天然纖維增強(qiáng)的復(fù)合板及方法
【專利摘要】增強(qiáng)的復(fù)合板及制備所述復(fù)合板的方法，該復(fù)合板使用經(jīng)加工的諸如竹材的天然纖維以及聚合物材料。所述方法包括以下步驟：用溶劑處理包含天然纖維的植物源，并且加工經(jīng)處理的所述植物源。所述加工步驟可以包括以各種方式將所述天然纖維排布成片狀取向。然后將聚合物材料應(yīng)用于所述天然纖維以形成復(fù)合片材，并且所述復(fù)合板可以由一個(gè)或多個(gè)復(fù)合片材形成。
【專利說(shuō)明】
天然纖維増強(qiáng)的復(fù)合板及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開(kāi)內(nèi)容通常涉及增強(qiáng)的復(fù)合片材材料，并且更具體地涉及天然纖維增強(qiáng)的復(fù)合片材材料?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]雖然用于聚合物材料中的天然纖維填料作為更多傳統(tǒng)增強(qiáng)材料(例如玻璃纖維) 的潛在替代物已經(jīng)吸引了一些興趣，但是此類產(chǎn)品的商業(yè)化受到限制。盡管已經(jīng)確定天然纖維具有與人造增強(qiáng)材料相當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，但是以足夠純化的形式從可再生植物源中提取天然纖維是一個(gè)挑戰(zhàn)。由聚合物材料形成的已知片材通常涉及將諸如木材的短切天然纖維與聚合物材料混合，將兩種成分模制成中間體或最終產(chǎn)品。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本文所述的增強(qiáng)的復(fù)合板及其制備方法，用天然纖維復(fù)合物以對(duì)有成本效益的商業(yè)化成規(guī)模的方式解決了上述問(wèn)題及其它問(wèn)題。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了制備天然纖維復(fù)合板的方法，其包括:(a)用溶劑處理包含天然纖維的植物源，(b)加工經(jīng)處理的所述植物源，包括將所述天然纖維排布成片狀取向，以及(c)通過(guò)將聚合物材料應(yīng)用于經(jīng)排布的所述天然纖維形成完整的復(fù)合片材。
[0005]以下額外的特征和步驟可以獨(dú)立地或以任何技術(shù)上可行的組合與該方法結(jié)合使用:
[0006]步驟(a)可以包括將植物源浸泡于包含溶劑的液體中、將經(jīng)浸泡的所述植物源暴露于蒸汽形式的溶劑、或兩者皆有。
[0007]步驟(a)可以包括將竹材浸泡于酸性溶液中、堿性溶液中、或酸性溶液和堿性溶液中。
[0008]所述植物源可以是竹材，并且所述溶劑可以是水，步驟(b)還包括在步驟(a)后的經(jīng)處理的所述竹材中去除至少一些木質(zhì)素以形成經(jīng)加工的竹材的步驟。此外，步驟(c)可以包括將所述經(jīng)加工的竹材與可流動(dòng)的熱塑性材料一起置于模具中，并且通過(guò)將所述可流動(dòng)的熱塑性材料與經(jīng)加工的竹材在模具中一起加熱和壓縮而形成所述復(fù)合板。當(dāng)將熱塑性材料置于模具中時(shí)，所述熱塑性材料可以為顆粒形式，而所述纖維的平均長(zhǎng)度可以比所述顆粒的長(zhǎng)度大至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0009]所述完整的復(fù)合片材可以是第一復(fù)合片材，并且其中所述方法還可以包括使用步驟(a)至步驟(c)形成第二復(fù)合片材，然后通過(guò)將基本上無(wú)天然纖維的聚合物材料片材置于所述第一復(fù)合片材和所述第二復(fù)合片材之間而形成所述天然纖維復(fù)合板。所述第一復(fù)合片材的天然纖維可以在與所述第二復(fù)合片材的天然纖維不同的方向上進(jìn)行取向。
[0010]所述聚合物材料可以是聚醚醚酮(PEEK)或低密度聚乙烯(LDPE)。
[0011]步驟(b)可以包括將所述天然纖維排布于網(wǎng)格上，干燥所述纖維，并且從所述網(wǎng)格移除經(jīng)排布的所述纖維，以及步驟(C)可以包括將所述聚合物材料噴涂于經(jīng)排布的所述纖維上。
[0012]所述復(fù)合板可以使用成型工具進(jìn)行成形，其可以通過(guò)熱成型或其它方式來(lái)完成。此外，所述復(fù)合板可以與一個(gè)或多個(gè)額外的復(fù)合板進(jìn)行層疊以用于成形步驟。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，提供了制備天然纖維復(fù)合板的方法，包括:(a)通過(guò)將竹材浸泡于水性溶劑中、用水性溶劑對(duì)竹材進(jìn)行汽蒸、或兩者皆有，從而用所述溶劑處理所述竹材；(b)通過(guò)從經(jīng)處理的所述竹材中去除木質(zhì)素形成經(jīng)加工的竹材；(C)將所述經(jīng)加工的竹材與熱塑性材料一起置于模具中；以及(d)通過(guò)將所述經(jīng)加工的竹材與熱塑性材料在模具中一起加熱和壓縮，以使所述經(jīng)加工的竹材與所述熱塑性材料結(jié)合，從而形成完整的復(fù)合片材。
[0014]以下額外的特征和步驟可以獨(dú)立地或以任何技術(shù)上可行的組合與其它方法結(jié)合使用:
[0015]所述方法還可以包括以下步驟:將所述完整的復(fù)合片材與包含所述熱塑性材料的一個(gè)或多個(gè)額外的片材層疊在一起；以及將所述經(jīng)層疊的片材一起加熱和壓縮以形成所述復(fù)合板。
[0016]所述方法還可以使用包含竹材的第一額外的片材和基本上無(wú)竹材的第二額外的片材，并且在層疊步驟中可以將第二片材置于所述第一額外的片材與所述完整的復(fù)合片材之間。
[0017]此外，所述方法還可以使用至少一個(gè)包含竹材的額外的片材，所述額外的片材與所述完整的復(fù)合片材層疊在一起，以使得各個(gè)片材中的所述竹材以不同方向進(jìn)行取向。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，提供了包含多個(gè)層的天然纖維復(fù)合板，所述多個(gè)層中的至少一些層包含通過(guò)聚合物材料粘附在一起形成片狀形式的取向竹纖維，其中所述層中的至少一層的所述竹纖維以與所述層中的另一層的所述竹纖維不同的方向進(jìn)行取向。
[0019]所述纖維的平均長(zhǎng)度可以是所述板的厚度的至少50倍。所述板可以是汽車面板、除汽車面板之外的交通工具面板、家具面板、器具面板、建筑構(gòu)造板、運(yùn)動(dòng)器材面板或渦輪機(jī)面板。
【附圖說(shuō)明】
[0020]以下將結(jié)合附圖描述示例性實(shí)施方案，其中:
[0021 ]圖1為制備增強(qiáng)復(fù)合板的方法的示例性步驟的示意圖；
[0022]圖2為制備復(fù)合板的另一方法的步驟的示意圖；
[0023]圖3為使用成形工具對(duì)增強(qiáng)復(fù)合板進(jìn)一步成型的示例性步驟的示意圖；
[0024]圖4為取自圖3的放大圖；以及
[0025]圖5為圖4的放大圖，顯示了通過(guò)成形工具成型的復(fù)合板。
【具體實(shí)施方式】
[0026]制備增強(qiáng)的復(fù)合板的示例性方法可以包括以下步驟:用溶劑處理包含天然纖維的植物源，并且加工該經(jīng)處理的植物源。加工步驟可以包括以各種方式將該天然纖維排布成片狀取向。然后將聚合物材料應(yīng)用于該天然纖維以形成復(fù)合片材，并且可以由一個(gè)或多個(gè)復(fù)合片材形成復(fù)合板。參照?qǐng)D1和圖2描述了這種方法的一些實(shí)例。
[0027]在圖1的實(shí)例中，植物源10為竹鞘，且溶劑為水。該處理包括將竹鞘暴露于以蒸汽形式(即，蒸氣)的水和以液體形式的水。在這種實(shí)例中，首先將竹材浸泡于浸泡罐20中的溶劑中，以形成包含溶劑和植物源的纖維的漿料30。浸泡過(guò)程其本身可以包括將植物源浸泡于包含溶劑的一種以上的溶液中。在一個(gè)實(shí)施方案中，浸泡過(guò)程包括將植物源浸泡于堿性水溶液中，例如氫氧化鈉溶液，以及將植物源浸泡于酸性溶液中，例如鹽酸。在浸泡步驟之間可以包括沖洗步驟。在一個(gè)具體實(shí)例中，首先將竹鞘浸泡于NaOH溶液中，用水沖洗，然后浸泡于HC1溶液中以形成漿料。在示例性實(shí)例中，將漿料30置于蒸機(jī)35中，并且在高溫和高壓下進(jìn)行汽蒸。在一些實(shí)施方案中，蒸機(jī)35中的壓力為約30psi，蒸機(jī)中的溫度為約180°C， 且暴露時(shí)間為約1小時(shí)。這些參數(shù)可以根據(jù)例如植物源和天然纖維的類型而改變。
[0028]在暴露于液體形式和蒸汽形式的溶劑之后，通過(guò)干燥將纖維加工成片狀形式。在示例性實(shí)例中，在進(jìn)行蒸汽處理之前，使用絲網(wǎng)40收集一些漿料30。在纖維仍然濕的時(shí)候， 漿料形式的纖維以相對(duì)均勻的層粘附于網(wǎng)40上，并由此在網(wǎng)格上具有片狀取向。例如，可以將網(wǎng)40浸入漿料中以收集固體纖維材料，同時(shí)使多余的水流出?？蛇x地，例如通過(guò)使用鋪展工具，可以將漿料傾倒在或其它方式鋪展在網(wǎng)格上或一些其它表面以用于汽蒸和/或干燥。 使?jié){料覆蓋的網(wǎng)50經(jīng)受干燥條件，以使得水或其它溶劑可以蒸發(fā)。干燥過(guò)程可以包括每次將漿料覆蓋的網(wǎng)50置于爐子或高壓釜中，并且溫度足以從漿料中去除任何其余的溶劑，留下所需的天然纖維。一旦液體已經(jīng)被去除，就可以從網(wǎng)格中剝離或其它方式分離經(jīng)加工的天然纖維的薄片或氈60?？蛇x地，當(dāng)纖維60的片從網(wǎng)格移除用于進(jìn)一步干燥時(shí)，漿料的液體可以僅被部分去除。[〇〇29]然后可以將天然纖維60的片嵌入聚合物材料70中或以其它方式使用聚合物材料 70與其結(jié)合在一起，該聚合物材料70例如為液體樹(shù)脂，由此形成完整的復(fù)合片材90。在示例性實(shí)例中，噴霧器80用聚合物樹(shù)脂70涂覆纖維60的片。聚合物樹(shù)脂70在涂覆過(guò)程中可以為液體形式，例如溶劑型樹(shù)脂(例如，環(huán)氧樹(shù)脂)，或?yàn)榉勰┬问?。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物樹(shù)脂是熱塑性的，并且作為熱塑性基質(zhì)材料以液體形式進(jìn)行噴涂，以滲透和浸漬經(jīng)加工的天然纖維60的氈。適當(dāng)?shù)臒崴苄曰|(zhì)材料的實(shí)例包括低密度聚乙烯或聚芳醚酮或聚酮，例如聚醚醚酮(PEEK)。使聚合物樹(shù)脂70硬化以得到復(fù)合片材90。
[0030]在一個(gè)實(shí)施方案中，將PEEK在約為聚合物的熔融溫度下應(yīng)用于經(jīng)干燥的或其它方式加工的纖維60的片上，并且使其在室溫下硬化幾分鐘?？梢詫⒂不^(guò)程稱為固化過(guò)程，而天然纖維的完整的片90可以稱為半固化片。根據(jù)后續(xù)過(guò)程的性質(zhì)，還可以將纖維氈60結(jié)合至和/或嵌入可固化的或不飽和的熱固性樹(shù)脂，并在移至額外的片形成過(guò)程之前使其僅部分固化。在圖1中顯示了多個(gè)備用于進(jìn)一步加工或使用的復(fù)合片材90。天然纖維復(fù)合板95可以是單獨(dú)的復(fù)合片材之一，或其可以包括以熱壓或其它方式固定在一起的多個(gè)復(fù)合片材。 [〇〇31]圖2例示了該方法的另一實(shí)例，包括加工天然纖維，并將聚合物材料70應(yīng)用于經(jīng)加工的纖維以形成復(fù)合片材90和復(fù)合板95。與在圖1的實(shí)例中一樣，用包含溶劑(例如在浸泡罐20中的水和在蒸機(jī)35中的水蒸氣)的液體和/或蒸汽來(lái)處理植物源10。當(dāng)浸泡于溶劑中和將其暴露于蒸汽兩者都采用時(shí)，可以將它們按任一順序進(jìn)行，并且液體和/或蒸汽可以包括其它成分，例如結(jié)合圖1所述的那些成分。在這種情況下，在植物源10為竹材時(shí)，經(jīng)處理的植物源15包括竹纖維條。[〇〇32]在該實(shí)例中，對(duì)經(jīng)處理的植物源15進(jìn)行加工包括機(jī)械加工45，例如刮削。對(duì)于竹材，經(jīng)處理的材料的這種機(jī)械加工可以用于去除經(jīng)處理的竹材的任何外部鞘、以及至少一些木質(zhì)素和/或非纖維性纖維素部分。暴露所需的天然纖維，然后可以將其干燥用于隨后排布成片狀取向，以用于聚合物應(yīng)用。對(duì)于竹材，以及某些其它所需的纖維源，纖維具有微米級(jí)的直徑，例如為75微米至10微米。
[0033]在該實(shí)例中，然后形成完整的復(fù)合片材90包括將經(jīng)加工的纖維或纖維團(tuán)調(diào)整成片狀取向，然后在平面模具中或壓力下將纖維的片與可流動(dòng)的聚合物材料70組合。可以將纖維或纖維團(tuán)排布為一個(gè)或多個(gè)層60，并且這可以使用纖維或纖維團(tuán)的單取向(方向)來(lái)進(jìn)行，或使用纖維或纖維團(tuán)的不同取向來(lái)進(jìn)行?？闪鲃?dòng)的聚合物材料70可以為如第一實(shí)例中的液體形式，或如圖2中所示，可以為可與纖維一起傾倒、傾卸、鋪展或其它方式置于模具中的顆粒形式。在模制操作過(guò)程中采用熱和壓力以熔化顆粒70并獲得所需的厚度，并且將組合的材料冷卻以形成完整的復(fù)合片材或半固化片90。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)半固化片的最小厚度為約1mm。在一些實(shí)施方案中，聚合物材料為L(zhǎng)DPE，其熔融溫度為約250 V。同樣地，可以使用相同的模具制備不包含天然纖維或至少基本上無(wú)天然纖維的未增強(qiáng)的聚合物片材85。在其它實(shí)例中，可以形成各個(gè)包括單向性的纖維60的復(fù)合片材90，其隨后可以與或可以不與具有以其它方向取向的纖維的其它復(fù)合片材層疊以形成完整的板95。
[0034]然后可以將一個(gè)或多個(gè)復(fù)合片材90層疊在一起，并且熱壓以形成天然纖維復(fù)合板95，在一些情況下使用與用于形成單個(gè)的片材90相同的模具。在該步驟中，各個(gè)單個(gè)的片材90可以已經(jīng)包括以多個(gè)方向取向的纖維，或可以將單向的纖維片排布成具有不同方向的纖維。在示例性實(shí)例中，額外的未增強(qiáng)的聚合物片材85，其可以包括與用于形成片90相同的熱塑性材料或聚合物材料，可以插入待加熱和加壓的復(fù)合片材90之間。未增強(qiáng)的片材85可以以交替的方式與復(fù)合片材90層疊，或未增強(qiáng)的片材可以與復(fù)合片材以任何其它層疊的組合排布。已證明與用于形成復(fù)合片材90相同的聚合物的未增強(qiáng)的片材在層疊復(fù)合片材之間具有優(yōu)良的內(nèi)層附著力，有助于防止在隨后的成型或成形過(guò)程中以及在最終預(yù)期應(yīng)用中發(fā)生分層。
[0035]圖3例示了進(jìn)一步使復(fù)合板95成型或成形的示例性過(guò)程。可以用沿著板層的相反側(cè)面布置的加熱器100支撐一個(gè)或多個(gè)復(fù)合板95?？梢允褂脤拥臄?shù)目來(lái)限定將要成形的板的厚度。加熱器100可以是紅外加熱器或任何其它適當(dāng)?shù)募訜崞?。加熱?00使復(fù)合板的聚合物樹(shù)脂軟化，用于為成形過(guò)程做準(zhǔn)備。在一個(gè)實(shí)例中，聚合物樹(shù)脂為PEEK，且復(fù)合板在50°(:下加熱約2分鐘。當(dāng)然，加熱溫度和加熱時(shí)間可以至少基于包含在復(fù)合板中的樹(shù)脂類型而變化。
[0036]然后將經(jīng)加熱的板95置于板成型工具110中以便成形。示例的成型工具110包括第一半部分或上半部分120和第二半部分或下半部分130。在該實(shí)例中，上半部分120是可移動(dòng)的半部分，并且包括沖壓機(jī)140和坯料夾持器(blank holder) 150。下半部分130是固定的半部分或模具半部分。將復(fù)合板95置于成型模130之上，成型模130在如圖所示的開(kāi)口位置處具有成型工具。該工具的上半部分120朝模具半部分130移動(dòng)，而板95在該板的周邊處被加緊于坯料夾持器150與模具半部分130之間。沖壓機(jī)140繼續(xù)朝模具130移動(dòng)，并將經(jīng)加熱的板95塑形為與其所接觸的工具表面一致。為了維持經(jīng)加熱的板95的高溫，還可以加熱模具半部分120、130中之一或兩者。在聚合物樹(shù)脂為于約50 °C下預(yù)加熱過(guò)的PEEK的情況下，如在上述實(shí)例中，還可以加熱工具半部分120、130，以便至少成形表面為約50°C。板95和工具表面的高溫促進(jìn)所述板的聚合物基質(zhì)形變，并且使得天然纖維流動(dòng)且相對(duì)于基質(zhì)重新取向。 在一些情況下，例如通常用無(wú)規(guī)取向的纖維形成的板，由于通過(guò)成形過(guò)程纖維重新取向并且彼此更加一致，因此成形的板95’的強(qiáng)度相對(duì)于最初置于工具110時(shí)的板可以增加。
[0037]在成型過(guò)程中可以使用坯料夾持器150幫助控制復(fù)合板95的流動(dòng)，以防止在所述過(guò)程中形成皺褶或裂紋。緊緊地夾持，可主要拉伸板95，而不會(huì)有來(lái)自板的材料從夾持部分流向板的成形部分。在一些情況下可以降低夾持力，以使得來(lái)自坯料夾持器150和模具半部分130之間的材料以可控方式流向板的成形部分。在圖3和圖4的放大圖中顯示了坯料夾持器150在成型工具中夾持復(fù)合板95、95’。圖3顯示了成形之前的板95,而圖4顯示了沖壓機(jī) 140與成形的板95’接觸。
[0038]所示例的過(guò)程與常規(guī)的金屬成型過(guò)程一致，得到適用于許多應(yīng)用的天然纖維增強(qiáng)的復(fù)合板，所述許多應(yīng)用包括內(nèi)部汽車板和外部汽車板。增強(qiáng)的復(fù)合板還可以在輕量級(jí)交通工具應(yīng)用(例如，飛機(jī)或船只)中用作交通工具面板。因此本文所述的復(fù)合板具有金屬板和塑料板兩者的許多優(yōu)勢(shì)，結(jié)合了與常規(guī)注塑塑料相關(guān)的重量減輕、設(shè)計(jì)自由和低加工成本，和常規(guī)片狀金屬板的高產(chǎn)率。其它可能的應(yīng)用包括辦公家具或家用家具、建筑材料(例如，屋頂?shù)匕?、圍墻、欄桿、護(hù)墻板、隔音板等)、家用器具、運(yùn)動(dòng)器材和風(fēng)力渦輪機(jī)?？梢栽谶h(yuǎn)低于注塑所需的溫度下、并且用比金屬成形所需的更小噸位的成形壓力進(jìn)行本過(guò)程。[〇〇39]此外，當(dāng)纖維通常用于增強(qiáng)的塑料材料時(shí)，在復(fù)合板中的纖維可以維持在將其引入前述的纖維提取過(guò)程中時(shí)的原始長(zhǎng)度，而不是被切成較短的和可能不太有效的纖維。因此以上所述的纖維加工和浸漬過(guò)程是相對(duì)溫和的過(guò)程，在很大程度上維持了天然纖維的原始完整性。例如，當(dāng)天然纖維成為成型復(fù)合板和再成形復(fù)合板的一部分時(shí)，該天然纖維的熱歷史相對(duì)于纖維在注塑過(guò)程中所經(jīng)歷的熱歷史是溫和的，在所述注塑過(guò)程中，纖維長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受熔融的塑料樹(shù)脂一首先在混合過(guò)程中，并且再次在模塑過(guò)程中。復(fù)合板的特征在于相對(duì)于板厚的最小的纖維長(zhǎng)度。在一個(gè)實(shí)例中，纖維長(zhǎng)度與板厚的比值為約50至100,或?qū)⒔鼉蓚€(gè)數(shù)量級(jí)。例如，3mm厚的板可以包括約200mm長(zhǎng)度的天然纖維。基于最大顆粒尺寸，用于使纖維與聚合物材料組合的常規(guī)混合過(guò)程和?；^(guò)程將纖維長(zhǎng)度限制為僅幾毫米，因此嚴(yán)重限制了由此類材料制備的任何成品或板中的纖維長(zhǎng)度。在上述過(guò)程的實(shí)施方案中，例如在圖2中所例示的那樣，因此纖維長(zhǎng)度的特征在于可以具有比顆粒長(zhǎng)度大至少一個(gè)數(shù)量級(jí)的長(zhǎng)度，其中聚合物材料以顆粒形式與纖維組合。
[0040]然而本文所提出的用竹材作為天然纖維的源，并用PEEK作為聚合物樹(shù)脂，這些都僅是示例性材料?？梢允褂闷渌烊焕w維，例如大麻、亞麻或其它韌皮纖維。由于竹材相對(duì)于其它天然材料及與諸如碳纖維的人造纖維相比具有相對(duì)高的機(jī)械性能，因此其在本文中用作實(shí)例。例如，竹纖維在縱向方向具有約30GPa的彈性模量。多種聚合物材料同樣可以用作浸漬樹(shù)脂(例如，環(huán)氧樹(shù)脂)。其它的工藝變化包括在煮沸步驟過(guò)程中的非水性萃取溶劑、 非堿性溶液;使用非絲網(wǎng)收集精細(xì)的漿料用于干燥;不同于噴涂的聚合物浸漬過(guò)程(例如， 浸漬涂覆)；以及在高溫下的快速干燥和聚合物樹(shù)脂硬化步驟?？梢栽谝恍┣闆r下省略或在其它情況下重復(fù)某些加工步驟，而且可以包括未在本文中描述的另外的加工步驟。例如在一些實(shí)施方案中，使用溶劑的處理步驟可以僅通過(guò)用溶劑浸泡或僅通過(guò)用溶劑汽蒸來(lái)進(jìn)行，而不是通過(guò)兩者都進(jìn)行?；蛘撸?，浸泡和汽蒸的順序可以與圖1中所示的相反。
[0041]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上描述是本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案。本發(fā)明不限于本文所公開(kāi)的具體實(shí)施方案，而僅通過(guò)以下權(quán)利要求進(jìn)行限定。此外，以上描述中包含的說(shuō)明涉及公開(kāi)的實(shí)施方案，并且不應(yīng)解釋為是對(duì)本發(fā)明的范圍、或?qū)?quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)的定義的限制，除非上文對(duì)術(shù)語(yǔ)或短語(yǔ)進(jìn)行了明確定義。各種其它實(shí)施方案和對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施方案的各種變化和修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。
[0042]如在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中所使用，當(dāng)術(shù)語(yǔ)“例如/諸如”(e.g.，、for example、 for instancensuch as和like)、以及動(dòng)詞“包含/包括’’(comprising、having、including) 及其它動(dòng)詞形式與一種或多種組分或其它項(xiàng)的列舉結(jié)合使用時(shí)，各自解釋為開(kāi)放性的，意指該列舉不應(yīng)認(rèn)為是排除其它的、額外的組分或項(xiàng)。此外，術(shù)語(yǔ)“電連接”及其變化旨在涵蓋無(wú)線電連接和經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)線、電纜或?qū)w進(jìn)行的電連接(有線連接)兩者。其它術(shù)語(yǔ)應(yīng)解釋為使用其最廣泛合理的含義，除非它們用在需要不同解釋的上下文中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.制備天然纖維復(fù)合板的方法，包括以下步驟:(a)用溶劑處理包含天然纖維的植物源；(b)加工經(jīng)處理的所述植物源，所述加工包括將所述天然纖維排布成片狀取向；以及(c)通過(guò)將聚合物材料應(yīng)用于經(jīng)排布的所述天然纖維而形成完整的復(fù)合片材。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括將所述植物源浸泡于包含所述溶劑的液 體中、將經(jīng)浸泡的所述植物源暴露于蒸汽形式的所述溶劑、或液體和蒸汽形式的所述溶劑。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括將竹材浸泡于酸性溶液中、于堿性溶液 中、或酸性溶液和堿性溶液中。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述植物源是竹材并且所述溶劑是水，以及其中步驟 (b)還包括從步驟(a)后的經(jīng)處理的所述竹材中去除至少一些木質(zhì)素以形成經(jīng)加工的竹材 的步驟。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟(c)還包括將所述經(jīng)加工的竹材與可流動(dòng)的熱塑 性材料置于模具中，并且通過(guò)將所述可流動(dòng)的熱塑性材料與所述經(jīng)加工的竹材在所述模具 中一起加熱和壓縮而形成所述復(fù)合板。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中當(dāng)將所述熱塑性材料置于所述模具中時(shí)，所述熱塑性 材料為顆粒形式，并且所述纖維的平均長(zhǎng)度比所述顆粒的長(zhǎng)度大至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述完整的復(fù)合片材是第一復(fù)合片材，并且其中所述 方法還包括使用步驟(a)至步驟(c)形成第二復(fù)合片材，然后通過(guò)將基本上無(wú)天然纖維的聚 合物材料的片材置于所述第一復(fù)合片材和所述第二復(fù)合片材之間，從而形成所述天然纖維 復(fù)合板。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一復(fù)合片材的所述天然纖維以與所述第二復(fù) 合片材的所述天然纖維不同的方向進(jìn)行取向。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物材料為聚醚醚酮(PEEK)或低密度聚乙烯 (LDPE)〇10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)包括將所述天然纖維排布于網(wǎng)格上、干燥所 述纖維、并且從所述網(wǎng)格移除經(jīng)排布的所述纖維，以及其中步驟(c)包括將所述聚合物材料 噴涂于經(jīng)排布的所述纖維上。11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用成型工具使所述復(fù)合板成形的步驟。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述成形步驟包括熱成型。13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所述復(fù)合板與一個(gè)或多個(gè)額外的復(fù)合板層疊 以用于所述成形步驟的步驟。14.制備天然纖維復(fù)合板的方法，包括以下步驟:(a)通過(guò)將竹材浸泡于水性溶劑中、用水性溶劑對(duì)竹材進(jìn)行汽蒸、或兩者，從而用所述 水性溶劑處理所述竹材；(b)通過(guò)從經(jīng)處理的所述竹材中去除木質(zhì)素而形成經(jīng)加工的竹材；(c)將所述經(jīng)加工的竹材與熱塑性材料一起置于模具中；以及(d)通過(guò)將所述經(jīng)加工的竹材與熱塑性材料在所述模具中一起加熱和壓縮，使所述經(jīng) 加工的竹材與所述熱塑性材料結(jié)合，從而形成完整的復(fù)合片材。15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括以下步驟: 將所述完整的復(fù)合片材與包含所述熱塑性材料的一個(gè)或多個(gè)額外的片材層疊在一起；以及 將經(jīng)層疊的所述片材一起加熱和壓縮以形成所述復(fù)合板。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中第一額外的片材包含竹材而第二額外的片材不包含竹材，并且在層疊步驟中將第二片材置于所述第一額外的片材與所述完整的復(fù)合片材之間。17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中至少一個(gè)額外的片材包含竹材并且與所述完整的復(fù)合片材層疊在一起，以使得各個(gè)片材中的所述竹材以不同方向進(jìn)行取向。18.包含多個(gè)層的天然纖維復(fù)合板，所述多個(gè)層中的至少一些層包含被聚合物材料粘附在一起形成片狀形式的取向竹纖維，其中所述層中的至少一層的竹纖維以與所述層中的另一層的竹纖維不同的方向進(jìn)行取向。19.如權(quán)利要求18所述的天然纖維復(fù)合板，其中所述纖維的平均長(zhǎng)度是所述板的厚度的至少50倍。20.如權(quán)利要求18所述的天然纖維復(fù)合板，其中所述板為汽車面板、除汽車面板之外的交通工具面板、家具面板、器械面板、建筑構(gòu)造面板、運(yùn)動(dòng)器材面板或渦輪機(jī)面板。
【文檔編號(hào)】B27N3/04GK105992680SQ201480051476
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2014年8月9日
【發(fā)明人】米哈艾拉·巴努, 胡仕新, 金泰亨, 楊嵩林
【申請(qǐng)人】密歇根大學(xué)董事會(huì), 奧博蒂莫公司