本发明属于复合材料领域，具体涉及一种低voc天然纤维增强复合材料及其制备方法。
背景技术：
天然纤维增强树脂基复合材料以其优异的机械性能、较低的成本和可循环利用而越来越多的受到人们的关注，逐渐应用于汽车、飞机内饰材料，建筑、家具、装饰材料等领域。然而树脂基复合材料在生产和使用过程中存在着释放出挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds，voc)的问题，voc物质主要来源于树脂原料合成过程中使用过氧化物造成的分子链降解产生的，以及天然纤维中的果胶、木质素等成分受热分解也会生成voc物质。其中危害性较大的有苯、丙酮、甲苯、乙苯、二甲苯等。汽车、飞机、建筑等都属于相对比密闭的环境，空气流通不顺畅，苯等voc有害物质会逐步积累，严重危害人员的健康。
现有技术中，对于降低树脂基复合材料的voc释放，方案1，在复合材料体系中加入物理吸附剂，使其吸收voc物质，如cn105037941b一种低voc、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法公开了采用硅藻土、活性炭等吸附物质对voc进行吸附，但是物理吸附剂存在voc吸附平衡的问题，吸附剂达到吸附饱和状态后存在二次释放的可能性；方案2，在复合材料体系中加入voc有机物驱除剂来降低voc释放量，如cn101255252b低散发型汽车内饰件专用料及其制备方法公开了采用异丙醇来降低复合材料材料的voc，然而这种方式存在相容性低、持久性差等问题。
为了使天然纤维增强复合材料进一步达到节能环保的目的，扩大天然纤维增强复合材料的应用领域，需要提出一种成本较低、简单有效降低天然纤维增强复合材料voc释放量的方法，这具有重要的实际应用价值。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低voc天然纤维增强复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明首先提供了一种低voc天然纤维增强复合材料，由包括以下重量份的原料制成：
以上天然纤维和热塑性树脂纤维的总量为100份，voc捕捉剂、抗氧化剂分别按上述总量每100份各占比例2-10份、0.1-0.9份。
所述天然纤维包括竹原纤维、麻纤维、棕榈纤维中的一种。
所述热塑性树脂纤维包括聚丙烯纤维、聚酰胺纤维中的一种。
所述voc捕捉剂包括亚乙基脲、脲素、碳酸肼中的一种。
所述抗氧化剂包括亚磷酸脂类、硫酯类、醇酯类中的一种。
更优选地，所述抗氧化剂包括抗氧化剂1010。
本发明还提供了所述低voc天然纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将voc捕捉剂和抗氧化剂分别配制成voc捕捉剂溶液和抗氧化剂溶液；
(2)将天然纤维和热塑性树脂纤维分别单独开松一次，然后再混合开松一次，得到混合纤维；
(3)将步骤(1)中的voc捕捉剂溶液均匀的喷淋在开松后的混合纤维上，密封保存1-2h；
(4)将步骤(1)中的抗氧化剂溶液均匀的喷淋在步骤(3)处理后的混合纤维上，密封保存1-2h；
(5)将步骤(4)中改性后的混合纤维制成复合毡料，经过热压成型工艺制成所述低voc天然纤维增强复合材料。
进一步地：
步骤(1)所述voc捕捉剂溶液中的溶剂包括水。更进一步地，加入的溶剂水占混合纤维质量的10-20％。
步骤(1)所述抗氧化剂溶液中的溶剂包括乙醇。
步骤(5)所述热压成型，热压温度控制在190-220℃，热压时间控制在1-3min。
本发明通过在天然纤维增强复合材料体系中添加voc捕捉剂和抗氧化剂，通过voc捕捉剂先与复合材料成型过程中天然纤维与树脂热降解产生的voc物质发生螯合反应将其消耗；通过抗氧化剂抑制天然纤维和树脂在成型以及使用过程中发生热降解和光降解，避免voc小分子物质产生。通过voc捕捉剂和抗氧化剂的协同作用，实现得到一种低voc天然纤维增强复合材料的目的。
本发明采用“针刺+热压”的方法制备了天然纤维增强复合材料，与采用螺杆挤出的方法制备的复合材料相比，本发明采用的天然纤维长度较长，最长可达100mm以上，而螺杆挤出法只能采用长度为1-10mm的天然纤维粉体，根据复合材料的复合法则，纤维的长度越长，复合材料的力学性能越好；同时采用的voc捕捉剂尿素和抗氧化剂都是粉末，且添加量较少，如果用螺杆挤出直接和纤维等原料混合，极易造成voc捕捉剂尿素和抗氧化剂在体系中分散不均匀，进而影响复合材料的voc释放性能，而将本发明voc捕捉剂尿素和抗氧化剂配置成溶液，喷淋在纤维上，会更加均匀，效果更好。
本发明的有益效果在于：
本发明通过在天然纤维增强复合材料体系中添加voc捕捉剂和抗氧化剂，通过voc捕捉剂先与复合材料成型过程中天然纤维与树脂热降解产生的voc物质发生螯合反应将其消耗，减少voc小分子物质的散出；通过抗氧化剂抑制天然纤维和树脂在成型以及使用过程中发生热降解和光降解，从源头上避免voc小分子物质产生。通过voc捕捉剂和抗氧化剂的协同作用，实现得到一种低voc天然纤维增强复合材料的目的。不仅可以满足汽车飞机内饰件散发性物质含量标准要求，还具有优良的力学性能，可以广泛应用于建筑装饰、家居用品、电子通信、医疗环保等领域。另外，本发明的制备工艺简单、生产成本低，易于实现工业化。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。这些实施例仅用于详细具体说明本发明的技术方案，并不限制本申请要求保护的范围。
实施例1
将质量比例为70％竹原纤维和30％聚丙烯纤维分别单独开松一次，然后再混合开松一次，得到竹原纤维/聚丙烯混合纤维，将混合纤维经过梳理、针刺工艺制成纤维毡，然后将纤维毡经过热压工艺制成天然纤维增强复合材料，热压温度为190℃，压力为15mpa，热压时间为20min，即可得到竹原纤维/聚丙烯复合材料。所得复合材料的voc物质释放量如表1所示，力学性能如表2所示。
实施例2
将质量比例为70％竹原纤维和30％聚丙烯纤维分别单独开松一次，然后再混合开松一次，得到竹原纤维/聚丙烯混合纤维；将占混合纤维质量10％的voc捕捉剂尿素溶于占混合纤维质量15％的水中，然后将尿素溶液喷淋在混合纤维上，密封保存1h。
将改性后的混合纤维经过梳理、针刺工艺制成纤维毡，然后将纤维毡经过热压工艺以制成所述低voc天然纤维增强复合材料，热压温度为190℃，压力为15mpa，热压时间为20min，即可得到低voc竹原纤维/聚丙烯复合材料。所得复合材料的voc物质释放量如表1所示，力学性能如表2所示。
实施例3
将质量比例为70％竹原纤维和30％聚丙烯纤维分别单独开松一次，然后再混合开松一次，得到竹原纤维/聚丙烯混合纤维；将占混合纤维质量10％的voc捕捉剂尿素溶于占混合纤维质量15％的水中，然后将尿素溶液喷淋在混合纤维上，密封保存1h；将占混合纤维质量0.5％的抗氧化剂1010溶解在30g的乙醇中，在磁力搅拌器上于50℃下搅拌20min，转速为500r/min，使得抗氧化剂完全溶解，然后将抗氧化剂1010溶液喷淋在尿素改性后的混合纤维上，密封保存1h。
将经尿素、抗氧化剂改性后的混合纤维经过梳理、针刺工艺制成纤维毡，然后将纤维毡经过热压工艺以制成所述低voc天然纤维增强复合材料，热压温度为190℃，压力为15mpa，热压时间为20min，即可得到低voc竹原纤维/聚丙烯复合材料。所得复合材料的voc物质释放量如表1所示，力学性能如表2所示。
实施例4
将质量比例为70％竹原纤维和30％聚丙烯纤维分别单独开松一次，然后再混合开松一次，得到竹原纤维/聚丙烯混合纤维；将占混合纤维质量10％的voc捕捉剂尿素溶于占混合纤维质量15％的水中，然后将尿素溶液喷淋在混合纤维上，密封保存1h；将占混合纤维质量0.7％的抗氧化剂1010溶解在30g的乙醇中，在磁力搅拌器上于50℃下搅拌20min，转速为500r/min，使得抗氧化剂完全溶解，然后将抗氧化剂1010溶液喷淋在尿素改性后的混合纤维上，密封保存1h。
将经尿素、抗氧化剂改性后的混合纤维经过梳理、针刺工艺制成纤维毡，然后将纤维毡经过热压工艺以制成所述低voc天然纤维增强复合材料，热压温度为190℃，压力为15mpa，热压时间为20min，即可得到低voc竹原纤维/聚丙烯复合材料。所得复合材料的voc物质释放量如表1所示，力学性能如表2所示。
实施例5
将质量比例为70％竹原纤维和30％聚丙烯纤维分别单独开松一次，然后再混合开松一次，得到竹原纤维/聚丙烯混合纤维；将占混合纤维质量10％的voc捕捉剂尿素溶于占混合纤维质量15％的水中，然后将尿素溶液喷淋在混合纤维上，密封保存1h；将占混合纤维质量0.9％的抗氧化剂1010溶解在30g的乙醇中，在磁力搅拌器上于50℃下搅拌20min，转速为500r/min，使得抗氧化剂完全溶解，然后将抗氧化剂1010溶液喷淋在尿素改性后的混合纤维上，密封保存1h。
将经尿素、抗氧化剂改性后的混合纤维经过梳理、针刺工艺制成纤维毡，然后将纤维毡经过热压工艺以制成所述低voc天然纤维增强复合材料，热压温度为190℃，压力为15mpa，热压时间为20min，即可得到低voc竹原纤维/聚丙烯复合材料。所得复合材料的voc物质释放量如表1所示，力学性能如表2所示。
表1各实施例复合材料voc释放量对比
表2各实施例复合材料力学性能对比
通过表1、表2可以看出，添加voc捕捉剂和抗氧化剂协同作用后(实施例3)，复合材料tvoc释放量相较于未改性处理复合材料(实施例1)和只添加voc捕捉剂的复合材料(实施例2)出现了不同程度的降低，说明voc捕捉剂和抗氧化剂协同作用对降低天然纤维增强复合材料的voc释放量有较为显著的效果。同时复合材料的力学性能也有不同幅度的提升。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。