本发明涉及塑料的加工技术领域，具体涉及一种麻纤维增强塑料及其制备方法。
背景技术：
天然植物纤维具有资源丰富、质轻、价格低廉的特点，并且其模量和拉伸强度与无机纤维相近。近年来，将天然植物纤维作为增强材料的优势越来越引起人们的重视。将天然植物纤维作为复合材料不仅具有加工能耗少、节约资源、可生物降解和再生的有点。但天然植物纤维一般表面含有羟基，极性和亲水性强，与非极性或弱极性塑料的相容性极差，极易出现纤维聚集现象，直接将两者进行复合成型往往会出现塑料难以加工的情况。
中国专利cn102232099a公开了一种塑料增强用麻纤维及其制备方法，该麻纤维由以下组分组成：短切麻纤维、麻纤维处理、功能性聚烯烃、偶联剂和抗氧剂；制备方法包括步骤：将短切麻纤维切断，置于氢氧化钠水溶液中浸泡并搅拌，冲洗干净，甩干水分，再浸泡在麻纤维处理剂水溶液中，烘干，得到经表面处理的短切麻纤维；将短切麻纤维、偶联剂、功能性聚烯烃和抗氧剂依次加入到预热的捏合机中，搅拌得到塑料增强用麻纤维。该专利通过对麻纤维的碱性处理，以及添加偶联剂来提高麻纤维和树脂的相容性，但是该专利中麻纤维与树脂的相容性、麻纤维的分散效果不佳。
中国专利cn105482480a公开了一种竹纤维增强热塑性塑料，由以下重量份计的原料混合制成：竹纤维30-60份，热塑性塑料30-80份，偶联剂0.25-0.6份，交联剂0.3-0.8份，润滑剂0.5-1.5份，其中，竹纤维通过双氧水-蒸汽爆破联合处理工艺制得，润滑剂为蜡和纳米级碳酸钙的复合物。该专利以双氧水浸渍-蒸汽爆破发预处理竹纤维，通过表面改性及添加助剂来提高竹纤维与热塑性塑料的相互渗透，来形成竹塑复合材料，但是该专利对竹纤维的预处理会降低竹纤维的增强效果。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，提供一种麻纤维增强塑料及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种麻纤维增强塑料，制备麻纤维增强塑料的原料按其重量份包括：聚丙烯树脂100份、改性麻纤维15份～25份、硬脂酸钠0.5份～6份、纳米二氧化硅2份～8份、碳酸钙1份～6份、二氧化钛0.5份～3.5份、钛酸酯偶联剂0.3份～2.8份、邻苯二甲酸二苯酯5份～15份、抗氧剂0.1份～0.6份。其中，添加的改性麻纤维在提高塑料的机械性能的同时，并不会破坏树脂的结构而影响材料的强度；碳酸钙为纳米级碳酸钙，可以提高各组分之间的润滑性，减少麻纤维与树脂纤维之间的摩擦力，提高植物纤维增强塑料的加工性；抗氧剂和纳米二氧化钛的有效组合，可以提高聚丙烯塑料的抗紫外线能力和耐候性。
进一步的，制备麻纤维增强塑料的原料按其重量份包括：聚丙烯树脂100份、改性麻纤维20份、硬脂酸钠3份、纳米二氧化硅5份、碳酸钙3.5份、二氧化钛2.0份、钛酸酯偶联剂1.5份、邻苯二甲酸二苯酯10份、抗氧剂0.35份。
进一步的，改性纤维的制备过程包括：
步骤i，将麻纤维放置反应器中，加入偶联剂后置于微波中处理10秒～18秒，取出后经抽提、干燥，得到预处理麻纤维；
步骤ii，将步骤i得到的麻纤维与等重量份的苯乙烯混合，超声处理30分钟～50分钟后，加入过氧化苯甲酰，升高温度至55℃～70℃，继续超声处理，直至固化，得到改性麻纤维。其中，采用该改性方法对麻纤维进行改性，避免了直接使用酸或碱进行表面改性对麻纤维结构的破坏，在增加麻纤维相容性的同时，保留了麻纤维优良的抗拉伸性能。
更进一步的，步骤i中，所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
更进一步的，步骤i中，所述麻纤维与硅烷偶联剂的重量比为20:1～8。
更进一步的，步骤ii中，所述过氧化苯甲酰的加入量为苯乙烯的0.01倍～0.1倍。
进一步的，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1:2混合。
本发明的另一发明目的在于提供一种麻纤维增强塑料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s10，按上述重量份称取制备麻纤维增强塑料的原料；
步骤s20，将上述重量份的纳米二氧化硅和钛酸酯偶联剂在高速混匀机中搅拌20分钟～30分钟，得到预混物；
步骤s30，将上述重量份的聚丙烯树脂、改性麻纤维、硬脂酸钠、碳酸钙、邻苯二甲酸二苯酯投入到混料机中，以1100rpm～1400rpm的搅拌速度搅拌2分钟～6分钟后，加入步骤s20得到的预混料，继续搅拌3分钟～6分钟，得到混合物料；
步骤s40，将步骤s30得到的混合物料送入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到麻纤维增强塑料。其中，先将纳米二氧化硅和偶联剂混合，提高纳米二氧化硅在复合物中的相容性和分散性能。
进一步的，步骤s20中，搅拌的速率为500rmp～700rmp。
进一步的，步骤s40中，双螺杆挤出机的工作参数为：加工温度为190℃～250℃，转速为350rpm～450rpm。
本发明的优点是：
1.本发明制备的麻纤维增强塑料以聚丙烯树脂为主要材料，添加有改性麻纤维来提高塑料的强度和机械性能，添加有二氧化钛和抗氧剂来提高塑料的抗紫外线能力和耐候性；
2.本发明制备的麻纤维增强塑料以硅烷偶联剂和苯乙烯为改性剂对麻纤维进行改性处理，将麻纤维与硅烷偶联剂、聚苯乙烯结合在一起，不仅提高麻纤维与树脂材料的相容性，还可以减少麻纤维在树脂中的团聚现象，改善了塑料材料的机械强度；
3.本发明制备的麻纤维增强塑料的拉伸强度较大、抗冲击能力强，产品易于成型、产品质量稳定，并且制备方法简单，制备工艺易操作，适合大规模生产。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种麻纤维增强塑料及其制备方法
制备麻纤维增强塑料的原料包括：聚丙烯树脂100kg、改性麻纤维15kg、硬脂酸钠2.5kg、纳米二氧化硅7kg、碳酸钙6kg、二氧化钛0.5kg、钛酸酯偶联剂1.0kg、邻苯二甲酸二苯酯13kg、抗氧剂0.6kg；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1:2混合。
麻纤维增强塑料，通过如下方法制备：
步骤s10，按上述重量份称取制备麻纤维增强塑料的原料；
步骤s20，将上述重量份的纳米二氧化硅和钛酸酯偶联剂在高速混匀机中搅拌20分钟，搅拌的速率为550rmp，得到预混物；
步骤s30，将上述重量份的聚丙烯树脂、改性麻纤维、硬脂酸钠、碳酸钙、邻苯二甲酸二苯酯投入到混料机中，以1100rpm的搅拌速度搅拌5分钟后，加入步骤s20得到的预混料，继续搅拌6分钟，得到混合物料；
步骤s40，将步骤s30得到的混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的加工温度210℃、转速350rpm，挤出造粒，得到麻纤维增强塑料。
其中，改性纤维的制备过程包括：
步骤i，将麻纤维放置反应器中，加入乙烯基三乙氧基硅烷后置于微波中处理18秒，取出后经抽提、干燥，得到预处理麻纤维；其中麻纤维与硅烷偶联剂的重量比为20:2；
步骤ii，将步骤i得到的麻纤维与等重量份的苯乙烯混合，超声处理45分钟后，加入过氧化苯甲酰，过氧化苯甲酰的加入量为苯乙烯的0.01倍，升高温度至60℃，继续超声处理，直至固化，得到改性麻纤维。
将上述制备得到的麻纤维增强塑料进行性能测试，得到的试验结果为：拉伸强度36.8mpa、冲击强度50.6j/m、弯曲强度56.4mpa、弯曲模量4200mpa。
实施例2
一种麻纤维增强塑料及其制备方法
制备麻纤维增强塑料的原料包括：聚丙烯树脂100kg、改性麻纤维17kg、硬脂酸钠6kg、纳米二氧化硅2kg、碳酸钙5kg、二氧化钛1.0kg、钛酸酯偶联剂2.8kg、邻苯二甲酸二苯酯5kg、抗氧剂0.5kg；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1:2混合。
麻纤维增强塑料，通过如下方法制备：
步骤s10，按上述重量份称取制备麻纤维增强塑料的原料；
步骤s20，将上述重量份的纳米二氧化硅和钛酸酯偶联剂在高速混匀机中搅拌22分钟，搅拌的速率为700rmp，得到预混物；
步骤s30，将上述重量份的聚丙烯树脂、改性麻纤维、硬脂酸钠、碳酸钙、邻苯二甲酸二苯酯投入到混料机中，以1200rpm的搅拌速度搅拌6分钟后，加入步骤s20得到的预混料，继续搅拌5分钟，得到混合物料；
步骤s40，将步骤s30得到的混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的加工温度190℃、转速420rpm，挤出造粒，得到麻纤维增强塑料。
其中，改性纤维的制备过程包括：
步骤i，将麻纤维放置反应器中，加入乙烯基三乙氧基硅烷后置于微波中处理12秒，取出后经抽提、干燥，得到预处理麻纤维；其中麻纤维与硅烷偶联剂的重量比为20:1；
步骤ii，将步骤i得到的麻纤维与等重量份的苯乙烯混合，超声处理50分钟后，加入过氧化苯甲酰，过氧化苯甲酰的加入量为苯乙烯的0.08倍，升高温度至70℃，继续超声处理，直至固化，得到改性麻纤维。
将上述制备得到的麻纤维增强塑料进行性能测试，得到的试验结果为：拉伸强度38.2mpa、冲击强度59.2j/m、弯曲强度56.8mpa、弯曲模量4100mpa。
实施例3
一种麻纤维增强塑料及其制备方法
制备麻纤维增强塑料的原料包括：聚丙烯树脂100kg、改性麻纤维23kg、硬脂酸钠0.5kg、纳米二氧化硅8kg、碳酸钙2kg、二氧化钛3.0kg、钛酸酯偶联剂0.3kg、邻苯二甲酸二苯酯7kg、抗氧剂0.1g；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1:2混合。
麻纤维增强塑料，通过如下方法制备：
步骤s10，按上述重量份称取制备麻纤维增强塑料的原料；
步骤s20，将上述重量份的纳米二氧化硅和钛酸酯偶联剂在高速混匀机中搅拌28分钟，搅拌的速率为500rmp，得到预混物；
步骤s30，将上述重量份的聚丙烯树脂、改性麻纤维、硬脂酸钠、碳酸钙、邻苯二甲酸二苯酯投入到混料机中，以1400rpm的搅拌速度搅拌3分钟后，加入步骤s20得到的预混料，继续搅拌3分钟，得到混合物料；
步骤s40，将步骤s30得到的混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的加工温度250℃、转速380rpm，挤出造粒，得到麻纤维增强塑料。
其中，改性纤维的制备过程包括：
步骤i，将麻纤维放置反应器中，加入乙烯基三乙氧基硅烷后置于微波中处理16秒，取出后经抽提、干燥，得到预处理麻纤维；其中麻纤维与硅烷偶联剂的重量比为20:8；
步骤ii，将步骤i得到的麻纤维与等重量份的苯乙烯混合，超声处理30分钟后，加入过氧化苯甲酰，过氧化苯甲酰的加入量为苯乙烯的0.02倍，升高温度至65℃，继续超声处理，直至固化，得到改性麻纤维。
将上述制备得到的麻纤维增强塑料进行性能测试，得到的试验结果为：拉伸强度37.9mpa、冲击强度51.3j/m、弯曲强度57.8mpa、弯曲模量4320mpa。
实施例4
一种麻纤维增强塑料及其制备方法
制备麻纤维增强塑料的原料包括：聚丙烯树脂100kg、改性麻纤维25kg、硬脂酸钠5kg、纳米二氧化硅3kg、碳酸钙1kg、二氧化钛3.5kg、钛酸酯偶联剂2kg、邻苯二甲酸二苯酯15kg、抗氧剂0.2g；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1:2混合。
麻纤维增强塑料，通过如下方法制备：
步骤s10，按上述重量份称取制备麻纤维增强塑料的原料；
步骤s20，将上述重量份的纳米二氧化硅和钛酸酯偶联剂在高速混匀机中搅拌30分钟，搅拌的速率为650rmp，得到预混物；
步骤s30，将上述重量份的聚丙烯树脂、改性麻纤维、硬脂酸钠、碳酸钙、邻苯二甲酸二苯酯投入到混料机中，以1300rpm的搅拌速度搅拌2分钟后，加入步骤s20得到的预混料，继续搅拌4分钟，得到混合物料；
步骤s40，将步骤s30得到的混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的加工温度240℃、转速450rpm，挤出造粒，得到麻纤维增强塑料。
其中，改性纤维的制备过程包括：
步骤i，将麻纤维放置反应器中，加入乙烯基三乙氧基硅烷后置于微波中处理10秒，取出后经抽提、干燥，得到预处理麻纤维；其中麻纤维与硅烷偶联剂的重量比为20:7；
步骤ii，将步骤i得到的麻纤维与等重量份的苯乙烯混合，超声处理35分钟后，加入过氧化苯甲酰，过氧化苯甲酰的加入量为苯乙烯的0.1倍，升高温度至55℃，继续超声处理，直至固化，得到改性麻纤维。
将上述制备得到的麻纤维增强塑料进行性能测试，得到的试验结果为：拉伸强度38.5mpa、冲击强度53.2j/m、弯曲强度58.2mpa、弯曲模量4300mpa。
实施例5
一种麻纤维增强塑料及其制备方法
制备麻纤维增强塑料的原料包括：聚丙烯树脂100kg、改性麻纤维20kg、硬脂酸钠3kg、纳米二氧化硅5kg、碳酸钙3.5kg、二氧化钛2.0kg、钛酸酯偶联剂1.5kg、邻苯二甲酸二苯酯10kg、抗氧剂0.35kg。
麻纤维增强塑料，通过如下方法制备：
步骤s10，按上述重量份称取制备麻纤维增强塑料的原料；
步骤s20，将上述重量份的纳米二氧化硅和钛酸酯偶联剂在高速混匀机中搅拌25分钟，搅拌的速率为600rmp，得到预混物；
步骤s30，将上述重量份的聚丙烯树脂、改性麻纤维、硬脂酸钠、碳酸钙、邻苯二甲酸二苯酯投入到混料机中，以1250rpm的搅拌速度搅拌4分钟后，加入步骤s20得到的预混料，继续搅拌5分钟，得到混合物料；
步骤s40，将步骤s30得到的混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的加工温度220℃、转速400rpm，挤出造粒，得到麻纤维增强塑料。
其中，改性纤维的制备过程包括：
步骤i，将麻纤维放置反应器中，加入乙烯基三乙氧基硅烷后置于微波中处理14秒，取出后经抽提、干燥，得到预处理麻纤维；其中麻纤维与硅烷偶联剂的重量比为20:4.5；
步骤ii，将步骤i得到的麻纤维与等重量份的苯乙烯混合，超声处理40分钟后，加入过氧化苯甲酰，过氧化苯甲酰的加入量为苯乙烯的0.05倍，升高温度至62℃，继续超声处理，直至固化，得到改性麻纤维。
将上述制备得到的麻纤维增强塑料进行性能测试，得到的试验结果为：拉伸强度38.9mpa、冲击强度52.9j/m、弯曲强度59.0mpa、弯曲模量4340mpa。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。