CN109705492A - 一种frp废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下:PVC树脂:80~120份;秸秆纤维:15‑40份;木质纤维:15‑35份;废渣FRP:10‑40份;MBS树脂:5‑12份;ACR加工助剂5‑10份;超细重钙:35‑45份;热稳定剂:3‑8份;硬脂酸:0.5‑1.0份;PE蜡:1‑2份;钛酸酯偶联剂:1‑3份。一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆制备方法,所述制备方法如下:步骤一:木纤维及秸秆纤维的制备及表面改性;步骤二:FRP废渣制备;步骤三:挤塑成型混合物的制备;步骤四:挤塑成型。本发明通过NaOH溶液处理提高复合材料的表面粗糙度,提高复合材料的成型性能;通过控制钛酸酯偶联剂的加入量优化机械性能,通过优化秸秆纤维含量,降低复合材料支撑杆的含水量。
Description
技术领域
本发明涉及一种园林绿化用的复合材料支撑杆,以及该支撑杆的制备方法,具体涉及一种利用FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,以及该支撑杆的制备方法,属于园林绿化技术领域。
背景技术
近年来,在气候变化、生态恶化、自然能源减少、自然灾害频发等一系列问题的冲击和挑战下,发展绿色经济已成为目前及未来的主旋律。园林产业作为绿色经济中重要的一环,其作用日益突显出来。苗木支撑作为园林产业中保证苗木成活率扮演着重要角色。其现有的技术领域主要使用木质支撑架,如采用杉木桩等,而现有自然中木材资源是有限的。我国作为传统农业大国,秸秆资源非常丰富。同时在天然木材产品加工过程中有着大量的如边角余料、木屑等废料,总量占木材总使用量的20%-30%,自然资源浪费严重。且随着塑料改性工艺及技术的不断发展,现代塑料拥有更多优异的使用性能。因此充分利用废弃FRP、废弃木材、秸秆等废弃物,将其纤维复合、制备新型环保支撑杆符合绿色环保的时代背景,社会效益显著。
纤维增强塑料(英文Fiber Reinforced Plastics,简称FRP )是近年来研究和应用的热点,主要有CFRP(碳纤维增强塑料)、GFRP(玻璃纤维增强塑料)、AFRP(芳纶纤维增强塑料)、BFRP(硼纤维增强塑料)等。FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合、经过特别的模具与一定的成型工艺而形成的高性能材料,其具备质轻且硬,不导电,机械强度高,耐腐蚀等特点。但是,目前对其回收利用少。随着FRP产量和用量的逐年提高,FRP生产过程中产生的边角料以及每年报废的FRP制品也逐年提高,这些FRP废弃物的处理问题也逐渐引起社会和研究者的关注。
发明内容
本发明的目的是:正式针对现有技术的不足,提出一种利用FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,以及支撑杆的制备方法,用以解决FRP生产过程中产生的边角料以及每年报废的FRP制品问题,充分利用废弃FRP、废弃木材、秸秆等废弃物。
为解决上述问题,本发明所采取的技术方案如下:
一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,其特征是,所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下:
PVC树脂: 80~120份;
秸秆纤维: 15-40份;
木质纤维: 15-35份;
废渣FRP: 10-40份;
MBS树脂: 5-12份;
ACR加工助剂 5-10份;
超细重钙: 35-45份;
热稳定剂: 3-8份;
硬脂酸: 0.5-1.0份;
PE蜡: 1-2份;
钛酸酯偶联剂: 1-3份。
作为上述技术方案的改进,所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下:
PVC树脂: 100份;
秸秆纤维: 20份;
木质纤维: 20份;
废渣FRP: 15份;
MBS树脂: 7份;
ACR加工助剂: 8份;
超细重钙: 40份;
热稳定剂: 5份;
硬脂酸: 0.7份;
PE蜡: 1.5份;
钛酸酯偶联剂: 1.5份。
作为上述技术方案的改进,所述废渣FRP为废弃FRP材料、FRP边角料或者回收的FRP材料一种或几种的混合物。
一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆制备方法,其特征是,所述制备方法如下:
步骤一:木纤维及秸秆纤维的制备及表面改性;
使用皮囊分离机将秸秆的皮囊分离,用水对分离得到秸秆皮进行清洗,烘干至恒重,后用塑料破损机粗碎,再用超细粉碎机,把粗秸秆纤维打成粉状;
再利用质量分数5%的NaOH溶液对秸秆纤维,秸秆粉:碱溶液为1:8,封闭浸泡后用清水冲洗秸秆纤维至其滤液的PH为7;过滤后的秸秆纤维烘干备用;
步骤二:FRP废渣制备;
所用FRP选用堆弃的报废品、边角余料或回收料,将回收的FRP废弃物切割成颗粒,先用清水洗去表面杂质,晾干后按照秸秆纤维的制备方法,制备成废渣;
步骤三:挤塑成型混合物的制备;
将步骤二中制备的FRP废渣与PVC树脂、木质纤维、秸秆纤维、超细重钙及其他成分,按配方进行混合搅拌均匀,并烘干待用;
步骤四:挤塑成型;
采用挤出工艺将步骤三种的混合物料放入料筒后,根据模具挤塑成型工艺制备支撑杆,最终即得所述支撑杆。
作为上述技术方案的改进,所述步骤二中FRP废渣的粒度为140-200目。
一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆。
一种所述制备方法的FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆。
本发明与现有技术相比较,本发明的实施效果如下:
本发明所述的FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,通过NaOH溶液处理提高复合材料的表面粗糙度,提高颗粒之间的结合力,提高复合材料的成型性能;通过控制钛酸酯偶联剂的加入量优化支撑杆的机械性能,通过试验对比优化秸秆纤维含量,降低复合材料支撑杆的含水量。本发明所述支撑杆,通过正交试验,优化其各项理化性能,通过实际使用和验证,使用效果良好。
附图说明
图1为本发明所述秸秆在NaOH溶液处理前的SEM扫描图;
图2为本发明所述秸秆在NaOH溶液处理后的SEM扫描图;
图3为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料弯曲强度的影响图;
图4为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料拉伸强度的影响图;
图5为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料冲击强度的影响图;
图6为本发明所述秸秆纤维含量对复合材料吸水性的试验对比图;
图7为本发明所述实施例三的30phr 秸秆纤维+15FRP(×500)断面的SEM扫描图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
本发明所述一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,该支撑杆的组分按质量百分比含量如下:
PVC树脂: 80~120份;
秸秆纤维: 15-40份;
木质纤维: 15-35份;
废渣FRP: 10-40份;
MBS树脂: 5-12份;
ACR加工助剂 5-10份;
超细重钙: 35-45份;
热稳定剂: 3-8份;
硬脂酸: 0.5-1.0份;
PE蜡: 1-2份;
钛酸酯偶联剂: 1-3份。
作为上述技术方案的改进,所述一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,该支撑杆的组分按质量百分比含量如下:
PVC树脂: 100份;
秸秆纤维: 20份;
木质纤维: 20份;
废渣FRP: 15份;
MBS树脂: 7份;
ACR加工助剂: 8份;
超细重钙: 40份;
热稳定剂: 5份;
硬脂酸: 0.7份;
PE蜡: 1.5份;
钛酸酯偶联剂: 1.5份。
该支撑杆的组分按质量百分比含量如下并进行对比试验:
实施例 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | 实施例五 |
PVC树脂 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 |
秸秆纤维 | 15 | 18 | 20 | 30 | 40 |
木质纤维 | 15 | 18 | 20 | 30 | 35 |
废渣FRP | 10 | 12 | 15 | 30 | 40 |
MBS树脂 | 5 | 6 | 7 | 10 | 12 |
ACR加工助剂 | 5 | 6 | 8 | 9 | 10 |
超细重钙 | 35 | 38 | 40 | 42 | 45 |
热稳定剂 | 3 | 4 | 5 | 7 | 8 |
硬脂酸 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 1.0 |
PE蜡 | 1 | 1.2 | 1.5 | 1.8 | 2 |
钛酸酯偶联剂 | 1 | 1.2 | 1.5 | 2 | 3 |
其中:废渣FRP为废弃FRP材料、FRP边角料或者回收的FRP材料等一种或几种的混合物;
MBS树脂(Methyl methacrylate-Butadiene-Styrene),是甲基丙烯酸甲酯(M),丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物,它具有典型的核-壳结构,MBS树脂为主导型抗冲击改性剂,主要应用于聚氯乙烯(PVC)及少量其他种类合成树脂所加工的塑料中(如ABS等)。由于MBS树脂与PVC折光指数相近,故当两者共混熔融以后,容易达到均一的折射率,因此用MBS做PVC的抗冲改性剂不会影响PVC的透明性。所以MBS是PVC制取透明制品的最佳材料。另一方面,由于其与PVC相容性好,在室温或低温下具有很高的抗冲击性,故也适用于非透明性的各种制品。据资料介绍,当PVC中加入的MBS树脂时,可使其制品的抗冲击强度提高,同时还可以改善制品的耐寒性和加工流动性。因此,MBS作为PVC抗冲改性剂得到了广泛应用。此外,它还具有良好的着色性,可用于制作盛装容器、管材、板材、室内装饰板和软质制品等。
ACR加工助剂:ACR是丙烯酸酯类(Acrylics)的缩写,也是丙烯酸酯类系列改性剂的总称,系丙烯酸酯类的高分子共聚物。ACR为甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸酯的共聚物,为白色可流动固体粉末。根据丙烯酸酯类的不同,所得的ACR性能及用途各异,其应用范围广泛。ACR是一种易流动的白色粉末,无毒、无腐蚀性,属非危险品,粒度较细,真密度为1.05-1.20g/cm3。PVC的纯树脂加工时易分解、流动性差、冲击强度低、耐候性差,因此需要在加工过程中添加各类辅助材料以改善其性能,如:润滑剂、热稳定剂、抗冲改性剂、ACR加工助剂等。
热稳定剂:热稳定剂是塑料加工助剂中重要类别之一,热稳定剂与PVC树脂的诞生和发展同步,主要用于PVC树脂加工中,因此热稳定剂与PVC树脂、PVC中软硬制品的比例有密切关系。
PE蜡:即聚乙烯蜡,又称高分子蜡或聚乙烯蜡。因PE蜡具备优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性而得到广泛的应用,正常生产中,PE蜡作为一种添加剂可直接加到聚烯烃加工中,可以增加产品的光泽和加工性能;作为润滑剂,PE蜡化学性质稳定、电性能良好;聚乙烯蜡与聚乙烯、聚丙烯、聚蜡酸乙烯、乙丙橡胶、丁基橡胶相溶性好,能改善聚乙烯、聚丙烯、ABS的流动性和聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯的脱模性;对于PVC和其它的外部润滑剂相比,PE蜡具有更强的内部润滑作用。
钛酸酯偶联剂:钛酸酯偶联剂在热塑性塑料、热固性塑料及橡胶等填料体系中都具有较好的偶联效果,钛酸酯偶联剂中的亚磷酰氧基可提供抗氧、耐燃性能等,可以使钛酸酯兼具偶联和其他特殊性能;R’-是长碳键烷烃基,它比较柔软,能和有机聚合物进行弯曲缠结,使有机物和无机物的相容性得到改善,提高材料的抗冲击强度;Y是羟基、氨基、环氧基或含双键的基团等,这些基团连接在钛酸酯分子的末端,可以与有机物进行化学反应而结合在一起。钛酸酯偶联剂应用在塑料行业,可使填料得到活化处理,从而提高填充量,减少树脂用量,降低制品成本,同时改善加工性能,增加了制品光泽,提高了质量。
本发明所述FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,钛酸酯偶联剂能对秸秆纤维表面改性能改善,与PVC树脂基体的相容性,并能提高秸秆粉的加入量,显著提高复合材料支撑杆的力学性能。如图3所示,为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料弯曲强度的影响图;图4为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料拉伸强度的影响图;图5为本发明所述钛酸酯偶联剂加入量对复合材料冲击强度的影响图。
本发明所述FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,秸秆纤维含量对复合材料吸水性有较大影响,如图6所示,为本发明所述秸秆纤维含量对复合材料吸水性的试验对比图。由图6可知,纤维添加量越大,复合材料吸水性越高。当纤维的含量为 55%时,其吸水率较 15%时的吸水率提高了 14 倍。这是因为秸秆纤维的极性较强,纤维表面含有较多亲水性的羟基,表现为秸秆纤维具有较强的吸水性能。所以秸秆纤维的添加量越多,复合材料的吸水性能就越强。当秸秆纤维添加量低于 35%时,复合材料的吸水率上升缓慢;而当纤维添加量超过 35%时,吸水率急剧上升。这是因为当秸秆纤维添加量较少时,聚甲醛基体能够将纤维完全包裹起来,形成致密的结构,水分子难以进入,表现为吸水率的缓慢上升。当添加量超过 35%时,由于秸秆纤维的分散性较差,易发生团聚现象,使得聚甲醛基体不能很好的包覆秸秆纤维。此外,过多的秸秆纤维会使得复合材料形成较多的孔洞,水分子更易进入复合材料,表现为材料吸水率的急剧上升。
本发明所述FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,其制备方法如下:
步骤一:木纤维及秸秆纤维的制备及表面改性;
使用皮囊分离机将秸秆的皮囊分离,用水对分离得到秸秆皮进行清洗,烘干至恒重,后用塑料破损机粗碎,再用超细粉碎机,把粗秸秆纤维打成粉状;
再利用质量分数5%的NaOH溶液对秸秆纤维,秸秆粉:碱溶液为1:8,封闭浸泡后用清水冲洗秸秆纤维至其滤液的PH为7;过滤后的秸秆纤维烘干备用;
用NaOH溶液对秸秆纤维处理前后有明显的差距,如图1和图2所示,处理前,秸秆纤维表面较为平整光滑,处理后秸秆纤维表面变得凹凸不平,有很多粗糙的面,甚至有纤维直接剥离下来,这是因为:秸秆纤维中含有果胶、果酸和脂肪酸等成分,这些成分与NaOH溶液进行化学反应发生分解,而秸秆纤维中的纤维素和半纤维素等成分不会发生水解,因此在NaOH溶液的作用下,原本平整光滑的秸秆纤维表面变成粗糙不平。粗糙不平的秸秆纤维利于后续FRP废渣制备及后续成型,增大颗粒之间的比表面积,提高颗粒相互之间的结合力,利于后续成型;
步骤二:FRP废渣制备;
所用FRP选用例如玻璃钢生产厂家堆弃的报废品、边角余料或回收料,将回收的FRP废弃物切割成颗粒,FRP废渣的粒度为140-200目,先用清水洗去表面杂质,晾干后按照秸秆纤维的制备方法,制备成废渣;
步骤三:挤塑成型混合物的制备;
将步骤二中制备的FRP废渣与PVC树脂、木质纤维、秸秆纤维、超细重钙及其他成分,按配方进行混合搅拌均匀,并烘干待用;
步骤四:挤塑成型;
采用挤出工艺将步骤三种的混合物料放入料筒后,根据模具挤塑成型工艺制备支撑杆,最终即得所述支撑杆。
根据以上实施例及上述制备方法,本发明制备各实施例的支撑杆,其试验对照比对如下:
本发明实施例三制备的支撑杆,其30phr 秸秆纤维+15FRP(×500)断面的SEM扫描图,如图7所示。
本发明所述一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,所述支撑杆表面覆膜,如采用含有夜光剂的塑料膜进行覆膜,这样光线较暗时可以直观地看到支撑杆,不仅实用且美观。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明,不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,其特征是,所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下:
PVC树脂: 80~120份;
秸秆纤维: 15-40份;
木质纤维: 15-35份;
废渣FRP: 10-40份;
MBS树脂: 5-12份;
ACR加工助剂 5-10份;
超细重钙: 35-45份;
热稳定剂: 3-8份;
硬脂酸: 0.5-1.0份;
PE蜡: 1-2份;
钛酸酯偶联剂: 1-3份。
2.如权利要求1所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,其特征是,所述支撑杆的组分按质量百分比含量如下:
PVC树脂: 100份;
秸秆纤维: 20份;
木质纤维: 20份;
废渣FRP: 15份;
MBS树脂: 7份;
ACR加工助剂: 8份;
超细重钙: 40份;
热稳定剂: 5份;
硬脂酸: 0.7份;
PE蜡: 1.5份;
钛酸酯偶联剂: 1.5份。
3.如权利要求1或2所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,其特征是,所述废渣FRP为废弃FRP材料、FRP边角料或者回收的FRP材料一种或几种的混合物。
4.如权利要求1或2所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆,其特征是,所述支撑杆表面包覆有含有夜光剂的塑料膜。
5.如权利要求1所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆制备方法,其特征是,所述制备方法如下:
步骤一:木纤维及秸秆纤维的制备及表面改性;
使用皮囊分离机将秸秆的皮囊分离,用水对分离得到秸秆皮进行清洗,烘干至恒重,后用塑料破损机粗碎,再用超细粉碎机,把粗秸秆纤维打成粉状;
再利用质量分数5%的NaOH溶液对秸秆纤维,秸秆粉:碱溶液为1:8,封闭浸泡后用清水冲洗秸秆纤维至其滤液的PH为7;过滤后的秸秆纤维烘干备用;
步骤二:FRP废渣制备;
所用FRP选用堆弃的报废品、边角余料或回收料,将回收的FRP废弃物切割成颗粒,先用清水洗去表面杂质,晾干后按照秸秆纤维的制备方法,制备成废渣;
步骤三:挤塑成型混合物的制备;
将步骤二中制备的FRP废渣与PVC树脂、木质纤维、秸秆纤维、超细重钙及其他成分,按配方进行混合搅拌均匀,并烘干待用;
步骤四:挤塑成型;
采用挤出工艺将步骤三种的混合物料放入料筒后,根据模具挤塑成型工艺制备支撑杆,最终即得所述支撑杆。
6.如权利要求5所述的一种FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆制备方法,其特征是,所述步骤二中FRP废渣的粒度为140-200目。
7.一种如权利要求1所述的FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆。
8.一种如权利要求5所述制备方法的FRP废弃物秸秆纤维木塑复合材料支撑杆。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190503 |
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