基异氰脲酸酯，引发剂为过氧化二异丙苯。
所述聚乳酸至少包括左旋聚乳酸，右旋聚乳酸，外消旋聚乳酸中的一种。
挤出造粒采用双螺杆挤出机。
本发明的有益效果如下：
聚乳酸纤维预交联后，分子量增大，强度变高，热熔化温度提高，作为增强材料增强聚乳酸，不存在增强材料界面结合力不好的问题；在热混合及加工过程中，在一定的温度范围内，预交联聚乳酸纤维会保持自身形状，形成类似“海岛”结构的预交联区，并与聚乳酸基体互相浸润，进一步增大界面结合力，大大提高聚乳酸复合材料的强度。预交联聚乳酸纤维与聚乳酸相容性好，在不提高加工助剂的前提下，不影响加工，可用于各种成型工艺，如吹塑、注射等。
以下，结合具体实施例对本发明的一种预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸板材及其制备方法做具体说明。
所用主要原材料说明：
左旋聚乳酸，型号plla-05，深圳市博立生物材料有限公司；
右旋聚乳酸，型号pdla-05，深圳市博立生物材料有限公司；
外消旋聚乳酸，型号pdlla-05，深圳市博立生物材料有限公司；
碳酸钙，1250目，北京利国伟业超细粉体有限公司；
聚乙烯醇，2699(100-70)，上海凯杜实业发展有限公司；
亚磷酸三[2,4-二叔丁基苯基]酯(抗氧剂168)，淄博齐翔石油化工集团有限公司。
实施例1
按配比在左旋聚乳酸中添加三丙烯基异氰脲酸酯和过氧化二异丙苯，比例为100:7:2，在高速混合机中，温度120℃，转速1500转/分钟，混合均匀后，加入双螺杆挤出机，挤出造粒，双螺杆挤出机各区温度：一区125℃，二区155℃，三区185℃，四区175℃造粒，得到预混合粒料；将所述预混合粒料加入熔体纺丝的单螺杆挤出机中，熔融挤出成丝，冷却收卷，得到聚乳酸纤维，单螺杆挤出机各区温度：一区135℃，二区165℃，三区185℃，四区210℃；纺丝箱体温度：212℃。
将聚乳酸纤维进行电子辐照交联后，辐照剂量15kgy，机械切短，得到长度3mm，直径0.1mm的预交联聚乳酸纤维；将预交联聚乳酸纤维在温度120℃，真空干燥3小时后，与左旋聚乳酸，碳酸钙，聚乙烯醇以及亚磷酸三[2,4-二叔丁基苯基]酯在高速混合机中以转速1000转/分钟，温度100℃，搅拌均匀，重量配比为15:70:5:5:5，然后挤出造粒，得到混合粒料，挤出机各区温度：一区125℃，二区145℃，三区170℃，四区190℃；
将混合粒料，加入到单螺杆挤出机中，挤出压延成型，得到预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸复合板材，单螺杆挤出机各区温度：一区135℃，二区165℃，三区190℃，四区210℃。
实施例2
按配比在右旋聚乳酸中添加三丙烯基异氰脲酸酯和过氧化二异丙苯，比例为100:5:1，在高速混合机中，温度120℃，转速1500转/分钟，混合均匀后，加入双螺杆挤出机，挤出造粒，双螺杆挤出机各区温度：一区120℃，二区150℃，三区180℃，四区170℃造粒，得到预混合粒料；将所述预混合粒料加入熔体纺丝的单螺杆挤出机中，熔融挤出成丝，冷却收卷，得到聚乳酸纤维，单螺杆挤出机各区温度：一区130℃，二区160℃，三区180℃，四区200℃；纺丝箱体温度：210℃。
将聚乳酸纤维进行电子辐照交联后，辐照剂量10kgy，机械切短，得到长度3mm，直径0.1mm的预交联聚乳酸纤维；将预交联聚乳酸纤维在温度120℃，真空干燥3小时后，与右旋聚乳，碳酸钙，聚乙烯醇以及亚磷酸三[2,4-二叔丁基苯基]酯在高速混合机中以转速1000转/分钟，温度100℃，搅拌均匀，重量配比为15:70:5:5:5，然后挤出造粒，得到混合粒料，挤出机各区温度：一区120℃，二区140℃，三区165℃，四区180℃；
将混合粒料，加入到单螺杆挤出机中，挤出压延成型，得到预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸复合板材，单螺杆挤出机各区温度：一区130℃，二区160℃，三区185℃，四区200℃。
实施例3
按配比在外消旋聚乳酸中添加三丙烯基异氰脲酸酯和过氧化二异丙苯，比例为100:8:3，在高速混合机中，温度120℃，转速1500转/分钟，混合均匀后，加入双螺杆挤出机，挤出造粒，双螺杆挤出机各区温度：一区130℃，二区160℃，三区190℃，四区180℃造粒，得到预混合粒料；将所述预混合粒料加入熔体纺丝的单螺杆挤出机中，熔融挤出成丝，冷却收卷，得到聚乳酸纤维，单螺杆挤出机各区温度：一区140℃，二区170℃，三区190℃，四区220℃；纺丝箱体温度：215℃。
将聚乳酸纤维进行电子辐照交联后，辐照剂量20kgy，机械切短，得到长度3mm，直径0.1mm的预交联聚乳酸纤维；将预交联聚乳酸纤维在温度120℃，真空干燥3小时后，与外消旋聚乳酸，碳酸钙，聚乙烯醇以及亚磷酸三[2,4-二叔丁基苯基]酯在高速混合机中以转速1000转/分钟，温度100℃，搅拌均匀，重量配比为15:70:5:5:5，然后挤出造粒，得到混合粒料，挤出机各区温度：一区130℃，二区150℃，三区175℃，四区200℃；
将混合粒料，加入到单螺杆挤出机中，挤出压延成型，得到预交联聚乳酸纤维增强的聚乳酸复合板材，单螺杆挤出机各区温度：一区140℃，二区170℃，三区195℃，四区220℃。
实施例4
除将聚乳酸纤维进行γ射线辐照外，其他与实施例1相同。
对比例1
除不添加预交联聚乳酸纤维外，其他与实施例1相同。
性能测试
各实施例及对比例所得样品的性能对比，检测标准参照《塑料弯曲性能试验方法》(gb/t9341-2000)，《塑料拉伸性能试验方法》(gb/t1040-92)《硬质塑料简支梁冲击试验方法》(gb/t1043-92)以及《热塑性塑料维卡软化温度(vst)的测定》(gb/t1633-2000)。测试结果见表1。
表1性能对比表
通过以上实施例可以看出相对于对比例，添加预交联聚乳酸纤维的聚乳酸板材，相对于对比例有着更好的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度及热变形温度，可广泛应用于汽车内饰材料。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。