一种多元增强的聚烯烃合金木塑复合材料制造方法及制品与流程

本发明属于复合材料制造，涉及一种多元增强的聚烯烃合金木塑复合材料制造方法及制品。

背景技术：

1、木塑复合材料是一种由废弃的热塑性塑料、生物质纤维以及多种助剂制成的新材料，具有良好的可塑性和易加工性。它不仅可以替代传统的实木材料，还可应用于装饰、园林景观等领域，并带有较高的附加值。近年来，中国风电产业蓬勃发展，成为全球风电装机容量最大的国家。然而，随着大量风电设备的退役，废弃风电叶片处理和利用问题日益突出。废弃的风电叶片主要由环氧树脂和玻璃纤维构成，这两种材料难以回收和反复利用，给环境带来了严重的污染和资源浪费问题。全球范围内，废弃风电叶片的回收利用技术主要包括物理回收、热回收和化学回收。物理回收是目前回收利用的主要方法之一，其优点在于具有更大的产业化潜力。然而，目前的物理回收技术仅能得到固化的环氧树脂粉末和含有已固化环氧树脂的玻璃纤维短纤，而且这些材料回收纤维成分不纯，性能也较低，无法应用于高价值领域。热回收则存在成本较高的问题，而化学回收的能耗较大。因此，如何提升废弃风电叶片的回收利用效率，实现无害化和高值化利用，是当前亟待解决的问题。同时，由于废弃风电叶片回收纤维成分不纯以及机械回收过程中存在缺陷等问题，导致木塑复合材料的增强效果受限，制约了其在高附加值领域的应用。

2、聚烯烃是通用塑料，成本较低但性能不足，工程塑料如pa6等性能较高，但成本也很高，为了获得高性价比的塑料，工业上可通过聚烯烃和pa6进行合金改性。此外还需要进行纤维增强以进一步提高其机械性能。而风电叶片回收纤维对热塑性树脂的增强效果不佳。相比之下，玄武岩纤维则具有良好的增强效果和环保特性，具备较高的应用潜力。但开发使用玄武岩纤维增强热塑性树脂材料的过程中也不得不面临纤维分散难度大、成本较高，缺少相关承受技术可以参考的困难。

3、因此，如何增强木塑复合材料，提高木塑复合材料的性能，以及如何对风电叶片进行材料改性和工艺改进以提高木塑复合材料的强度和附加值，是解决废弃风电叶片资源化利用和高价值应用的关键问题。需要开发新技术方案来解决这一挑战，为风电行业和复合材料行业的可持续发展做出贡献。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供克服现有材料缺陷、工艺更加合理、制品性能更优、能有效利用风电叶片回收纤维、玄武岩纤维、pa6及改性聚烯烃材料的一种多元增强的聚烯烃合金木塑复合材料及其制造方法。

2、本发明所采取的技术方案是：一种多元增强的聚烯烃合金木塑复合材料制造方法，具有以下步骤：s1：将生物质材料经破碎、研磨、筛分工序制备为生物质纤维材料，所述生物质纤维材料在40目至180目之间，并控制其含水率在5％-8％之间，封闭储存备用；s2：对风电叶片回收树脂通过粉体用低温等离子处理机进行低温等离子处理工艺改性，制得改性的风电叶片回收树脂；s3：将风电叶片回收纤维、玄武岩纤维与pa6、聚烯烃复合，经造粒工艺制得风电叶片回收纤维增强pa6-聚烯烃母粒；s4：将经步骤s1制得的所述生物质纤维材料、经步骤s2制得的所述改性的风电叶片回收树脂和经步骤s3制得的所述风电叶片回收纤维增强pa6-聚烯烃母粒，与聚烯烃和/或马来酸酐接枝聚烯烃进行混合，并加入抗氧剂、抗老化剂、抗紫外线剂、碳酸钙、润滑剂、颜料中一种或几种进行混合，再经造粒、挤出成型工艺制得多元增强的聚烯烃合金木塑复合材料母料；s5：使用多元增强的聚烯烃合金木塑复合材料母料，以挤出成型、模压成型、注射成型或3d打印成型工艺中的一种或几种工艺制得多元增强的聚烯烃合金木塑复合材料。

3、作为上述方法的进一步改进，步骤s1中所述生物质纤维为木纤维、竹纤维、秸秆纤维、稻壳纤维、麻纤维及其加工剩余物纤维中的至少一种；步骤s2中所述风电叶片回收树脂由废弃风电叶片经过切割、粉碎、研磨、筛分等机械加工而成，主要成分为已固化的环氧树脂；步骤s3中所述聚烯烃为pe、pp中的至少一种；步骤s4中所述马来酸酐接枝聚烯烃为mape、mapp中的至少一种。

4、作为上述方法的进一步改进，所述步骤s3中的造粒工艺中，在造粒装置的机筒上设置至少一台超声波装置，或在步骤s4中的造粒和/或挤出成型工艺环节中，在造粒装置和/或挤出装置的机筒上设置至少一台超声波装置。

5、作为上述方法的进一步改进，步骤s3中制备所述风电叶片回收纤维增强pa6-聚烯烃母粒，具有以下步骤：s3.1：对风电叶片回收纤维进行低温等离子处理工艺改性，得到物料a；s3.2：将无水乙醇与蒸馏水配成溶液b，在溶液b中加入硅烷偶联剂，制得溶液c；s3.3：将所述物料a置于所述溶液c中，使所述物料a浸泡于所述溶液c，并经陈放工艺处理；s3.4：将经步骤s3.3处理后的物料进一步置于干燥设备中烘干得到物料d；s3.5：将玄武岩纤维置于所述溶液c中，使所述玄武岩纤维浸泡于所述溶液c，并经陈放工艺处理；s3.6：将经步骤s3.5处理后的物料进一步置于干燥设备中烘干得到改性初步产物e；s3.7：对所述物料d进行低温等离子处理工艺改性，得到物料f；s3.8：将改性初步产物e通过粉体用低温等离子处理机或电晕机进行改性，得到改性中间产物g；s3.9：将dcp置于丙酮溶液中进行溶解，得到溶液h；s3.10：将所述溶液h喷洒在所述物料f中，搅拌均匀，得到物料i；将所述溶液h喷洒在所述改性中间产物g中，搅拌均匀，得到改性玄武岩纤维最终产物j；s3.11：将dcp、mah溶解在丙酮溶液中，得到溶液k；s3.12：将所述溶液k喷洒在pa6和聚烯烃中，搅拌均匀，得到物料l；s3.13：以所述物料i、改性玄武岩纤维最终产物j和所述物料l经造粒机造粒，得到pa6-聚烯烃合金母粒m。

6、作为上述方法的进一步改进，所述步骤s3.1中所述风电叶片回收纤维包括质量份数60-90份的玻璃纤维、质量份数10-40份的已固化环氧树脂粉末，且所述环氧树脂粉末无规则分布附着在所述玻璃纤维表面。

7、作为上述方法的进一步改进，步骤s3.2中所述硅烷偶联剂为带氨基官能团、乙烯基官能团的硅烷偶联剂中的一种或几种。进一步，所述硅烷偶联剂为kh550硅烷偶联剂和/或kh151硅烷偶联剂。

8、作为上述方法的进一步改进，步骤s3.13中所述造粒机具有主机机筒，所述主机机筒上具有主喂料口，所述造粒机还具有侧喂料机和口模，在所述主机机筒的主喂料口到所述侧喂料机之间设有一个或多个机筒段，所述侧喂料机到所述口模之间设有一个或多个机筒段，在所述机筒段上设置有一台或多台超声波装置。

9、作为上述方法的进一步改进，所述物料i和改性玄武岩纤维最终产物j由所述侧喂料机喂入；当改性初步产物e为短纤时，将占pa6-聚烯烃合金母粒m总质量分数10％-30％的改性玄武岩纤维最终产物j和质量分数10％-30％的物料i先混合均匀，再放入一个侧喂料机中；当改性初步产物e种类为连续纤维时，将占pa6-聚烯烃合金母粒m总质量分数10％-30％的改性玄武岩纤维最终产物j和质量分数10％-30％的物料i分别放在两个侧喂料机中；将占pa6-聚烯烃合金母粒m总质量分数40％-80％的物料l放入造粒机的所述主喂料口中，通过造粒机反应挤出改性得到pa6-聚烯烃合金母粒m。

10、作为上述方法的进一步改进，所述步骤s3.9的溶液h中含有的dcp质量与物料i的质量比小于1：100；所述步骤s3.9的溶液h中含有的dcp质量与改性玄武岩纤维最终产物j的质量比小于1：100；所述步骤s3.11的溶液k中含有的dcp质量与pa6和聚烯烃总量的质量比在1：1000至1：100范围内；所述步骤s3.11的溶液k中含有的mah质量与pa6和聚烯烃总量的质量比在1：200至1：20之间。

11、本发明还提供了一种多元增强的聚烯烃合金木塑复合材料制品的技术方案，其采用了上述技术方案中的任意一种方法制得木塑复合材料制品。

12、作为上述制品的进一步改进，所述制品原料中回收树脂的重量份数为5-20份；风电叶片回收纤维增强pa6-聚烯烃母粒的重量份数为：5-30份；聚烯烃的重量份数为：0-30份；马来酸酐接枝聚烯烃的重量份数为：3-15份；生物质纤维的重量份数为：20-60份；其他助剂的重量份数为2-20份。

13、本发明的有益效果是：本发明可以制备出性能更好的多元增强的木塑复合材料，也可实现废弃风电叶片回收纤维和树脂的高值化利用。.通过复配玄武岩纤维和回收纤维，合金化改性高强度工程塑料和通用塑料及优化材料配方，在制备增强母粒时采用更优的纤维分散技术，使不同材料更好地融合在一起，提高增强效果，并解决了废弃风电叶片回收玻璃纤维、玄武岩纤维增强木塑复合材料效果不明显的问题，促进了废弃风电叶片的高值化应用，更促进木塑复合材料的性能提升，实现了玻璃纤维、玄武岩纤维、pa6及聚烯烃对木塑复合材料的多元增强。通过使用低温等离子体处理回收纤维来增加环氧树脂表面活性基团，提高了已固化的环氧树脂与聚烯烃和pa6之间良好的界面结合，从而提高了附着力和材料性能。使用超声波振动在木塑造粒工艺中可以增加微观接触机会，改善了活性基团之间的界面相容性，提高了复合材料的强度和性能，并解决了回收纤维分散问题，提高了材料的均匀性和品质。在木塑挤出工艺中继续使用超声波振动可以进一步增加活性基团反应机率，使反应更充分、界面相容性更好，并避免回收纤维的团聚。本发明可以有效地增强回收纤维与复合材料基质的粘合力，提高了复合材料的结构强度和耐久性，有助于解决回收过程中出现的界面损伤和连接弱点问题，制备更高性能的复合材料。本发明利用kh550和kh151偶联剂处理废弃风电叶片的回收纤维和玄武岩纤维，增强了材料的界面结合，并进一步提高了材料之间的化学反应效率。这些措施改善玻璃纤维、玄武岩纤维、已固化环氧树脂、pa6和聚烯烃之间的界面结合，增加了母粒对复合材料性能改善的作用。本发明使用多个低温等离子体处理的步骤，引入更多的活性基团，提高了回收纤维、玄武岩纤维和复合材料基质之间的化学反应机会和概率，增强了界面的粘结强度和稳定性。本发明在添加kh151之前，在物料i和改性玄武岩纤维最终产物j中添加适量的dcp，以确保kh151中的乙烯基可以与聚烯烃快速发生化学反应，并提高了界面结合强度。本发明通过dcp和mah的原位接枝反应，促进了pa6和聚烯烃的界面相容性。本发明使用超声波振动加速化学反应过程，提高了聚烯烃分子链的运动，并提高了原位接枝率和pa6以及聚烯烃的界面相容性。本发明在侧喂料机到造粒机口模之间设置的超声波装置可以有效增强kh151和kh550的功能团和各组分之间的化学反应概率，提高了界面相容性，并减少了玻璃纤维团聚的概率。

14、综上，通过低温等离子体和硅烷偶联剂改性处理，使得风电叶片回收纤维中的活性基团大幅增加，通过原位接枝改性和超声波振动，使得风电叶片回收纤维中的玻璃纤维、已固化环氧树脂、玄武岩纤维、pa6、聚烯烃相互的界面相容性大大提高，改善了回收纤维、玄武岩纤维在pa6-聚烯烃合金中的分散性，从而制备了风电叶片回收纤维及玄武岩纤维增强pa6-聚烯烃母粒，使得回收的废弃风电叶片能得到高值化利用。通过对风电叶片回收树脂进行低温等离子体处理，并在木塑的造粒、挤出设备上增加超声波装置，大大提高木塑复合材料的力学性能，拓宽了木塑应用领域，使得回收的废弃风电叶片能得到高值化利用。