本发明属于麻纤维复合材料的生产制备领域，涉及一种基于电缆包覆法的麻长纤增强热塑性复合材料及其制备方法。
背景技术：
：目前，纤维增强热塑性复合材料的造粒主要有两种工艺：(1)短纤维增强：直接将短切纤维加入密炼机或双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒；这个方法通过高速剪切力作用让纤维均匀有效地分散在基体树脂中，有效得到材料增韧的效果；(2)长纤维增强：基于国外拉挤工艺，将纤维与热塑性基体树脂混编成连续纤维，经拉挤工艺制成造粒。为了提高该工艺的可行性，减免纱线的混编工艺，通常采用玻璃纤维增强热塑性复合材料的熔融浸渍法，以连续长玻璃纤维为原料，经过熔融浸渍模头进行树脂浸渍，最后冷却造粒。近来，绿色环保和轻量化成为材料的主要发展趋势，而麻短纤维增强热塑性复合材料也随之在欧美和日本汽车材料行业里逐渐得到产业应用，但主要是以短纤维增强工艺为主，虽然材料的模量得到大幅度提高，但是没有达到增强效果，主要原因是在纤维和树脂的混合过程中，经过多次剪切之后，不仅损伤了纤维的机械性能，而且切短了纤维，使得其长度低于临界长度，无法达到增强效果。因此，采用熔融浸渍法来可以保证麻纤维长度大于临界长度，得到高强高模量的麻短纤维增强热塑性复合材料。在中国专利CN200710037542.6中，薛平等人发明了一种植物纤维浸渍装备及方法，将天然植物纤维束进入熔融浸渍模头里进行包裹和浸润，得到天然长纤增强热塑性复合材料预浸渍料，纤维没被剪短，并且在增强母粒中沿着母粒轴线平行有序的排列，提高纤维在材料的排列取向，有利于提高复合材料强度。在这种工艺中，麻纤维原料需要特别梳理成束，工艺复杂，成本较高，不利于连续化生产。而麻纤维束虽然通过外力被具有一定粘度的热塑性树脂充分浸润，但是由于长短不一的纤维搭接起来，使得纤维之间的抱合力较弱，导致麻纤维束强度有限，很可能会出现断条的现象，无法适应高速生产。因此，在兼顾通过提高纤维与纤维之间的抱合力而保证纱线强度以及树脂浸渍效果的前提下，需要开发一种适应于高速而连续化生产的麻长纤增强热塑性复合材料。技术实现要素：本发明的目的在于针对现有产品研发状况提出了一种基于电缆包覆法的麻长纤增强热塑性复合材料及其制备方法，改变麻纤维原料形态，适度给予麻纤维束一定的捻度，同时将多股细纱平行排列合并成一股引入熔融浸渍模头，既能制备出纤维均匀分散的复合材料，又能满足高速而连续化的生产要求。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于电缆包覆法的麻长纤增强热塑性复合材料，包括以下重量份计的原料：所述的麻纱为苎麻纱线、亚麻纱线、洋麻纱线和黄麻纱线的至少一种，纱线线密度为100-300tex。所述的热塑性树脂为聚丙烯和聚乙烯中的至少一种。所述的热塑性树脂熔融指数为30-50g/10min。所述的抗氧剂由任意比混合的主抗氧剂和辅抗氧剂组成，主抗氧剂为四季戊四醇酯；辅抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和硫代二丙酸二硬酯中的至少一种；所述的光稳剂选自水杨酸对辛基苯基酯、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯中的至少一种。所述的增韧剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。所述的的交联剂选自1,4-(双叔丁基过氧)二异丙苯。上述的一种基于电缆包覆法的麻长纤增强热塑性复合材料的制备方法，具体步骤：(1)使用双组份计量称取各原料；(2)制备改性热塑性树脂：在主进料口加入热塑性树树脂、抗氧剂、光稳剂和增韧剂等助剂，物料混合均匀后进入双螺杆挤出机；加工温度为100–230℃，主机转速是300-500rpm；(3)制备麻长纤增强热塑性复合材料：多股麻纱分别从纱管引出，进行烘干工艺，再平行排列合并为一股导入熔融浸渍模头，被熔融改性热塑性树脂包覆浸渍，加工温度为100–250℃，牵拉速度为10-30m/min，采用拉挤工艺制备长麻纤增强热塑性复合材料。所述的改性热塑性树脂从挤出机进入熔融浸渍模头，均匀包覆被牵引的多股麻纱，然后经水槽冷却、切粒机切粒制备成长度为5-10mm的长麻纤维增强热塑性母粒。本发明的积极效果是，本发明与现有技术相比，将原来由长短不一单纤维搭接起来的麻纤维束分成几束，赋予一定捻度，提高纤维之间的抱合力，满足拉挤工艺对纱线牵引力的要求，进而提高生产效率。同时，分束之后赋予捻度的麻纱平行并列再合为一股导入熔融浸渍模头，不仅不影响增强母粒的纤维重量比，而且尽可能减少通过加捻工艺对树脂浸渍效果产生的限制。具体实施方式本发明的目的是一种基于电缆包覆法的麻长纤增强热塑性复合材料及其制备方法。下面是实施例，通过它们可以进一步的理解本发明技术方案。但本发明并不局限如此，凡是本发明的等同或等效变换，均在本发明的保护范围内。实施例1-3以及对比例1所用原材料如下：聚丙烯树脂:熔融指数45，测试条件230℃*2.16kg；抗氧剂配方：硫代二丙酸十八酯︰四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯︰双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯＝2:6:1；光稳剂：水杨酸对辛基苯基酯；交联剂：1,4-(双叔丁基过氧)二异丙苯；马来酸酐接枝聚丙烯：工业级，市售；苎麻纱线1：200tex；亚麻纱线2：200tex；剑麻纱线3：200tex。产品性能测试方法：拉伸性能：依照ASTMD638来测试；弯曲性能：依照ASTMD790来测试；缺口悬臂梁冲击性能：依照ASTMD256来测试。实施例1按比例将聚丙烯100重量份、抗氧剂1.35重量份、光稳剂0.9重量份、增韧剂3重量份和交联剂0.1重量份从主进料口加料，在长径比为45:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，加工温度(从喂料口到模头)分别是150℃，190℃，200℃，220℃，230℃,230℃,230℃和235℃，主机转速是350rpm。6股苎麻纱线1分别从纱管引出，进行烘干工艺，再平行排列合并为一股导入熔融浸渍模头，被熔融改性聚丙烯树脂包覆浸渍，加工温度为230℃，牵拉速度为20m/min，采用拉挤工艺制备长苎麻纤维增强粒料，纤维重量含量约为30％。采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。实施例2按比例将聚丙烯100重量份、抗氧剂1.35重量份、光稳剂0.9重量份、增韧剂3重量份和交联剂0.1重量份从主进料口加料，在长径比为45:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，加工温度(从喂料口到模头)分别是150℃，190℃，200℃，220℃，230℃,230℃,230℃和235℃，主机转速是350rpm。6股亚麻纱线1分别从纱管引出，进行烘干工艺，再平行排列合并为一股导入熔融浸渍模头，被熔融改性聚丙烯树脂包覆浸渍，加工温度为230℃，牵拉速度为20m/min，采用拉挤工艺制备长亚麻纤维增强粒料，纤维重量含量约为30％。采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。实施例3按比例将聚丙烯100重量份、抗氧剂1.35重量份、光稳剂0.9重量份，增韧剂3重量份和交联剂0.1重量份从主进料口加料，在长径比为45:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，加工温度(从喂料口到模头)分别是150℃，190℃，200℃，220℃，230℃,230℃,230℃和235℃，主机转速是350rpm。6股剑麻纱线1分别从纱管引出，进行烘干工艺，再平行排列合并为一股导入熔融浸渍模头，被熔融改性聚丙烯树脂包覆浸渍，加工温度为230℃，牵拉速度为20m/min，采用拉挤工艺制备长剑麻纤维增强粒料，纤维重量含量约为30％。采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。对比例1按比例将烘干的黄麻纤维30重量份、聚丙烯100重量份、抗氧剂1.35重量份、光稳剂0.9重量份和增韧剂3重量份，分批加入到密炼机混炼室内进行加工，最后挤出造粒，加工温度是230℃。采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。表1：性能测试结果实施例1实施例2实施例3对比例1拉伸强度(MPa)56.18±0.9752.98±0.7958.78±1.2745.82±0.28拉伸弹性模量(MPa)6210±2136710±1135910±3104075±101弯曲强度(MPa)67.05±0.6559.95±0.3563.15±0.9555.2±1.25弯曲模量(MPa)2943±2383143±2683618±1983158±308缺口冲击强度(kJ/m2)2.68±0.432.37±0.512.88±0.532.98±0.53由上表可见，基于电缆包覆法的麻长纤增强热塑性复合材料拉伸、弯曲和冲击性能分别要高于密炼方法制备而成的，主要原因是电缆包覆法不会像密炼法在纤维和树脂均匀混合的过程中损伤纤维力学性能，大幅度减少长度，从而有效地提高复合材料力学性能。由此可见，电缆包覆法更适应于高速而连续化生产的麻长纤增强热塑性复合材料。当前第1页1 2 3