本发明属于植物纤维改性聚丙烯技术领域，具体涉及一种高性能轻量化植物纤维/PP复合材料及其制备方法。
背景技术：
天然植物纤维复合材料是以天然植物纤维作增强材料，以树脂作基体的一种复合材料。传统的纤维增强复合材料是由聚丙烯纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维或碳纤维等化学纤维组成的，它们一般都存在着耗能大、造价高、易污染环境等问题。与化学纤维相比，各种天然植物纤维具有价廉、可回收、可降解、可再生等优点，并具有一般纤维的强度和刚度，且比重较小，比强度、比刚度均较高。以天然植物纤维为增强基的复合材料同样具有优良的性能，如价格较低，密度小、强度良好、热性能优良等。随着可持续发展这个主题的延伸，环境意识材料已成为新时期国际高技术新材料研究中的一个新领域，天然植物纤维在增强复合材料领域中扮演着越来越重要的角色，可广泛应用于汽车、建筑、日用品等领域，具有广泛的发展前景。
植物纤维增强复合材料具有轻量化、低能耗、低成本和高性能的优点，是目前工业发展趋势。现有植物纤维增强复合材料的技术，还没有极好的解决植物纤维与聚合物树脂间的相容性问题，与玻璃纤维、碳纤维，无机填料等传统的增强材料相比，天然植物纤维增强复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等力学性能达不到应用要求。
技术实现要素：
本发明要解决现有植物纤维与聚合物树脂间的相容性差问题，另外，天然植物纤维增强复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等力学性能达不到应用要求；而提供了一种植物纤维/PP复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，按重量份数计，本发明的植物纤维/PP复合材料是由下述原料制成的：
聚丙烯树脂50～60份、经预处理的植物纤维20～30份、马来酸酐接枝聚丙烯5～8份、POE5～8份、经预处理的无机纳米粒子5～8份、抗氧剂0.6～1.2份、润滑剂0.5～1份、白油1～2份；
其中，经预处理的植物纤维是将150目～300目植物纤维碱处理后烘干再用偶联剂处理得到的，经预处理的无机纳米粒子是将无机纳米粒子用表面活性剂处理后烘干再用偶联剂处理得到的；
所述具体制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将聚丙烯树脂、马来酸酐接枝聚丙烯、POE、抗氧剂、润滑剂、白油混匀后加入经预处理的植物纤维和经预处理的无机纳米粒子，混匀；
步骤二、然后加入双螺杆挤出机，在温度165-180℃、转速240-280r/min、主喂料频率9-12HZ的工艺条件下造粒，及得到植物纤维/PP复合材料。
进一步地限定，所述植物纤维为竹粉、秸秆粉、稻壳粉、木粉中的一种或其中几种的任意比混合。所述植物纤维碱处理是用10％(质量)NaOH碱液进行处理，处理植物纤维用的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝锆偶联剂；偶联剂用量为植物纤维的1％-3％。
进一步地限定，所述无机纳米粒子为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米滑石粉中的一种或其中几种的任意比混合；所述表面活性剂为用十二烷基苯磺酸钠；无机纳米粒子用的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝锆偶联剂；偶联剂用量为无机纳米粒子的2％-5％。
进一步地限定，所述马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数大于40g/10min。
进一步地限定，所述润滑剂为硬质酸、硬质酸钙、聚乙烯蜡中的一种或其中几种的任意比混合。
本发明植物纤维/PP复合材料采用植物纤维改性聚丙烯，通过偶联剂对植物纤维及无机纳米粒子进行表面处理，提升植物纤维与无机纳米粒子的粘附效果及其与聚丙烯之间的相容性，极大的提升了材料的韧性、强度等，而且采用天然植物纤维作为原料，环保、价格低廉、密度低、来源广泛易得，能够使资源得到合理地开发与利用，具有显著的社会价值和经济价值。
本发明植物纤维/PP复合材料能够在双螺杆挤出机中一步完成，制备工艺简单且易于操作，适合大规模工业化生产。
本发明制备的植物纤维/PP复合材料具有相对密度小、耐冲击、强度高、耐热、流动性好、易于加工等优点，可应用于汽车轻量化材料达到节能减排的目的，降低环境污染。
具体实施方式
实施例1：本实施例对植物纤维进行预处理是将200目稻壳粉(植物纤维)用10％(质量)NaOH碱液碱处理后，在80℃烘干8h，加入高混机内，再加入偶联剂——硅烷偶联剂KH550(用量为植物纤维的2％)，以500r/min的速度高混4min，放置2h；
对无机纳米粒子进行预处理是将纳米滑石粉(无机纳米粒子)用表面活性剂——十二烷基苯磺酸钠处理后，在80℃烘干8h，加入高混机内，再加入偶联剂——硅烷偶联剂KH550(用量为无机纳米粒子的3％)，以500r/min的速度高混4min，放置2h；
所述的植物纤维/PP复合材料是按下述步骤制备的：
步骤一、按重量份数计，将55份聚丙烯树脂、5份马来酸酐接枝聚丙烯、5份POE、1份抗氧剂1010、0.8份硬脂酸钙、1.2份白油加入高混机，混匀后(以500r/min的速度，耗时3min)，再加入25份经预处理的植物纤维和5份经预处理的无机纳米粒子，以500r/min的速度，高混4min；
步骤二、然后加入双螺杆挤出机，在温度165℃、转速240r/min、主喂料频率9HZ的工艺条件下造粒，及得到植物纤维/PP复合材料。
实施例2：本实施例对植物纤维进行预处理是将300目竹粉(植物纤维)用10％(质量)NaOH碱液碱处理后，在80℃烘干8h，加入高混机内，再加入偶联剂——铝锆偶联剂TL-4(用量为植物纤维的2.5％)，以500r/min的速度高混4min，放置2h；
对无机纳米粒子进行预处理是将纳米碳酸钙(无机纳米粒子)用表面活性剂——十二烷基苯磺酸钠处理后，在80℃烘干8h，加入高混机内，再加入偶联剂——铝锆偶联剂TL-4(用量为无机纳米粒子的3％)，以500r/min的速度高混4min，放置2h；
所述的植物纤维/PP复合材料是按下述步骤制备的：
步骤一、按重量份数计，将60份聚丙烯树脂、6份马来酸酐接枝聚丙烯、3份POE、0.9份抗氧剂1010、1.0份润滑剂、1.6份白油加入高混机，混匀后(以500r/min的速度，耗时3min)，再加入20份经预处理的植物纤维和6份经预处理的无机纳米粒子，以500r/min的速度，高混4min；
所述润滑剂是由聚乙烯蜡和硬脂酸钙按6：4的质量比混合而成的；
步骤二、然后加入双螺杆挤出机，在温度170℃、转速260r/min、主喂料频率10HZ的工艺条件下造粒，及得到植物纤维/PP复合材料。
实施例3：本实施例对植物纤维进行预处理是将150目秸秆粉(植物纤维)用10％(质量)NaOH碱液碱处理后，在80℃烘干8h，加入高混机内，再加入偶联剂——钛酸酯偶联剂LK-201(用量为植物纤维的3％)，以500r/min的速度高混4min，放置2h；
对无机纳米粒子进行预处理是将纳米碳酸钙(无机纳米粒子)用表面活性剂——十二烷基苯磺酸钠处理后，在80℃烘干8h，加入高混机内，再加入偶联剂——钛酸酯偶联剂LK-201(用量为无机纳米粒子的4％)，以500r/min的速度速度高混4min，放置2h；
所述的植物纤维/PP复合材料是按下述步骤制备的：
步骤一、按重量份数计，将52份聚丙烯树脂、8份马来酸酐接枝聚丙烯、4份POE、0.9份抗氧剂1010、1.1份聚乙烯蜡、1.0份白油加入高混机，混匀后(以500r/min的速度，耗时3min)，再加入20份经预处理的植物纤维和6份经预处理的无机纳米粒子，以500r/min的速度，高混4min；
步骤二、然后加入双螺杆挤出机，在温度180℃、转速280r/min、主喂料频率12HZ的工艺条件下造粒，及得到植物纤维/PP复合材料。
对本实施例1-3中制得的植物纤维/PP复合材料进行检测，包括冲击强度、拉伸强度、弯曲强度在内的质量指标，检测结果如表1所示。
表1实施例1～3与传统植物纤维填充聚丙烯材料性能对比
实施例1～3中制得的植物纤维/PP复合材料冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度均优于传统植物纤维填充聚丙烯材料。
传统植物纤维填充聚丙烯的制备方法是：将未处理的植物纤维与聚丙烯基体直接混合，加入相容剂和润滑剂，然后通过挤出机进行熔融共混挤出并且造粒。