本发明涉及复合材料制备领域，且特别涉及一种环氧乙烯基树脂复合材料及其制备方法。
背景技术：
我国棉花种植面积广泛，棉秆韧皮资源丰富。棉杆皮纤维容易在自然界中分解，对生活环境的保护有着重要的作用。人们可以利用巨大的棉杆皮资源，将棉杆转化为可以利用的纺织纤维，不仅可以解决制备传统复合材料使用化纤原料对环境的污染和原料短缺的问题，推动了纺织业的发展，而且减轻了环境的压力，值得大力推广，是经济建设的一大关键之处。
传统的合成纤维增强材料不仅造价高，消耗大量能源，在加工过程中对工作人员的身体状况造成极大损坏，而且材料回收困难，给环境造成沉重的负担。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种环氧乙烯基树脂复合材料的制备方法，该制备方法能耗少，能够有效利用棉花种植的废弃物，提升棉杆的综合利用率，利于环境保护和可持续发展。
本发明的另一目的在于提供一种环氧乙烯基树脂复合材料，解决了传统复合材料无增强基或采用其他化学纤维作为增强基体制得的复合材料拉伸、弯曲性能和吸水性能差等缺点。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种环氧乙烯基树脂复合材料的制备方法包括：将环氧乙烯基树脂和固化剂混合后喷涂到棉杆皮纤维毡后喷涂促进剂后加热固化成型。其中，环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10:3-5:3-5。
本发明提出一种环氧乙烯基树脂复合材料，其通过上述制备方法制备得到。
本发明环氧乙烯基树脂复合材料的制备方法的有益效果是：该制备方法通过环氧乙烯基树脂、固化剂、促进剂和棉杆皮纤维反应固化，不仅可以降低生产成本，来满足市场的需要，而且还可以满足可持续发展的要求，解决了传统的合成纤维增强材料不仅造价高，消耗大量能源，在加工过程中对工作人员的身体状况造成极大损坏，而且材料回收困难，给环境造成沉重的负担的问题。且该制备方法流程短、成本低、绿色环保。制备得到的复合材料具有强度高、模量高、耐磨、耐高温等特性，同时具有强度高、质地轻、韧性好、具有良好的可延伸性能的特点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面对本发明实施例的环氧乙烯基树脂复合材料的制备方法以及环氧乙烯基树脂复合材料进行具体说明。
本发明实施例提供的一种环氧乙烯基树脂复合材料的制备方法：
s1、棉杆预处理；
利用开松设备将剥好的棉杆皮开松成细纤维束即棉杆皮纤维粗品，将开松好的纤维原料放入容器中，向容器中灌注水，水深漫过纤维表面，加热容器至水温升至70℃-120℃，并保温20-26小时。
由于开松后的棉杆皮纤维粗品结构紧实，纤维与纤维之间紧密贴合在一起，若直接将开松好的棉杆皮纤维粗品进行脱胶，增大了脱胶的难度，不易脱胶完全，而且强行将紧密贴合纤维与纤维剥离开，容易损害纤维的结构。因此，先对棉杆皮纤维粗品进行蒸煮，使得棉杆皮纤维粗品吸水膨胀，增大纤维与纤维之间的空隙，便于脱胶。同时，棉杆皮纤维粗品表面湿润更容易吸收等离子体的脱胶处理液，进一步地，增加脱胶的速率和效率。
s2、脱胶、漂白、软化、第一梳理、烘干、给油以及第二次处理；
s2.1、脱胶和漂白；
向开松浸泡好的棉杆皮纤维粗品的存储容器中加入配制好的碱金属氧化物的水溶液进行浸泡和加热。碱金属氧化物的水溶液对棉杆皮纤维粗品表面的纤维素、半纤维素、胶质等具有溶胀作用，能够渗透到各个大分子的内部使其裂解为单糖或者其他小分子，进而溶解以实现脱胶。进一步地，使用的碱金属氧化物水溶液的量为总的水量的1/20-1/30；使用的碱金属氧化物为氢氧化钠或者氢氧化钾，使用的碱金属氧化物的水溶液的质量浓度为10-18g/l。在该浓度范围内，碱金属氧化物水溶液能够将棉杆皮纤维粗品表面的胶质、纤维素等杂质去除，又不会因为碱金属氧化物的浓度过高而破坏脱胶后的棉杆皮纤维粗品的纤维结构，保证后续得到的棉杆皮纤维粗品的结构的完整性，进而保证了后续制备得到的复合材料的结构完整，具有良好的拉伸、延展等性能。
进一步优选地，脱胶过程中还需要进行加热，以促进碱金属氧化物与纤维素和胶质等杂质作用的速率以及效率。具体地，加热的温度是80-120℃，加热时间为2-5小时。在该范围的加热温度和加热时间内，棉杆皮纤维粗品表面的杂质能够良好地与碱金属氧化物进行反应以实现良好的脱胶，若加热温度或加热时间高于或低于该范围，脱胶效果均会大大降低，使得棉杆皮纤维粗品表面的残胶过多。而需要进行更多的后续处理，且对棉杆皮纤维粗品的损伤较大。
进一步优选地，在棉杆皮纤维粗品脱胶后，利用热水对脱胶后的棉杆皮纤维粗品进行冲洗。采用热水是防止已分解并溶解的杂质因为温度降低而重新附着到棉杆皮纤维粗品表面，进而降低脱胶的效率。并且采用冲洗利用水的重力和压力进一步促进水解的杂质的脱落。具体地，采用的热水的温度为90-120℃的水，冲洗次数为2-3次。进一步优选地，为了保证脱胶的效率，可以进行多次脱胶。
漂白不仅能够去除棉杆皮纤维粗品内含有的天然色素，赋予纤维必要的白度，提升其美观度。同时对棉杆纤维上残留的其他杂质进一步去除并且一定程度上提升棉杆皮纤维粗品的湿润性能。具体地，漂白是将脱胶的棉杆皮纤维粗品放置在温度为80-120℃的水浴锅内，使得水漫过最上层的棉杆皮纤维粗品，而后加入氧化性漂白剂，并保温1-3小时。采用氧化性漂白剂是利用其氧化性能对棉杆皮纤维粗品进行褪色，并且在褪色后不能在回复到原来的颜色，保证了漂白的效果。进一步优选地，使用氧化性漂白剂选用质量百分比为30-40％过氧化氢，并且加入的过氧化氢的量为总的水量的1/20-1/30。将褪色后的棉杆皮纤维粗品使用水冲洗2-3次，去除棉杆皮纤维粗品表面可能附着的过氧化氢。
s2.2、软化和第一次处理；
因为漂白后的纤维手感硬挺，且大部分是纤维束，不利于后面的工艺进行，所以需要将纤维软化。软化的同时能够补充棉杆皮纤维粗品在脱胶和漂白过程中丧失的油脂，提升棉杆皮纤维粗品的手感。具体地，软化是将漂白后的棉杆皮纤维粗品在温度为60-80℃的水浴锅内，使得水漫过最上层的棉杆皮纤维粗品，而后加入与软化剂，并保温8-12小时，其中，加入的软化剂的量为总的水量的1/7-1/12。进一步优选地，使用的软化剂为两性型柔软剂和阳离子型柔软剂的混合物，两者协同作用能够提升软化剂的柔软性能，同时，能够防止棉杆纤维变黄或者变色。将软化后的棉杆皮纤维粗品使用水冲洗2-3次，去除棉杆皮纤维粗品表面可能附着的软化剂。
经过脱胶、漂白以及软化后的棉杆皮纤维粗品的表面的杂质、色素等基本已经去除，但是得到的棉杆皮纤维粗品团簇在一起，结构紧实，单纤维含量少。为了解决这一技术问题，需要对团簇的棉杆皮纤维粗品进行梳理。具体地，是将团簇的棉杆皮纤维粗品在安装有细密梳针的梳理设备进行梳理得到细小纤维素或者单根纤维，梳理过程需要根据纤维的分离度不断反复的进行，直至单纤维含量超过棉杆皮纤维粗品总量的80％。同时，采用软化能够有效防止后续烘干过程中棉杆纤维重新合并和粘连在一起。
s2.3、烘干、给油以及第二次梳理；
棉杆皮纤维粗品经过脱胶、漂白、软化、第一次梳理后表面可能含有大量的水分，若直接将经过上述处理的棉杆皮纤维粗品与固化剂、促进剂反应制备复合材料，得到的复合材料结构松散、延展性、吸水性均会降低。同时，为了除去纤维内部游离的水分子，保证后续制备得到的复合材料的相关性能，需要对棉杆皮纤维粗品进行烘干。
具体地，将第一次梳理完成后的棉杆皮纤维粗品均匀铺设到烘干器内进行烘干，烘干的温度为100-150℃，烘干时间为5-8小时。均匀铺设保证了棉杆皮纤维粗品各个部位受热均匀，保证烘干效果。同时，采用上述的烘干温度和烘干时间在保证能够将棉杆皮纤维粗品烘干的前提下尽可能地减少加热对纤维结构的影响，保证纤维结构的完整性。
由于棉杆皮纤维粗品硬度较大，纤维长度长，不利于纤维在梳棉机上进行梳理成网，进而影响棉杆皮纤维与环氧乙烯基树脂反应，影响复合材料的生成，以及得到的复合材料的性能。若棉杆纤维硬度大，后期制备时不易与环氧乙烯基树脂反应，同时制得的复合材料脆性过高，延展性差。因此，需要对棉杆皮纤维给油以软化单纤维，同时促进棉杆皮纤维与环氧乙烯基树脂反应。具体地，给油是将乳化剂喷射到烘干后的棉杆皮纤维粗品上进行密封。采用喷射是保证棉杆皮纤维粗品上具有乳化剂，同时防止乳化剂含量过高，使得棉杆皮纤维过软，降低后续复合材料的性能。同时，乳化剂过多地附着在棉杆皮纤维粗品表面，不利于棉杆皮纤维与环氧乙烯基树脂接触并反应。采用密封，是为了促进乳化剂与棉杆皮纤维粗品进行反应，加快乳化过程。具体的密封方式采用塑料包裹棉杆皮纤维粗品进行密封。进一步优选地，乳化剂主要由麻油、乳化油和水制成。使用的麻油、乳化油和水的质量比为1-3：1-3：20。密封的时间为12-16小时。
第二次梳理棉杆皮纤维粗品其分布均匀，便于后续与环氧乙烯基树脂固化反应得到复合材料。具体地，将处理过的棉杆皮纤维粗品放在梳棉机进行梳理，使其分布均匀，梳理次数为3-5次得到棉杆皮纤维毡。
s3、制备复合材料；
由于促进剂和固化剂在一起会产生剧烈化学反应，进而二者先混合便会失去对应的效果，不能制备得到复合材料，因此促进剂和固化剂需要分别添加。首先，将环氧乙烯基树脂和固化剂混合并搅拌均匀，而后均匀喷涂到棉杆皮纤维毡上，再均匀喷涂促进剂，而后在30-60℃、11-15mpa的条件下固化1-3小时，制备得到复合材料。其中，使用的环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10:3-5:3-5。采用上述比例的环氧乙烯基树脂、固化剂和促进剂保证了环氧乙烯基树脂能够完全地棉杆皮纤维毡内的纤维进行反应，保证了复合材料的生成。若使用的环氧乙烯基树脂、固化剂和促进剂的比例低于或高于该范围得到的复合材料的性能将会急剧降低，甚至不能生成复合材料。
本发明实施例还提供的一种环氧乙烯基树脂复合材料。该复合材料通过上述的制备方法制备得到。该复合材料具有强度高、模量高、耐磨、耐高温等特性，利用棉杆皮纤维制备环氧乙烯基树脂复合材料可广泛应用于汽车、建筑、室内装饰等领域。该制备方法不仅可以降低生产成本，来满足市场的需要，而且还可以满足可持续发展的要求，解决了传统的合成纤维增强材料不仅造价高，消耗大量能源，在加工过程中对工作人员的身体状况造成极大损坏，而且材料回收困难，给环境造成沉重的负担。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例还提供一种制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法：
利用开松设备将剥好的棉杆皮开松成细纤维束即棉杆皮纤维粗品，将开松好的纤维原料放入容器中，向容器中灌注水，水深漫过纤维表面，加热容器至水温升至70℃，并保温24小时。而后添加质量浓度为10g/l的氢氧化钠水溶液，使用的氢氧化钠水溶液的量为总的水量的1/20，脱胶的加热温度为100℃，加热时间为3小时，而后，将脱胶后的棉杆皮纤维粗品使用90℃的水冲洗2次。
将脱胶的棉杆皮纤维粗品放置在温度为100℃的水浴锅内，使得水漫过最上层的棉杆皮纤维粗品，而后加入与质量百分比为35％过氧化氢，并保温1小时，其中，加入的过氧化氢的量为总的水量的1/20，而后，将褪色后的棉杆皮纤维粗品使用水冲洗2次。
将漂白后的棉杆皮纤维粗品在温度为80℃的水浴锅内，使得水漫过最上层的棉杆皮纤维粗品，而后加入与软化剂，并保温9小时，其中，加入的软化剂的量为总的水量的1/7。而后，将软化后的棉杆皮纤维粗品冲洗3次。
软化后进行第一梳理，直至单纤维含量超过棉杆皮纤维粗品总量的80％。将第一次梳理完成后的棉杆皮纤维粗品均匀铺设到烘干器内进行烘干，烘干的温度为150℃，烘干时间为6小时。
将麻油、乳化油和水按照1：1：20配比配制乳化剂，将配好的乳化剂均匀的喷洒在棉杆皮纤维粗品上，并用塑料袋装好，密封16小时。将处理过的棉杆皮纤维粗品放在梳棉机进行梳理，使其分布均匀，梳理次数为3次得到棉杆皮纤维毡。
将环氧乙烯基树脂和固化剂混合并搅拌均匀，而后均匀喷涂到棉杆皮纤维毡上，再均匀喷涂促进剂，而后在40℃、13mpa的条件下固化2小时，制备得到复合材料。其中，环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10：4：4。
实施例2
本实施例提供的制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法基本与实施例1提供的制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法一致，区别在于操作条件以及使用的试剂发生变化。
预处理时的水温为100℃，保温时间为26小时。脱胶时，使用的碱金属氧化物水溶液为氢氧化钾，其质量浓度为15g/l，其使用量为总水量的1/25，并且脱胶时的温度为80℃，时间为2小时，冲洗用的水温为120℃，冲洗次数为3次。
漂白时，所用的过氧化氢的质量百分比为30％，其使用量是总水量的1/30，漂白的温度是80℃，漂白的时间是3小时，使用水冲洗的次数是3次。
软化时，使用的软化剂的量为总的水量的1/10，软化时温度为60℃，保温时间为8小时，水冲洗的次数是3次。烘干的温度和时间分别为100℃，5小时。给油时使用的麻油、乳化油和水的质量比为1：3：20，密封时间为14小时，第二次梳理的次数为5次。
制备复合材料时，环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10：3：5，固化的温度为30℃，压力为15mpa，固化时间为3小时。
实施例3
本实施例提供的制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法基本与实施例1提供的制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法一致，区别在于操作条件以及使用的试剂发生变化。
预处理时的水温为120℃，保温时间为22小时。脱胶时，使用的碱金属氧化物水溶液为氢氧化钾，其质量浓度为13g/l，其使用量为总水量的1/30，并且脱胶时的温度为90℃，时间为4小时，冲洗用的水温为100℃，冲洗次数为3次。
漂白时，所用的过氧化氢的质量百分比为40％，其使用量是总水量的1/22，漂白的温度是120℃，漂白的时间是2小时，使用水冲洗的次数是2次。
软化时，使用的软化剂的量为总的水量的1/12，软化时温度为70℃，保温时间为12小时，水冲洗的次数是2次。烘干的温度和时间分别为120℃，8小时。给油时使用的麻油、乳化油和水的质量比为3：2：20，密封时间为12小时，第二次梳理的次数为4次。
制备复合材料时，环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10：5：4，固化的温度为60℃，压力为14mpa，固化时间为1小时。
实施例4
本实施例提供的制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法基本与实施例1提供的制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法一致，区别在于操作条件以及使用的试剂发生变化。
预处理时的水温为90℃，保温时间为20小时。脱胶时，使用的碱金属氧化物水溶液为氢氧化钠，其质量浓度为18g/l，其使用量为总水量的1/22，并且脱胶时的温度为120℃，时间为5小时，冲洗用的水温为110℃，冲洗次数为2次。
漂白时，所用的过氧化氢的质量百分比为33％，其使用量是总水量的1/25，漂白的温度是90℃，漂白的时间是2小时，使用水冲洗的次数是3次。
软化时，使用的软化剂的量为总的水量的1/9，软化时温度为75℃，保温时间为10小时，水冲洗的次数是2次。烘干的温度和时间分别为110℃，7小时。给油时使用的麻油、乳化油和水的质量比为2：1：20，密封时间为13小时，第二次梳理的次数为5次。
制备复合材料时，环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10：4：3，固化的温度为50℃，压力为11mpa，固化时间为2小时。
实施例5
本实施例提供的制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法基本与实施例1提供的制备环氧乙烯基树脂复合材料的方法一致，区别在于操作条件以及使用的试剂发生变化。
预处理时的水温为110℃，保温时间为21小时。脱胶时，使用的碱金属氧化物水溶液为氢氧化钾，其质量浓度为16g/l，其使用量为总水量的1/27，并且脱胶时的温度为110℃，时间为4小时，冲洗用的水温为100℃，冲洗次数为3次。
漂白时，所用的过氧化氢的质量百分比为38％，其使用量是总水量的1/27，漂白的温度是110℃，漂白的时间是3小时，使用水冲洗的次数是3次。
软化时，使用的软化剂的量为总的水量的1/8，软化时温度为65℃，保温时间为11小时，水冲洗的次数是2次。烘干的温度和时间分别为135℃，6.5小时。给油时使用的麻油、乳化油和水的质量比为3：1：20，密封时间为15小时，第二次梳理的次数为4次。
制备复合材料时，环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10：5：3，固化的温度为45℃，压力为12mpa，固化时间为2小时。
实验例
对比例1：采用与实施例1一致的制备方法以及步骤进行复合材料的制备，区别在于环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10:1:1。
实验例2：采用与实施例1一致的制备方法以及步骤进行复合材料的制备，区别在于环氧乙烯基树脂与固化剂和促进剂的质量比为10:9:7。
对比例3：采用与实施例1一致的制备方法以及步骤进行复合材料的制备，区别在于使用的棉杆皮纤维毡未进行第一次梳理。
对比例4：实施例1制备得到的棉杆皮纤维毡。
实验例1
对实施例1-实施例5和对比例1-4制备得到的复合材料分别放置于断裂强度测试仪进行断裂强度测试。具体的测试结果见表1。
表1断裂强度测试
通过表1可知，实施例1-5的复合材料具有良好的延伸性，在一定拉力下能够进行延伸，并且断裂时使用的力较大，其强度较高。而根据对比例1-3可发现改变本发明的制备条件得到的复合材料的延伸性均降低，能够延伸的长度也降低。而对比实施例1和对比例4，复合材料相交原料棉杆皮纤维具有更优良的延伸性，能够延伸更长，强度明显增加。
实验例2
对实施例1-实施例5和对比例1-4的复合材料分别进行吸水率测试。具体检测结果见表2。
表2吸水性能测试
通过表2可知，实施例1-5制备得到的复合材料具备良好的吸水性能，说明其透气性能良好。对比实施例1和对比例4的检测结果可知，棉杆皮纤维制成复合材料后吸水性能得到大幅度提升。而对比实施例1和对比例1-3发现，改变本发明制备方法或条件，得到的复合材料的性能降低。
综上所述，本发明实施例1-5提供的环氧乙烯基树脂复合材料的制备方法通过环氧乙烯基树脂、固化剂、促进剂和棉杆皮纤维反应固化，不仅可以降低生产成本，来满足市场的需要，而且还可以满足可持续发展的要求，解决了传统的合成纤维增强材料不仅造价高，消耗大量能源，在加工过程中对工作人员的身体状况造成极大损坏，而且材料回收困难，给环境造成沉重的负担的缺点。且该制备方法流程短、成本低、绿色环保。而选用棉杆皮纤维作为原料减少棉花种植废弃物棉杆的资源浪费，提升了对棉秆的综合利用和产品开发。制备得到的复合材料具有强度高、模量高、耐磨、耐高温等特性，同时具有强度高、质地轻、韧性好、具有良好的可延伸性能的特点。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。