[发明专利]一种高强聚乳酸复合材料的制备工艺

说明书

本发明是关于一种高强聚乳酸复合材料的制备工艺，依次包括：改性玻纤的制备步骤、利用改性玻纤和聚乳酸制备改性玻纤聚乳酸复合纤维纱线的步骤，然后利用改性玻纤聚乳酸复合纤维纱线通过逐层叠加制备高强聚乳酸复合材料的步骤。本发明通过加入聚乳酸达到对玻纤改性的目的，将聚乳酸和改性玻纤共混后造粒、纺丝、纺纱，将得到的复合纤维纱线在基板上缠绕、喷涂聚乳酸溶液，重复此缠绕/喷涂的工艺制备可获得高强聚乳酸复合材料，本发明的聚乳酸复合材料具有超高的拉伸强度，克服了现有聚乳酸类复合材料强度低和相容性差的缺陷。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高强聚乳酸复合材料的制备工艺。

背景技术

聚乳酸是一种由可再生原料制备的塑料，具有热塑性、生物可降解性、生物相容性等特点。此外，聚乳酸有良好的机械性能及物理性能，可采用吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，因而被认为是目前最有前途取代聚丙烯、聚乙烯等不可降解塑料的环境友好聚合物。然而，聚乳酸质脆，具有较低的韧性，这些缺陷极大地限制了聚乳酸的应用前景。因此，聚乳酸的增强和增韧研究是对其广泛应用的前提。

目前小剂量的聚乳酸复合材料可以通过熔融共混法、原位共混法和溶液共混法制备。例如吴迪等（合成树脂及塑料，2020,37 (1):56）以三氯甲烷为溶剂，采用溶液流延工艺制备了MgO增强的聚乳酸复合材料。较大剂量的聚乳酸复合材料可采用双螺杆挤出机共混造粒。如董先明等报道了一种改性聚乳酸、麻秸秆粉增强聚乳酸3D打印材料及其制备方法，以双螺杆挤出机将聚乳酸与麻秸秆粉共混后，得到聚乳酸复合材料。但以上传统方法制备的聚乳酸复合材料会使无机填料无规分布于聚合物基体中，制备获得的聚乳酸复合材料不具备高度的各向异性。本申请中的高强聚乳酸复合材料是相对于传统的聚乳酸复合材料来说，强度有明显的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强聚乳酸复合材料的制备工艺，解决传统工艺中聚乳酸复合材料的相容性差及复合材料取向不明显等问题，从而使得采用本发明中工艺制备的聚乳酸复合材料具有明显的取向结构，保证了聚乳酸复合材料能够达到高强度的效果。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种高强聚乳酸复合材料的制备工艺，依次包括以下步骤：改性玻纤的制备步骤、利用改性玻纤和聚乳酸制备改性玻纤聚乳酸复合纤维纱线的步骤，然后利用改性玻纤聚乳酸复合纤维纱线通过逐层叠加制备高强聚乳酸复合材料的步骤。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的一种高强聚乳酸复合材料的制备工艺，其中改性玻纤的制备步骤，包括：

步骤1、将真空干燥后的玻纤溶解于三氯甲烷中，并利用超声波分散处理，在超声波分散处理后获得的溶液中加入聚乳酸，制备获得聚乳酸和玻纤混合物的三氯甲烷溶液；

步骤2、将聚乳酸和玻纤混合物的三氯甲烷溶液置于55-60°C下进行回流处理，以实现聚乳酸分子链对玻纤的物理缠绕和化学接枝改性（聚合物接枝为在高分子链上用自由基聚合反应引入极性或功能性侧基的一种改性方式。聚合物经接枝改性后具有极高的极性，可用于相容性、荧光材料、两亲性材料、高分子复合正温度系数（PTC）材料及热收缩性高分子材料等。聚合物接枝改性作用：阻燃作用、相容剂作用、增韧剂作用），持续回流时间0.8-1.5h，然后将回流后的聚乳酸和玻纤混合物的三氯甲烷溶液进行干燥处理（干燥处理可使用减压蒸馏的形式降低溶剂沸点达到加快溶剂挥发的效果），除去混合物中的三氯甲烷溶剂，制备获得改性玻纤。

前述的一种高强聚乳酸复合材料的制备工艺，其中改性玻纤聚乳酸复合纤维纱线的制备步骤，包括：

步骤1、取质量比为（15-20）：1的聚乳酸和改性玻纤，先将聚乳酸和改性玻纤进行预混合后，再将聚乳酸和改性玻纤的混合物加入双螺杆挤出机，在双螺杆挤出机共混后造粒制备母粒；在预混合过程中，聚乳酸颗粒间的摩擦使得表面带有静电荷从而将改性玻纤吸附到聚乳酸颗粒表面实现（预混合）每种组分的微粒均匀分布。