本發明涉及一種玻纖增強復合材料，特別是涉及一種玻纖增強聚乳酸復合材料及其制備方法和應用。
背景技術：
：本發明一種玻纖增強聚乳酸復合材料及其制備方法，屬于玻纖增強生物降解高分子材料領域。按配比將原料進行混合，混合后的原料經過雙螺桿擠出機充分熔融混合，送入玻纖增強熔體混合與纖維浸漬設備的浸漬系統熔體池中。玻纖在浸漬系統中被聚乳酸熔體充分浸漬，經過連續熱處理系統消除內應力，根據不同需要，經過浸漬和熱處理的連續玻纖增強聚乳酸材料直接收卷得到連續玻纖增強聚合物基復合材料，即得到玻纖增強聚合物基復合材料粒料。本發明生產方法相對簡單，通用性好。目前，應用在汽車構件上的玻纖增強復合材料主要為玻纖增強環氧樹脂復合材料，由于環氧樹脂是一種熱固性樹脂，因此所制備的玻纖復合材料無法再生利用。為了解決回收再利用問題，制備以熱塑性樹脂為基體的玻纖復合材料成為了當前的熱點之一，以熱塑性樹脂聚丙烯，聚酰胺為基體制備的熱塑性玻纖復合材料已有報道。該類樹脂制備的玻纖復合材料解決了回收再利用問題，然而其在產品生命周期終點不能完全降解，從而在環境中留存大量廢棄物。聚乳酸是由天然植物如馬鈴薯，玉米等發酵后的乳酸經過聚合制得，其生物可降解性好，使用后的材料能被自然界中的微生物完全降解，終產物為二氧化碳和水，無任何環境負載。目前，也有一些研究利用聚乳酸作為基體制備玻纖增強復合材料。例如中國專利公開了一種短玻纖增強抗靜電聚乳酸復合材料及其制備方法，該復合材料包括聚乳酸樹脂56.5~86.5%，短玻纖10~40%，偶聯劑0.5~1.5%，抗氧劑0.5~1%；上述材料經高速混合，熔融擠出造粒，切粒，即制得該復合材料。然而，該復合材料的拉伸強度僅為100mpa左右，力學性能有限。又如，中國專利公開了一種聚乳酸/玻纖復合材料加強制備方法。該復合材料包括50~95份聚乳酸，5~50份玻纖，0.05~1份抗氧劑和0.05~1份光穩定劑。該復合材料的沖擊強度最高達88j/m，力學性能仍有待增強。技術實現要素：本發明提供一種玻纖增強聚乳酸復合材料及其制備方法和應用，用于解決現有技術中玻纖復合材料各項力學性能有限，制備效率低等技術缺陷。本發明提供一種玻纖增強聚乳酸復合材料，包括如下中重量份的組分：玻纖20~60份；聚乳酸40~80份；硅烷偶聯劑1.5~5份；抗氧劑1~2份；潤滑劑0.1~1份；光穩定劑0.1~0.5份特別是，本發明采用的聚乳酸的重均分子量為100000~600000，進一步為250000~500000。該特定分子量聚乳酸有利于提高與玻纖界面的結合強度，進而提高復合材料的力學性能。聚乳酸可以選自左旋聚乳酸，右旋聚乳酸和混旋聚乳酸中的一種或多種。本發明對所采用的硅烷偶聯劑、潤滑劑、抗氧劑和光穩定劑不作嚴格限制，例如硅烷偶聯劑可以選自甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷，甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基氧基硅烷中的一種或多種。潤滑劑可以為n，n，-乙撐雙硬脂酰胺（潤滑劑ebs）和/或硅酮；抗氧劑可以為四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯（抗氧劑1010）和/或三[2，4二叔丁基苯基]亞磷酸脂（抗氧劑168）；光穩定劑可以為二-(n-甲基2，2，6，6-四甲基-4-吡啶基)癸二酯與甲基-(n-甲基2，2，6，6-四甲基-4-吡啶基癸二酯)的混合物（光穩定劑292），和/或雙(2，2，6，6-四甲基-4-吡啶基)癸二酸酯。（光穩定劑770）進一步地，在在不影響本發明玻纖增強復合材料各項性能的前提下，本發明的玻纖增強聚乳酸復合材料還可以包括著色劑，抗靜電劑，耐紫外老化劑等其它常規助劑；著色劑例如可以為色母粒，其可豐富制品的顏色，抗靜電劑可提高制品的表面導電性，耐紫外老化劑可提高制品的紫外老化性能。這些助劑均可以本領域常規量進行添加。特別是本發明的玻纖增強聚乳酸復合材料，可以通過將所述重量份的聚乳酸、硅烷偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和光穩定劑熔融共混制成粘度為15pa·s~40pa·s的聚乳酸熔體后，與所述玻纖混合制成。本發明對所述聚乳酸熔體與玻纖的混合方式不限，例如可以將玻纖浸漬于聚乳酸熔體中實現兩者的混合等。此外，在混合后還可以進行定型，冷卻，切割等常規工藝。本發明還提供上述任一所述玻纖增強聚乳酸復合材料的制備方法，包括如下步驟：1）按照重量份將所述聚乳酸，硅烷偶聯劑，抗氧劑，潤滑劑和光穩定劑熔融共混，制成粘度為15pa·s~40pa·s的熔體；2）將所述玻纖浸漬于所述熔體中，并對浸漬后的玻纖進行定型，冷卻，制得所述玻纖增強聚乳酸復合材料。在一實施方式中，可以采用雙螺桿擠出機進行所述熔融共混，并且控制雙螺桿擠出機各段溫度為140~230℃，螺桿速度為30~100r/min。進一步地，雙螺桿擠出機后的一段溫度可設置為比前一段高5~30℃。實施方式中，雙螺桿出機各段溫度可依序設置為140~170℃，170~190℃，190~205℃，200~215℃，205~225℃，螺桿轉速可設置為40~60r/min。進一步地，控制所述浸漬的浸漬量從而使浸漬后的復合材料具有上述重量份的組分，例如可以控制所述浸漬的時間為5~10min。此外，可以采用本領域常規的浸漬裝置進行浸漬，特別是浸漬裝置可設置2~6個浸漬輥，其可賦予玻纖一定的張力并傳輸玻纖，從而實現生產。此外，本發明玻纖增強聚乳酸復合材料的制備方法還可以對定型，冷卻后的材料進行切割，從而制得粒徑為4~6mm，長度為3~15mm的玻纖增強聚乳酸復合材料粒子。本發明還提供上述任一所述玻纖增強聚乳酸復合材料的應用，其中對所述玻纖增強聚乳酸復合材料進行定型。本發明對該玻纖增強聚乳酸復合材料的應用范圍不作嚴格限制，例如可以應用于汽車構件等。本發明還提供一種汽車構件，將上述任一所述玻纖增強聚乳酸復合材料模壓成型或注塑成型而得到。汽車構件可以是汽車構件中采用鋁制或鋼制的部件，例如支架，安裝板等。在一實施方式中，可以控制所述模壓成型時模具的溫度為170~210℃，保壓壓力為15~60mpa，保壓時間為1~10s，冷卻定型時間為30~120s。在另一實施方式中，可以控制所述注塑成型時熔體溫度為160~230℃，模具的溫度為80~120℃，保壓壓力為170~150mpa，保壓時間為1~5s，冷卻定型時間為30~120s。此外，可分段進行保壓，例如可先在100~150mpa下保壓1~5s，隨后在70~100mpa下保壓5~10s。本發明的實施，至少具有以下優勢：1．本發明的制備方法操作簡單，易于實現連續化生產；通過該制備方法制得的玻纖增強聚乳酸復合材料可生物降解，無任何環境負載，特別是其重量輕，各項力學性能優異，例如拉伸強度可達230mpa以上，彎曲模量可達13000mpa以上，此外熱變形溫度可為141℃以上，熱穩定性能良好，具有廣泛的應用前景；2．本發明的玻纖增強聚乳酸復合材料可替代傳統金屬材料而作為汽車構件材料，其成型方法簡單，成型的汽車構件不僅質量輕，無充模不良及浮纖等外觀缺陷，外觀質量良好，并且耐高溫，結構尺寸穩定，汽車構件的使用性能優異。具體實施方式為使本發明的目的，技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明的實施例，對本發明實施例中的技術發難進行清楚完整的地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例1本實施例的玻纖增強聚乳酸復合材料，由如下重量份的組分組成；玻纖40份，重均分子量為250000的右旋聚乳酸60份，苯基三甲氧基硅烷3份，抗氧劑10121.5份，潤滑劑ebs0.5份，光穩定劑2900.5份。該玻纖增強聚乳酸復合材料可以采用如下方法進行制備；1．制備聚乳酸熔體將重均分子量為250000的右旋聚乳酸60重量份，苯基三甲氧基硅烷3份，抗氧劑10121.5重量份，潤滑劑ebs0.5重量份，光穩定劑2900.5重量份混合后，經喂料裝置送入雙螺桿擠出機，雙螺桿擠出機的各段溫度分別設定為140℃，170℃，190℃，200℃，205℃，螺桿轉速60r/min，原料在雙螺桿擠出機中熔融共混后，形成粘度為24pa·s左右的聚乳酸熔體；2．制備玻纖增強聚乳酸復合材料將上述制備的玻纖由導向柱導入充滿上述制備的聚乳酸熔體的浸漬裝置中，浸漬裝置中浸漬輥個數設置為5個，玻纖依序5個浸漬輥傳輸，并在浸漬裝置中浸漬10min后，過定型口模，經冷卻裝置冷卻過牽引裝置至切割機，制得粒徑5mm，長度12mm的玻纖增強聚乳酸復合材料粒子，表面光滑無浮纖，并且具有和上述份的組分；此外，對該玻纖增強聚乳酸復合材料粒子的各項性能進行檢測。結果見表1實施例2本實施例的玻纖增強聚乳酸復合材料，由如下重量份的組分組成；玻纖20份，重均分子量為500000的混旋聚乳酸80份，γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷4份，抗氧劑1652份，潤滑劑ebs0.8份，光穩定劑7730.5份；該玻纖增強聚乳酸復合材料可以采用如下方法進行制備；1．制備聚乳酸熔體將重均分子量為500000的混旋聚乳酸80重量份，抗氧劑1652份，潤滑劑ebs0.8份，γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷4份，光穩定劑7730.5混合后，送入雙螺桿擠出機熔融共混，其中雙螺桿擠出機各段溫度分別設定為：170℃，190℃，205℃，215℃，225℃，螺桿轉速，40r/min，形成粘度為32pa·s左右的聚乳酸熔體；2．制備玻纖增強聚乳酸復合材料將上述制備的玻纖置于充滿上述制備的聚乳酸熔體的浸漬裝置中，浸漬裝置有浸漬輥9個，玻纖依序經各浸漬輥傳輸，并在浸漬裝置中浸漬10min后，過定型口模，經冷卻裝置冷卻，切割制得粒徑為6mm，長度12mm的玻纖增強聚乳酸復合材料粒子，表面光滑無浮纖，其各項性能進行檢測。結果見表1實施例3本實施例的玻纖增強聚乳酸復合材料，由如下重量份的組分組成；玻纖60份，重均分子量為600000的右旋聚乳酸40份，乙烯基三甲氧基硅烷1.5份，抗氧劑1700.5份，硅酮粉0.1份，光穩定劑2900.1份。該玻纖增強聚乳酸復合材料可以采用如下方法進行制備；1．制備聚乳酸熔體將重均分子量為600000的右旋聚乳酸40重量份，抗氧劑1680.5份，乙烯基三甲氧基硅烷1.5份，抗氧劑1700.5份，硅酮粉0.1份，光穩定劑2900.1份混合后，送入雙螺桿擠出機熔融共混，其中雙螺桿擠出機各段溫度分別設定為，155℃，175℃，200℃，210℃，215℃，螺桿轉速，50r/min，形成粘度為37pa·s左右的聚乳酸熔體；2．制備玻纖增強聚乳酸復合材料將上述制備的玻纖置于充滿上述制備的聚乳酸熔體的浸漬裝置中，浸漬裝置有浸漬輥3個，玻纖依序經各浸漬輥傳輸，并在浸漬裝置中浸漬8min后，過定型口模，經冷卻裝置冷卻，切割制得粒徑為4mm，長度8mm的玻纖增強聚乳酸材料復合粒子，表面光滑無浮纖，其各項性能進行檢測。結果見表1實施例4將實施例1制得的玻纖增強聚乳酸復合材料粒子裝入注塑機料筒，將單螺桿擠出機各段溫度分別設定為，150℃，170℃，190℃，200℃，215℃，模具溫度設定為90℃，在130mpa下保壓1s，再在85mpa下保壓6s，冷卻定型90s，制得汽車組合燈安裝板，其無充模不良及浮纖等外觀缺陷，外觀質量良好。將制備的汽車組合燈安裝板組合至汽車，并使用，結果表明，該汽車組合燈安裝板不僅耐高溫，并且結構尺寸穩定，各項使用性能優異。實施例5將實施例2制得的玻纖增強聚乳酸復合材料粒子裝入模壓機型腔，將模具溫度分別設定為180℃，在40mpa下保壓5s，冷卻定型60s，制得汽車懸架支架，其無充模不良及浮纖等外觀缺陷，外觀質量良好。將制備的汽車懸架支架組合至汽車，并使用，結果表明，該汽車懸架支架不僅耐高溫，并且結構尺寸穩定，各項使用性能優異。實施例6將實施例3制得的玻纖增強聚乳酸復合材料粒子裝入注塑機料筒，將單螺桿擠出機各段溫度分別設定為，170℃，185℃，195℃，205℃，215℃，模具溫度設定為90℃，在110mpa下保壓5s，再在70mpa下保壓10s，冷卻定型120s，制得汽車底盤固定支架，其無充模不良及浮纖等外觀缺陷，外觀質量良好。將制備的汽車底盤固定支架組合至汽車，并使用，結果表明，該汽車底盤固定支架不僅耐高溫，并且結構尺寸穩定，各項使用性能優異。表1各復合材料的性能檢測結果復合材料拉伸強度（mpa）彎曲模量（mpa）沖擊強度（j/m）熱變形溫度（℃）實施例124516523486141實施例223613081367145實施例323813791431152由表1可知；本發明各實施例制備的玻纖增強聚乳酸復合材料密度小，熱變形溫度高，并且各項力學性能優異。最后應說明的是，以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，盡管參照前述個實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當了解。其盡管依然可以對前述個實施例所記載的技術方案繼續擰修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。當前第1頁12