一种香蒲纤维增强复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种香蒲纤维增强复合材料及其制备方法。本发明属于材料领域，涉及一种树脂基复合材料。所述香蒲纤维增强复合材料由香蒲纤维以及香蒲适量混合黄麻纤维，与聚丙烯树脂短纤共混梳理成网，经层合热压制得。所述香蒲纤维增强复合材料拉伸强度为23.3-55.7MPa，弯曲强度为45.4-102.7MPa。所述香蒲纤维资源丰富，具有密度低、保温隔热性好等特性。所述黄麻纤维亦成本较低，具有刚性及初始模量较高的特性。本发明充分利用自然资源，结合香蒲与黄麻纤维的优异性能，开发新型香蒲纤维增强复合材料以替代麻类、木材及玻璃等合成纤维。该复合材料满足一般力学性能要求，具有天然轻质、保温隔热等特性，适用于汽车及家居装潢等构件，具有广阔发展前景。
【专利说明】一种香蒲纤维增强复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料领域，特别涉及一种树脂基复合材料。
【背景技术】
[0002]近年来随着世界范围内能源和资源的日益紧缺，新型材料的研发引起人们的重视和广泛关注，其中新型植物纤维的开发研究成为国内外众学者研究的热点。我国政府对天然纤维素原料的开发也及其重视，在《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》中明确指出:中国要实现快速发展，就必须将开发利用新能源和再生资源放到国家能源发展战略的优先地位，加强生物质能源的开发利用。中国工程院院士姚穆先生也多次呼吁由于传统纺织用天然以及合成原料的日趋减少，要充分利用自然资源，开发新型纤维及制品。
[0003]目前众科研学者研究的植物纤维种类繁多，大多为生活当地或本国资源丰富或具有地域特色的植物种类。国内外对新型植物纤维an等人对okra bast fiber (黄秋葵纤维)的脱胶及性能研究；Takashi Nishino对Papyrus (纸草)纤维增强复合材的研究目前多处于起步阶段，产品尚未形成规模，多以纤维脱胶处理和纤维性能研究为主。具体有M.H.Rahm料的研究；Sasa Sofyan Munawar等人对虎尾兰及蕉麻束纤维的性能研究；郁崇文、张明元等人对菠萝纤维的性能、纺纱工艺研究；李银环、黄茂芳对菠萝叶纤维的化学表面改性及其应用的研究；W Liu,M Misra,P Askeland等人对菠萝叶纤维作为增强材料的制备方法和性能评价的研究；刘晓霞、王振永等人对棕叶纤维的开发研究、张延辉、郁崇文对龙须草纤维化学脱胶工艺的探讨；于丽红、唐淑娟等人对乌拉草纤维纺织性能的研究；此外还有西安工程科技学院薛少林等人的摩擦纺荨麻包芯纱的纺制工艺及研究；郭嫣等人的荨麻可纺性能的分析研究；黄翠蓉、于伟东等人的大麻纤维可纺性能研究；上海日舒科技纺织有限公司联合东华大学、纺织研究院等多家科研单位和企业开发木棉纤维，开创具有自主知识产权的木棉大环锭纺纱技术等等。此外，竹纤维的研究相对较为多样和成熟并已实现产业化。
[0004]综上，众研究学者多针对其研究的天然植物纤维进行脱胶处理，测试纤维的物理及化学性能。一方面进行可纺性研究，纺制成纯纺或混纺纱线；另一方面利用纤维增强树脂基体，开发新型复合材料。
[0005]本发明以经脱胶工艺制得的香蒲工艺纤维为主要增强材料，适量辅以黄麻纤维与聚丙烯树脂短纤按照一定质量比进行混合梳理，制备复合材料预制件，经热压工艺制备新型香蒲纤维增强复合材料板材。
[0006]香蒲也称水烛、蒲草，香蒲科，香蒲属。香蒲多自生在水边或池沼内等浅水中，全株有香气。我国香蒲资源丰富。香蒲叶片全长80~180厘米，宽0.5~I厘米，由于其叶内的长方孔格海绵状纤维组织，使得香蒲纤维具有良好的保温隔热的功效。叶鞘和叶片干后是很好的编织材料，目前，香蒲叶鞘和叶片多用于编织蒲扇、蒲席、蒲包等初级加工，产品附加值不高。开发香蒲纤维新的用途和应用领域对充分利用自然资源、丰富复合材料产品种类具有积极意义。黄麻纤维是一种韧皮纤维，源于自然、对环境无害、可生物降解，价格低廉，具有较高的比模量、比强度，适合制作较高承载要求的复合材料增强体。我国黄麻资源丰富，应用历史悠久。本发明采用香蒲纤维与黄麻天然纤维替代或部分取代木材、玻璃纤维等材料做为聚合物复合材料的增强体，在净化环境、防止污染、替代有害物质、减少废弃物以及有效利用自然资源和材料的再资源化等方面具有积极意义。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种香蒲纤维增强复合材料及其制造方法。
[0008]所述香蒲纤维增强复合材料以香蒲纤维及香蒲适量混合黄麻纤维为增强体，香蒲纤维及香蒲适量混合黄麻纤维与聚丙烯短纤共混，梳理成网，经层合热压制得。所述香蒲纤维增强复合材料拉伸强度为23.3-55.7Mpa，弯曲强度为45.4-102.7Mpa ；
[0009]所述黄麻纤维与香蒲纤维的质量比为0:1-1:1;
[0010]所述香蒲纤维与聚丙烯短纤质量比为1:1.5-2.3:1 ；
[0011]所述香蒲纤维增强复合材料制造方法包括如下步骤:选取经脱胶处理的香蒲纤维若干，与黄麻短纤及聚丙烯短纤混合梳理成网，叠层制备复合材料预制件，经热压制得复合材料板材。
[0012]所述香蒲纤维增强复合材料中香蒲纤维为脱胶工艺纤维，纤维长度为142.0-218.8mm ;纤维细度为31.13-62.86Nm ;所述香蒲纤维增强复合材料中黄麻纤维为落麻纤维，纤维长度为50.1-173.3mm ;纤维细度为23.70-56.53Nm。
[0013]有益效果:
[0014]本发明所述复合材料的制造方法与现有技术相比，采用了新型香蒲工艺纤维为增强体，适量加入黄麻纤维 ，与聚丙烯短纤均匀混合形成预制件，利用热压工艺制备复合材料。此方法易于操作，成本低廉，相对成型周期较短，产品厚度变化容易，制备过程中没有废弃物产生，有利于环境的保护，符合绿色生产的要求。
[0015]本发明所述天然香蒲纤维及黄麻纤维是可再生性天然植物纤维，具有质轻、保温及优良的力学性能，不但可以作为麻类及木材的替代品，还可以部分取代玻璃等合成纤维。本发明所制备的香蒲纤维增强复合材料可以满足一般力学性能要求，特别是在民用方面，可作为非承力结构和部分承力结构部件，如汽车及室内装潢材料等，将具有广阔的发展前
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[0016]本发明中香蒲纤维与黄麻纤维的特点是:(1)香蒲纤维具有良好的保温性能，黄麻纤维具有一定的强度和刚度，且所述二种纤维长度及细度允许有一定的变化范围；(2)香蒲纤维、黄麻纤维与聚丙烯短纤易于混合梳理加工成型，复合材料预制件尺寸及形状具有很好的可设计性。
[0017]本发明具有天然可再生，轻质、优良的力学性能和保温(10小时内温度变化范围在4-6°C )、隔音、易成型等特点。
【具体实施方式】
[0018]本发明所述香蒲纤维混合适量黄麻纤维与聚丙烯树脂短纤经过混合机及梳理机进行混合梳理成纤网，将纤网进行叠层，经热压工艺制得复合材料板材。
[0019]下面给出本发明几个具体的实施例:[0020]实施例1:以香蒲纤维与聚丙烯短纤的质量比为2.3:1的比例进行混合，经热压制备轻质复合材料板材，热压温度变化区间为60°C -195°C。
[0021]所述的香蒲纤维与聚丙烯短纤混合梳理后按照梳理方向进行铺层，热压机加热到60°C，将上述铺层纤网放置到热压机上，升温到100°C，加压至3MPa，保压升温至160°C，保温IOmin后升温至195°C,保温保压30min后自然冷却至室温即可。
[0022]实施例2:以香蒲纤维与聚丙烯短纤的质量比为1.2:1的比例进行混合，经热压制备轻质复合材料板材，热压温度变化区间为60°C -195°C。
[0023]所述的香蒲纤维与聚丙烯短纤混合梳理后按照梳理方向进行铺层，热压机加热到60°C，将上述铺层纤网放置到热压机上，升温到100°C，加压至3MPa，保压升温至160°C，保温IOmin后升温至195°C,保温保压30min后自然冷却至室温即可。
[0024]实施例3:香蒲纤维与聚丙烯短纤的质量比为1:1.5的比例进行混合，进行热压制备轻质复合材料板材，热压温度变化区间为60°C -195°C。
[0025]所述的香蒲纤维与聚丙烯短纤混合梳理后按照梳理方向进行铺层，热压机加热到60°C，将上述铺层纤网放置到热压机上，升温到100°C，加压至3MPa，保压升温至160°C，保温IOmin后升温至195°C,保温保压30min后自然冷却至室温即可。
[0026]实施例4:香蒲纤维、黄麻纤维与聚丙烯短纤的质量比为1.75:1:2.25的比例进行混合，进行热压制备轻质复合材料板材，热压温度变化区间为60°C _195°C。
[0027]所述的香蒲纤维、黄麻纤维与聚丙烯短纤混合梳理后按照梳理方向进行铺层，热压机加热到60°C，将上述铺层纤网放置到热压机上，升温到100°C，加压至3MPa，保压升温至160°C，保温IOmin后升温至195°C，保温保压30min后自然冷却至室温即可。
[0028]实施例5:香蒲纤维、黄麻纤维与聚丙烯短纤的质量比为1:1.75:2.25的比例进行混合，进行热压制备轻质复合材料板材，热压温度变化区间为60°C _195°C。
[0029]所述的香蒲纤维、黄麻纤维与聚丙烯短纤混合梳理后按照梳理方向进行铺层，热压机加热到60°C，将上述铺层纤网放置到热压机上，升温到100°C，加压至3MPa，保压升温至160°C，保温IOmin后升温至195°C，保温保压30min后自然冷却至室温即可。
[0030]实施例6:香蒲纤维、黄麻纤维与聚丙烯短纤的质量比为1:1:1.57的比例进行混合，进行热压制备轻质复合材料板材，热压温度变化区间为60°C _195°C。
[0031]所述的香蒲纤维、黄麻纤维与聚丙烯短纤混合梳理后按照梳理方向进行铺层，热压机加热到60°C，将上述铺层纤网放置到热压机上，升温到100°C，加压至3MPa，保压升温至160°C，保温IOmin后升温至195°C，保温保压30min后自然冷却至室温即可。
[0032]香蒲纤维复合材料板材性能测试与结果
[0033]对于所述制备的香蒲纤维增强复合材料，其重量比同样厚度黄麻纤维增强聚丙烯层合复合材料轻5-10%。拉伸及弯曲性能是复合材料最基本和重要的力学性能，其能够反映复合材料抵抗外界拉伸及弯曲力破坏作用能力的强弱。根据目前适用于纤维增强复合材料国家标准(GB1447-83)及(GB1499-83)分别对不同工艺板材进行测试。从测试结果分析可知，对于不同增强纤维及不同质量配比的复合材料板材拉伸强度为23.3-55.7Mpa，拉伸模量 2.9-5.4Gpa ;弯曲强度为 45.4-102.7Mpa,弯曲模量 4.2-9.9Gpa。
[0034]本发明所述香蒲纤维增强复合材料力学性能高于常用的木碎板(拉伸强度15-18Mpa,拉伸模量1.0-2.4Gpa (郑融,冼杏娟，叶颖薇,等.黄麻纤维/环氧复合材料基其性能分析[J].复合材料学报，1995，(I):18-24.))，达到甚至超过同类植物纤维增强复合材料(具体见王瑞，焦晓宁，郭秉臣，等.亚麻纤维非织造布复合材料的研究与开发[J].纺织学报，2003，(5):15-17;曾竟成，肖加余，梁重云，等.黄麻纤维增强聚合物复合材料工艺与性能研究[J].玻璃钢/复合材料? 2001，(3):30-33 ;刘丽妍，黄故?制备工艺对亚麻增强聚丙烯复合材料拉伸性能的影响.工程塑料应用.2005.Vol.33 (10):24-27.等)，同时可以充分开发天然香蒲纤维在复合材料领域的应用，利用香蒲纤维增强复合材料的质轻、价廉、保温及隔音等特 点，可用于汽车及家居装潢等领域。
【权利要求】
1.一种香蒲纤维增强复合材料，所述香蒲纤维增强复合材料以香蒲纤维及香蒲适量混合黄麻纤维为增强体，其特征在于所述香蒲纤维及香蒲与黄麻纤维以短纤形式共混；所述香蒲纤维增强复合材料由香蒲纤维及香蒲与黄麻纤维与聚丙烯短纤热压制得，所述香蒲纤维增强复合材料拉伸强度为23.3-55.7Mpa，弯曲强度为45.4-102.7Mpa。
2.如权利I所述一种香蒲纤维增强复合材料，其特征在于所述黄麻纤维与香蒲纤维的质量比为0:1-1:1。
3.如权利I所述一种香蒲纤维增强复合材料，其特征在于所述香蒲纤维与聚丙烯短纤质量比为1:1.5。
4.如权利I所述一种香蒲纤维增强复合材料，其特征在于所述香蒲纤维与聚丙烯短纤质量比为1.2:1。
5.如权利I所述一种香蒲纤维增强复合材料，其特征在于所述香蒲纤维与聚丙烯短纤质量比为2.3:1。
6.如权利I所述一种香蒲纤维增强复合材料，其特征在于所述增强体制备方法包括如下步骤:选取经脱胶后香蒲纤维若干，与黄麻短纤及聚丙烯短纤混合梳理成网，制备复合材料预制件，经热压制得复合材料板材。所述香蒲纤维与聚丙烯短纤质量比为1:1.5-2.3:1。
7.如权利6所述香蒲纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于所述香蒲脱胶纤维长度为 142.0-218.8mm ;纤维细度为 31.13-62.86Nm。
8.如权利6所述香蒲纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于所述黄麻纤维为落麻纤维，纤维长度为50.12-1`73.26mm ;纤维细度为23.70-56.53Nm。
【文档编号】C08L97/02GK103483686SQ201310441804
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】刘丽妍, 王平, 黄忠, 陈永业, 朱晶晶 申请人:天津工业大学