本发明涉及扣具技术领域，具体涉及一种竹塑扣具及其制备方法。
背景技术
扣具，在我们的日常生活中处处可见，例如平常使用的背包、相机包、手机包和mm贴身的bra，都有扣具的存在。
扣具常用材质有pp、pe、abs、ps、pvc和pa等等，各种材质有各自的优点。而pa66具良好的力学强度、耐磨性、滋润型、耐腐蚀性和成型加工性，作为扣具也具有相应的优势。
但是pa66降解周期较长，对生态环境的影响较大。为了降低聚合物占比便于降解以及对聚合物进行改性，一般在聚合物中混入各种无机物，例如碳酸钙、玻璃纤维等，而中国竹类资源丰富，竹材加工业发达，竹纤维具有较好的力学性质同时对人体刺激性低，竹塑复合扣具无疑可以成为新一代绿色环保的优质产品。
专利申请号200910097404.6的发明专利公开了一种竹塑母粒该竹塑母粒制备方法是先将改性竹纤维和载体树脂加入高速混合器内混合，然后加入混合助剂再高速搅拌，最后将上述搅拌的混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却、烘干、切粒。本发明具有得到的竹塑母粒强度大、分散性好等特点，适用于多种以树脂为基料的塑料制品，也适用于注塑、中空成型、挤出片材、管材的成型工艺。但是在实际操作中，竹纤维含量占比超过10％之后，即使采用偶联剂对竹纤维进行改性，pa66很难与竹纤维混合均匀，并且由于加入了竹纤维，也不符合阻燃性的要求。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种具有高强度、高力学强度、易降解和阻燃的竹塑扣具及其制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种竹塑扣具，由竹塑母粒注塑而成，所述竹塑母粒包括如下重量份数的原料：
其中，所述pa66在275℃/0.325kg条件下，熔融指数为24-40g/min。该参数的pa66有助于各原料的混合并且使竹塑扣具具有较好的力学性能。
其中，所述竹纤维的直径为100-500μm，长径比为1:10-30，该参数为竹纤维预处理前的参数，通过预处理后的竹纤维对pa66具有明显的改性作用。
其中，所述协效阻燃剂为氢氧化镁和/或氢氧化铝。该协效阻燃剂具有较好的抑烟效果和对竹塑母粒的增强效果，同时分解产生的结合水可以有助于双酚a-双(二苯基磷酸酯)形成酸源，促进竹纤维的炭化阻燃。
其中，所述酸酐改性的乙烯共聚物选购自杜邦的n493，对竹塑母粒的增韧性提升作用显著。
本发明还提供该竹塑扣具的制备方法：包括如下步骤：
(1)竹纤维的预处理：将竹纤维放入8wt％-12wt％的naoh溶液浸泡10-16h后取出，用清水反复洗涤至中性，接着烘干，再将竹纤维放入3-氨丙基三乙氧基硅烷含量为0.5wt％-1.5wt％的乙醇溶液中浸泡1-2h，每隔25-35min搅拌一次溶液，最后将竹纤维束取出并于90-110℃烘干；
(2)碳纤维的制备：取一定量的n,n-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，然后进行静电纺丝，得到聚丙烯腈纤维，将聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的碳纤维；
(3)挤出造粒：用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出并造粒，按上述的配方量将pa66、双酚a-双(二苯基磷酸酯)、协效阻燃剂、酸酐改性的乙烯共聚物、润滑剂、相容剂、抗氧剂612s、抗氧剂1076混合均匀后由主喂料口加入，碳纳米管、经过步骤(1)处理后的竹纤维和步骤(2)处理后的碳纤维，由侧喂料口加入，得到竹塑母粒；
(4)注塑成型：将所述竹塑母粒进行注塑成型，即得到所述的竹塑扣具。
其中，所述步骤(2)中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为10-20％，静电纺丝的纺丝电压为20-30kv，纺丝温度为20-30℃，预氧化温度为300-400℃，预氧化时间为1-3h；碳化温度为900-1100℃，碳化时间为2-4h。
其中，所述碳纤维的直径为100-200nm，长度为1.6-7.5μm。
其中，双螺杆挤出机的具体工艺参数为：一区温度为200-220℃，二区温度为220-235℃，三区温度为230-240℃，四区温度为235-245℃，五区温度为245-250℃，六区温度为245-250℃，七区温度为240-245℃，八区温度为230-240℃，九区温度为215-230℃，十区温度为210-220℃，螺杆转速为60-80r/min。
本发明的有益效果在于：
1、本发明引入了碳纤维、碳纳米管，可以降低竹纤维的用量比重，利于各组分的均匀混合，提高竹塑扣具的强度；
2、本发明选用磷系阻燃剂双酚a-双(二苯基磷酸酯)可以在高温条件下生成磷酸，使竹纤维脱水炭化，起到阻隔空气的作用，从而大大改善竹塑扣具的阻燃性；
3、本发明通过各原料的合理复配，得到的材料力学性能优异，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模数、缺口冲击强度最高可达92mpa、101mpa、2870mpa、9kj/m2，阻燃级别可达v0级。
本发明的另一有益效果：
1、采用naoh溶液对竹纤维进行水解活化，产生更多的活性羟基，同时利用3-氨丙基三乙氧基硅烷进行改性处理，进一步提高接枝活性点，极大地提高了竹纤维与pa66的相容性；
2、利用静电纺丝、预氧化和碳化制得的碳纤维具有多孔和高比表面积的特性，提高碳纤维与pa66的相容性，并且可以更好地提升pa66的拉伸强度、弯曲强度和延伸率等；
3、本发明的制备方法简单成熟，生产效率高，有利于普遍推广应用。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种竹塑扣具，由竹塑母粒注塑而成，所述竹塑母粒包括如下重量份数的原料：
其中，所述pa66在275℃/0.325kg条件下，熔融指数为32g/min。
其中，所述竹纤维的直径为300μm，长径比为1:20。
其中，所述协效阻燃剂由氢氧化镁和氢氧化铝按重量比1:1的比例组成。
其中，所述酸酐改性的乙烯共聚物选购自杜邦的n493。
本发明还提供该竹塑扣具的制备方法：包括如下步骤：
(1)竹纤维的预处理：将竹纤维放入10wt％的naoh溶液浸泡13h后取出，用清水反复洗涤至中性，接着烘干，再将竹纤维放入3-氨丙基三乙氧基硅烷含量为1.0wt％的乙醇溶液中浸泡1.5h，每隔30min搅拌一次溶液，最后将竹纤维束取出并于100℃烘干；
(2)碳纤维的制备：取一定量的n,n-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，然后进行静电纺丝，得到聚丙烯腈纤维，将聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的碳纤维；
(3)挤出造粒：用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出并造粒，按上述的配方量将pa66、双酚a-双(二苯基磷酸酯)、协效阻燃剂、酸酐改性的乙烯共聚物、润滑剂、相容剂、抗氧剂612s、抗氧剂1076混合均匀后由主喂料口加入，碳纳米管、经过步骤(1)处理后的竹纤维和步骤(2)处理后的碳纤维，由侧喂料口加入，得到竹塑母粒；
(4)注塑成型：将所述竹塑母粒进行注塑成型，即得到所述的竹塑扣具。
其中，所述步骤(2)中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为15％，静电纺丝的纺丝电压为25kv，纺丝温度为20-30℃，预氧化温度为350℃，预氧化时间为2h；碳化温度为1000℃，碳化时间为3h。
其中，所述碳纤维的直径为137nm，长度为4.3μm。
其中，双螺杆挤出机的具体工艺参数为：一区温度为210℃，二区温度为227℃，三区温度为235℃，四区温度为240℃，五区温度为247℃，六区温度为247℃，七区温度为243℃，八区温度为235℃，九区温度为222℃，十区温度为215℃，螺杆转速为70r/min。
实施例2
一种竹塑扣具，由竹塑母粒注塑而成，所述竹塑母粒包括如下重量份数的原料：
其中，所述pa66在275℃/0.325kg条件下，熔融指数为24g/min。
其中，所述竹纤维的直径为100μm，长径比为1:10。
其中，所述协效阻燃剂为氢氧化铝。
其中，所述酸酐改性的乙烯共聚物选购自杜邦的n493。
本发明还提供该竹塑扣具的制备方法：包括如下步骤：
(1)竹纤维的预处理：将竹纤维放入8wt％的naoh溶液浸泡10h后取出，用清水反复洗涤至中性，接着烘干，再将竹纤维放入3-氨丙基三乙氧基硅烷含量为0.5wt％的乙醇溶液中浸泡1h，每隔25min搅拌一次溶液，最后将竹纤维束取出并于90℃烘干；
(2)碳纤维的制备：取一定量的n,n-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，然后进行静电纺丝，得到聚丙烯腈纤维，将聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的碳纤维；
(3)挤出造粒：用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出并造粒，按上述的配方量将pa66、双酚a-双(二苯基磷酸酯)、协效阻燃剂、酸酐改性的乙烯共聚物、润滑剂、相容剂、抗氧剂612s、抗氧剂1076混合均匀后由主喂料口加入，碳纳米管、经过步骤(1)处理后的竹纤维和步骤(2)处理后的碳纤维，由侧喂料口加入，得到竹塑母粒；
(4)注塑成型：将所述竹塑母粒进行注塑成型，即得到所述的竹塑扣具。
其中，所述步骤(2)中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为10％，静电纺丝的纺丝电压为20kv，纺丝温度为20℃，预氧化温度为300℃，预氧化时间为1h；碳化温度为900℃，碳化时间为2h。
其中，所述碳纤维的直径为183nm，长度为7.2μm。
其中，双螺杆挤出机的具体工艺参数为：一区温度为200℃，二区温度为220℃，三区温度为230℃，四区温度为235℃，五区温度为245℃，六区温度为245℃，七区温度为240℃，八区温度为230℃，九区温度为215℃，十区温度为210℃，螺杆转速为60r/min。
实施例3
一种竹塑扣具，由竹塑母粒注塑而成，所述竹塑母粒包括如下重量份数的原料：
其中，所述pa66在275℃/0.325kg条件下，熔融指数为40g/min。
其中，所述竹纤维的直径为500μm，长径比为1:30。
其中，所述协效阻燃剂为氢氧化镁。
其中，所述酸酐改性的乙烯共聚物选购自杜邦的n493。
本发明还提供该竹塑扣具的制备方法：包括如下步骤：
(1)竹纤维的预处理：将竹纤维放入12wt％的naoh溶液浸泡16h后取出，用清水反复洗涤至中性，接着烘干，再将竹纤维放入3-氨丙基三乙氧基硅烷含量为1.5wt％的乙醇溶液中浸泡2h，每隔35min搅拌一次溶液，最后将竹纤维束取出并于110℃烘干；
(2)碳纤维的制备：取一定量的n,n-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，然后进行静电纺丝，得到聚丙烯腈纤维，将聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的碳纤维；
(3)挤出造粒：用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出并造粒，按上述的配方量将pa66、双酚a-双(二苯基磷酸酯)、协效阻燃剂、酸酐改性的乙烯共聚物、润滑剂、相容剂、抗氧剂612s、抗氧剂1076混合均匀后由主喂料口加入，碳纳米管、经过步骤(1)处理后的竹纤维和步骤(2)处理后的碳纤维，由侧喂料口加入，得到竹塑母粒；
(4)注塑成型：将所述竹塑母粒进行注塑成型，即得到所述的竹塑扣具。
其中，所述步骤(2)中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为20％，静电纺丝的纺丝电压为30kv，纺丝温度为30℃，预氧化温度为400℃，预氧化时间为3h；碳化温度为1100℃，碳化时间为4h。
其中，所述碳纤维的直径为103nm，长度为2.1μm。
其中，双螺杆挤出机的具体工艺参数为：一区温度为220℃，二区温度为235℃，三区温度为240℃，四区温度为245℃，五区温度为250℃，六区温度为250℃，七区温度为245℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，十区温度为220℃，螺杆转速为80r/min。
实施例4
一种竹塑扣具，由竹塑母粒注塑而成，所述竹塑母粒包括如下重量份数的原料：
其中，所述pa66在275℃/0.325kg条件下，熔融指数为30g/min。
其中，所述竹纤维的直径为200μm，长径比为1:15。
其中，所述协效阻燃剂由氢氧化镁和氢氧化铝按重量比1:1的比例组成。
其中，所述酸酐改性的乙烯共聚物选购自杜邦的n493。
本发明还提供该竹塑扣具的制备方法：包括如下步骤：
(1)竹纤维的预处理：将竹纤维放入9wt％的naoh溶液浸泡12h后取出，用清水反复洗涤至中性，接着烘干，再将竹纤维放入3-氨丙基三乙氧基硅烷含量为0.8wt％的乙醇溶液中浸泡1.2h，每隔28min搅拌一次溶液，最后将竹纤维束取出并于95℃烘干；
(2)碳纤维的制备：取一定量的n,n-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，然后进行静电纺丝，得到聚丙烯腈纤维，将聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的碳纤维；
(3)挤出造粒：用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出并造粒，按上述的配方量将pa66、双酚a-双(二苯基磷酸酯)、协效阻燃剂、酸酐改性的乙烯共聚物、润滑剂、相容剂、抗氧剂612s、抗氧剂1076混合均匀后由主喂料口加入，碳纳米管、经过步骤(1)处理后的竹纤维和步骤(2)处理后的碳纤维，由侧喂料口加入，得到竹塑母粒；
(4)注塑成型：将所述竹塑母粒进行注塑成型，即得到所述的竹塑扣具。
其中，所述步骤(2)中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为12％，静电纺丝的纺丝电压为22kv，纺丝温度为23℃，预氧化温度为330℃，预氧化时间为1.5h；碳化温度为950℃，碳化时间为2.5h。
其中，所述碳纤维的直径为120nm，长度为3.3μm。
其中，双螺杆挤出机的具体工艺参数为：一区温度为205℃，二区温度为225℃，三区温度为233℃，四区温度为238℃，五区温度为246℃，六区温度为246℃，七区温度为241℃，八区温度为232℃，九区温度为218℃，十区温度为213℃，螺杆转速为65r/min。
实施例5
一种竹塑扣具，由竹塑母粒注塑而成，所述竹塑母粒包括如下重量份数的原料：
其中，所述pa66在275℃/0.325kg条件下，熔融指数为36g/min。
其中，所述竹纤维的直径为400μm，长径比为1:25。
其中，所述协效阻燃剂由氢氧化镁和氢氧化铝按重量比1:1的比例组成。
其中，所述酸酐改性的乙烯共聚物选购自杜邦的n493。
本发明还提供该竹塑扣具的制备方法：包括如下步骤：
(1)竹纤维的预处理：将竹纤维放入11wt％的naoh溶液浸泡14h后取出，用清水反复洗涤至中性，接着烘干，再将竹纤维放入3-氨丙基三乙氧基硅烷含量为1.2wt％的乙醇溶液中浸泡1.3h，每隔28min搅拌一次溶液，最后将竹纤维束取出并于105℃烘干；
(2)碳纤维的制备：取一定量的n,n-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，然后进行静电纺丝，得到聚丙烯腈纤维，将聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的碳纤维；
(3)挤出造粒：用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出并造粒，按上述的配方量将pa66、双酚a-双(二苯基磷酸酯)、协效阻燃剂、酸酐改性的乙烯共聚物、润滑剂、相容剂、抗氧剂612s、抗氧剂1076混合均匀后由主喂料口加入，碳纳米管、经过步骤(1)处理后的竹纤维和步骤(2)处理后的碳纤维，由侧喂料口加入，得到竹塑母粒；
(4)注塑成型：将所述竹塑母粒进行注塑成型，即得到所述的竹塑扣具。
其中，所述步骤(2)中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为18％，静电纺丝的纺丝电压为27kv，纺丝温度为28℃，预氧化温度为360℃，预氧化时间为2.5h；碳化温度为1050℃，碳化时间为3.5h。
其中，所述碳纤维的直径为168nm，长度为4.9μm。
其中，双螺杆挤出机的具体工艺参数为：一区温度为215℃，二区温度为230℃，三区温度为238℃，四区温度为242℃，五区温度为248℃，六区温度为248℃，七区温度为244℃，八区温度为238℃，九区温度为225℃，十区温度为217℃，螺杆转速为75r/min。
本发明实施例1-5制得的竹塑母粒的性能测试数据表如下：
由上述结果可知，本发明的竹塑母粒的力学性能好，强度和韧性优异，满足作为扣具的性能需求，并且具有阻燃性，可以降低灾害发生的可能性。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。