1.本发明涉及竹纤维模塑技术领域，具体涉及一种竹纤维模塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.高性能的塑料制品在一些方面能够达到与钢材等同的效果，且往往还具有轻量化的特点，基于此，“以塑代钢”是材料轻量化的主要途径之一。尤其是以碳纤维、玻璃纤维制成的高性能复合材料，在航空航天、交通和风电等领域的运用，使得发展轻量化、高性能的纤维复合塑料充满信心。虽然现有高性能纤维复合材料具有众多的优点，但是，不可否认的是，碳纤维、玻璃纤维在生产过程可能会造成环境的污染，和资源的消耗，寻找更加绿色环保的纤维材料和更高性能的纤维材料是未来高性能纤维复合材料的发展方向。
3.基于竹纤维具有轻质高强、性价比高、可生物降解、可再生等优点，天然竹纤维作为复合材料的增强相是高性能纤维复合材料可能的方向之一。借鉴真空辅助树脂传递模塑成型技术，利用真空压力驱动树脂流动和浸渍纤维增强体，在室温或加热条件下整体固化成型后脱模出一定纤维含量的复合材料，可以制备出力学性能优良，产品尺寸不受限制的纤维模塑复合材料。目前，多采用磨粉的方式得到竹纤维，这样会破坏纤维的结构，造成纤维强度的降低，此外还发现，竹纤维的自身状态，如长度、排列方式、纤维间的连接方式可能会影响复合材料的整体性能，针对大尺寸的竹原纤维制备复合材料时，常采用手工铺装、针刺工艺和纺织工艺等方法制备预成型体，然而，手工铺装受限于技术工人，针刺工艺和纺织工艺使用机械时仍会损伤纤维。为此，发展一种能保证纤维均匀分散、维持纤维本身优异性能，纤维与树脂相容性、连接性好的纤维模塑复合材料及其制备方法具有积极的意义。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种竹纤维模塑复合材料及其制备方法，制备的竹纤维模塑复合材料具有较大的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性，力学性能优秀，形成性能良好、结构稳定的竹纤维模塑复合材料。
5.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种竹纤维模塑复合材料，包括以下质量份数的原料：竹纤维90～120份，树脂20～70份，改性纳米剂10～30份，2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚0.2～1份，偶联剂1～4份，固化剂10～40份，饱和碳酸氢钠水溶液200～300份；
7.所述竹纤维模塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤一：取质量份数的竹纤维，加入质量份数的饱和碳酸氢钠水溶液浸泡8～12h，水浴加热到65～75℃，保温2～3h，过滤，除去液体，再加入8～10倍竹纤维质量的无水乙醇，水浴加热到65～75℃，保温2～3h，加入质量份数的改性纳米剂，搅拌10～20min后，再超声40～60min，得到改性竹纤维；
9.步骤二：取质量份数的树脂于容器内，加入质量份数的偶联剂，搅拌均匀后，分别
加入质量份数的2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚和固化剂，再次搅拌均匀后，静置10～30min，转移到真空罐中，抽真空到0.08～0.1mpa消泡处理1h，得到树脂混合物；
10.步骤三：将步骤一得到的改性竹纤维平铺在模具内，梳理，编织，后转移到烘箱中干燥后，模压成型，得到竹纤维粗产品，使用真空辅助树脂传递模塑成型工艺，调节真空度为0.08～0.1mpa，将步骤二得到的树脂混合物包裹在竹纤维粗产品上，经过固化、脱模，得到竹纤维模塑复合材料。
11.进一步优选，所述竹纤维为天然竹纤维长丝，长度为15～20cm，所述树脂为双酚a型环氧乙烯基树脂、酚醛环氧乙烯基树脂中的一种；所述饱和碳酸氢钠水溶液为常温下的饱和碳酸氢钠水溶液。
12.进一步优选，所述改性纳米剂为改性纳米碳酸钙或改性纳米二氧化硅中的一种，为，取一定质量的纳米碳酸钙或纳米二氧化硅，烘干至恒重备用；取一定质量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入无水乙醇，再加入十二烷基硫酸钠，混合均匀后加入烘干至恒重的纳米碳酸钙或纳米二氧化硅，搅拌10～20min，400w的功率下，超声30～60min，后80℃的真空干燥箱中干燥3～5h，得到改性纳米碳酸钙或改性纳米二氧化硅。
13.进一步优选，所述改性纳米碳酸钙或改性纳米二氧化硅制备中质量比为纳米碳酸钙或纳米二氧化硅：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷：无水乙醇：十二烷基硫酸钠＝10：1～1.2：10～12：0.2～0.4。
14.进一步优选，所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物、n,n-二甲基苄胺中的一种或几种。
15.进一步优选，所述固化剂为液态甲基四氢苯酐、n-乙烯基咪唑中的一种。
16.进一步优选，所述竹纤维模塑复合材料制备方法步骤三中梳理和编织，为，将一层改性竹纤维梳理到同一方向，将另一层改性竹纤维梳理到另一方向，不同梳理方向的改性竹纤维交错编织。
17.进一步优选，所述竹纤维模塑复合材料制备方法步骤三中烘箱中干燥，为60℃干燥24h，再105℃干燥20min；模压成型的压强为8～10mpa，模压时间为8～12h。
18.进一步优选，所述竹纤维模塑复合材料制备方法步骤三中固化为80℃下加热1h，再100℃下加热1～2h，120℃下加热30～60min。。
19.本发明的有益效果：
20.1、本发明以竹纤维为增强材料，以树脂为基体，将竹纤维先梳理编织，后烘干和模压，最后使用真空辅助模塑成型的工艺将树脂包裹在竹纤维的外层和纤维缝隙间，形成整体的竹纤维模塑复合材料，其中，以饱和碳酸氢钠溶液和乙醇溶液处理竹纤维，增加竹纤维的柔韧性，以改性纳米剂对竹纤维进一步改性，增强竹纤维与树脂界面间的润滑性能；使用偶联剂先对树脂进行改性，偶联剂与树脂发生偶联反应，之后偶联剂上的si—o键再与竹纤维上的羟基发生接枝反应，使树脂与纤维间形成偶联，复合材料界面性能提升；树脂与2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、固化剂配料形成树脂混合物，真空辅助模塑成型固化时，能够快速固化，形成性能良好、结构稳定的竹纤维模塑复合材料。
21.2、竹纤维为天然竹纤维长丝，长度较长，完整度较好，单根竹纤维长丝的强度较高，在模具中将竹纤维长丝梳理为同一方向，后不同梳理方向的纤维层交错编织，形成纵横
的网络结构，与树脂固化后，在横向、纵向方向上都能起到对复合材料的增强作用；树脂为双酚a型环氧乙烯基树脂、酚醛环氧乙烯基树脂，为流动性适中、固化温度和速度适中的树脂，适用于真空辅助模塑成型的工艺，而且，树脂的分子链上含有不饱和的双键，能够发生自聚反应，聚合后的树脂具有一定的强度和韧性，有利于复合材料整体性能的提高。
22.3、改性纳米剂为纳米碳酸钙或纳米二氧化硅改性得到，使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为接枝剂，十二烷基硫酸钠为助剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在乙醇中形成硅烷醇，与纳米碳酸钙或纳米二氧化硅的表面接枝形成si-o键，接枝改性后的纳米碳酸钙或纳米二氧化硅对竹纤维改性时，包裹在竹纤维表面，改性纳米剂表面富含羟基，能够与竹纤维表面的羟基形成氢键，接枝剂的另一端能够与竹纤维上的羟基或树脂键合，有利于提高竹纤维和树脂的相容性和键合能量，使得复合材料形成一个整体提高复合材料的力学性能。
23.4、在树脂配料过程中，先加入偶联剂混合均匀，是使用偶联剂对树脂进行改性，偶联剂为双亲性分子，一端与树脂相连后，另一端易于与无机材料相连接，有利于提高树脂与纤维、改性的纳米碳酸钙或纳米二氧化硅的连接能力，偶联剂对树脂的改性，偶联剂上的n—h键先与树脂产生缩合反应，之后偶联剂上的si—o键再与竹纤维上的羟基发生接枝反应，使树脂与纤维间形成偶联，复合材料界面性能提升。
24.5、2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚和固化剂的使用，有利于引发和促进树脂自聚合反应和加速树脂的固化，热固化后形成硬质的复合材料，此外，使用固化剂为液态，加入到树脂中形成树脂混合物时，对树脂的流动性影响较小，不影响后续的真空辅助模塑成型工艺的进行。
具体实施方式
25.下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
26.实施例1
27.一种竹纤维模塑复合材料，包括以下质量份数的原料：竹纤维90份，树脂20份，改性纳米剂10份，2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚0.2份，偶联剂1份，固化剂10份，饱和碳酸氢钠水溶液200份；
28.所述树脂为双酚a型环氧乙烯基树脂；偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；固化剂为液态甲基四氢苯酐；
29.所述改性纳米剂为改性纳米碳酸钙，为，取一定质量的纳米碳酸钙，烘干至恒重备用；取一定质量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入无水乙醇，再加入十二烷基硫酸钠，混合均匀后加入烘干至恒重的纳米碳酸钙，搅拌10～20min，400w的功率下，超声30～60min，后80℃的真空干燥箱中干燥3～5h，得到改性纳米碳酸钙；其中质量比为纳米碳酸钙：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷：无水乙醇：十二烷基硫酸钠＝10：1：10：0.2；
30.所述竹纤维模塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
31.步骤一：取质量份数的竹纤维，加入质量份数的饱和碳酸氢钠水溶液浸泡8h，水浴加热到65℃，保温2h，过滤，除去液体，再加入8倍竹纤维质量的无水乙醇，水浴加热到65℃，
保温2h，加入质量份数的改性纳米剂，搅拌10min后，再超声40min，得到改性竹纤维；
32.步骤二：取质量份数的树脂于容器内，加入质量份数的偶联剂，搅拌均匀后，分别加入质量份数的2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚和固化剂，再次搅拌均匀后，静置10min，转移到真空罐中，抽真空到0.08mpa消泡处理1h，得到树脂混合物；
33.步骤三：将步骤一得到的改性竹纤维平铺在模具内，梳理，编织，将一层改性竹纤维梳理到同一方向，将另一层改性竹纤维梳理到另一方向，不同梳理方向的改性竹纤维交错编织，后转移到烘箱中干燥，为60℃干燥24h，再105℃干燥20min；后模压成型，模压成型的压强为8mpa，模压时间为8h得到竹纤维粗产品，使用真空辅助树脂传递模塑成型工艺，调节真空度为0.08mpa，将步骤二得到的树脂混合物包裹在竹纤维粗产品上，经过固化，固化为80℃下加热1h，再100℃下加热1h，120℃下加热30min，脱模，得到竹纤维模塑复合材料。
34.实施例2
35.一种竹纤维模塑复合材料，包括以下质量份数的原料：竹纤维120份，树脂70份，改性纳米剂30份，2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚1份，偶联剂4份，固化剂40份，饱和碳酸氢钠水溶液300份；
36.所述树脂为酚醛环氧乙烯基树脂；偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；固化剂为n-乙烯基咪唑；
37.所述改性纳米剂为改性纳米二氧化硅，为，取一定质量的纳米二氧化硅，烘干至恒重备用；取一定质量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入无水乙醇，再加入十二烷基硫酸钠，混合均匀后加入烘干至恒重的纳米二氧化硅，搅拌10～20min，400w的功率下，超声30～60min，后80℃的真空干燥箱中干燥3～5h，得到改性纳米二氧化硅；其中质量比为纳米二氧化硅：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷：无水乙醇：十二烷基硫酸钠＝10：1.2：12：0.4；
38.所述竹纤维模塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
39.步骤一：取质量份数的竹纤维，加入质量份数的饱和碳酸氢钠水溶液浸泡12h，水浴加热到75℃，保温3h，过滤，除去液体，再加入10倍竹纤维质量的无水乙醇，水浴加热到75℃，保温3h，加入质量份数的改性纳米剂，搅拌20min后，再超声60min，得到改性竹纤维；
40.步骤二：取质量份数的树脂于容器内，加入质量份数的偶联剂，搅拌均匀后，分别加入质量份数的2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚和固化剂，再次搅拌均匀后，静置30min，转移到真空罐中，抽真空到0.1mpa消泡处理1h，得到树脂混合物；
41.步骤三：将步骤一得到的改性竹纤维平铺在模具内，梳理，编织，将一层改性竹纤维梳理到同一方向，将另一层改性竹纤维梳理到另一方向，不同梳理方向的改性竹纤维交错编织，后转移到烘箱中干燥，为60℃干燥24h，再105℃干燥20min；后模压成型，模压成型的压强为10mpa，模压时间为12h得到竹纤维粗产品，使用真空辅助树脂传递模塑成型工艺，调节真空度为0.1mpa，将步骤二得到的树脂混合物包裹在竹纤维粗产品上，经过固化，固化为80℃下加热1h，再100℃下加热2h，120℃下加热60min，脱模，得到竹纤维模塑复合材料。
42.实施例3
43.一种竹纤维模塑复合材料，包括以下质量份数的原料：竹纤维100份，树脂40份，改性纳米剂20份，2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚0.6份，偶联剂2份，固化剂25份，饱和碳酸氢钠水溶液250份；
44.所述树脂为双酚a型环氧乙烯基树脂；偶联剂为n,n-二甲基苄胺；固化剂为n-乙烯基咪唑；
45.所述改性纳米剂为改性纳米碳酸钙，为，取一定质量的纳米碳酸钙，烘干至恒重备用；取一定质量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入无水乙醇，再加入十二烷基硫酸钠，混合均匀后加入烘干至恒重的纳米碳酸钙，搅拌10～20min，400w的功率下，超声30～60min，后80℃的真空干燥箱中干燥3～5h，得到改性纳米碳酸钙；其中质量比为纳米碳酸钙：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷：无水乙醇：十二烷基硫酸钠＝10：1～1.2：10～12：0.2～0.4；
46.所述竹纤维模塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
47.步骤一：取质量份数的竹纤维，加入质量份数的饱和碳酸氢钠水溶液浸泡10h，水浴加热到70℃，保温2h，过滤，除去液体，再加入9倍竹纤维质量的无水乙醇，水浴加热到70℃，保温3h，加入质量份数的改性纳米剂，搅拌15min后，再超声50min，得到改性竹纤维；
48.步骤二：取质量份数的树脂于容器内，加入质量份数的偶联剂，搅拌均匀后，分别加入质量份数的2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚和固化剂，再次搅拌均匀后，静置20min，转移到真空罐中，抽真空到0.09mpa消泡处理1h，得到树脂混合物；
49.步骤三：将步骤一得到的改性竹纤维平铺在模具内，梳理，编织，将一层改性竹纤维梳理到同一方向，将另一层改性竹纤维梳理到另一方向，不同梳理方向的改性竹纤维交错编织，后转移到烘箱中干燥，为60℃干燥24h，再105℃干燥20min；后模压成型，模压成型的压强为9mpa，模压时间为10h得到竹纤维粗产品，使用真空辅助树脂传递模塑成型工艺，调节真空度为0.09mpa，将步骤二得到的树脂混合物包裹在竹纤维粗产品上，经过固化，固化为80℃下加热1h，再100℃下加热1h，120℃下加热50min，脱模，得到竹纤维模塑复合材料。
50.测试：
51.将实施例1～3制备得到的复合材料制成试件，尺寸为15cm
×
2cm
×
0.3cm，分别按照astm d－638、astm d－790和astm d－256进行拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性检测，结果如下表：
[0052] 实施例1实施例2实施例3拉伸强度(mpa)52.458.756.3弯曲强度(mpa)96.8106.5102.7抗冲击强度(j/m)141154146
[0053]
由上表所示，本发明方法所制备的竹纤维模塑复合材料具有较大的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性，力学性能优秀。
[0054]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。