專利名稱：劍麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的片狀層壓制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于劍麻纖維(SF)/熱塑性樹脂基復(fù)合材料的制備方法。
曾漢民和楊桂成等人采用劍麻纖維作為纖維原料，采用熱塑性樹脂PVC作為樹脂基體，纖維絲束或編織布經(jīng)預(yù)處理、絲束切短后，短纖維或編織布與定量的樹脂基體原料混合，干燥后，在一定溫度、壓力條件下熱壓成型，得到劍麻纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料，此發(fā)明方法工藝簡單，污染小，產(chǎn)品纖維含量可控制在10％～65％，產(chǎn)品比重小，具有較高的比強(qiáng)度和比模量。
周興平等人采用注塑成型方法制備PP/PMMA接枝劍麻纖維復(fù)合材料，此工藝要先將PMMA接枝的SF分別和PP按一定的質(zhì)量比在雙輥筒煉塑機(jī)上在一定溫度下充分混煉一段時(shí)間，然后將片狀混合物破碎后注塑成型，注塑機(jī)的簡體溫度有嚴(yán)格要求。
弭永利等人將竹子加工成竹纖維，將竹纖維與聚丙烯混合均勻，加熱后得到以竹纖維加強(qiáng)的聚丙烯合成材料。此發(fā)明工藝僅僅適用于制備中等強(qiáng)度的材料。
本發(fā)明方法用于制備劍麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，由原料劍麻纖維經(jīng)預(yù)處理后制成纖維氈，熱壓定型，然后選取一定數(shù)量的劍麻纖維氈隔層夾入PP無紡布或PP薄膜，在一定溫度、壓力條件下熱壓成型；或把PP纖維(PP粉料)直接與SF混合，制成纖維氈后熱壓成型，具體工藝過程如下1.PP無紡布或薄膜作為樹脂基體制備劍麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的步驟1)纖維原料的制備將原料劍麻纖維切短成5～30mm長的短纖維，采用預(yù)處理方法處理后，置于70℃～100℃的烘箱中干燥，收藏備用。
2)劍麻纖維氈的制備將濃度為1％～5％(質(zhì)量百分比)的PVA水溶液和短切SF攪拌均勻后制成纖維氈，然后置于油壓機(jī)上加壓定型，調(diào)節(jié)油壓機(jī)溫度為90℃～120℃，壓力為0.5～2.5MPa。制得的劍麻纖維氈中PVA含量為1％～3％。
3)復(fù)合材料板材的制備選取若干塊劍麻纖維氈，隔層夾入等量的PP無紡布或薄膜，在油壓機(jī)上加壓成型，成型溫度為165℃～180℃，壓力為1～5MPa。所選取的PP含量為30％～60％。劍麻纖維的預(yù)處理包括含氟防水劑處理和硅烷偶聯(lián)劑處理。處理前的劍麻纖維簡稱SF。
纖維原料的預(yù)處理1)防水劑處理法將原料SF用含氟的防水劑浸泡1～10分鐘，取出晾干，于80℃～100℃烘干后得到F-SF原料。
2)硅烷偶聯(lián)劑處理法將原料SF浸泡于2％～4％的KH-550硅烷乙醇溶液中1～10分鐘，取出晾干，于90℃～100℃烘箱中烘1～6小時(shí)，得到KH-SF原料。
2.采用PP粉作為樹脂基體制備劍麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的步驟采用PP粉作為樹脂基體與采用PP無紡布作為樹脂基體工藝的不同之處是將30％～60％的PP粉直接倒入PVA水溶液中攪拌1～2分鐘，然后與SF混合均勻后鋪氈，選取5～9塊劍麻纖維氈疊加模壓成板。其他工藝同上。
3.采用PP纖維作為樹脂基體制備劍麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的步驟采用PP纖維作為樹脂基體與采用PP無紡布作為樹脂基體工藝的不同之處是將長度為2～30mm的PP纖維與長5～30mm的SF混合均勻后鋪氈，選取5～9塊劍麻纖維氈模壓成板。其他工藝同上。
本發(fā)明方法采用資源豐富、價(jià)格低廉，而且具有纖維長、質(zhì)地堅(jiān)韌、富于彈性、拉力強(qiáng)、耐摩擦、耐酸堿、耐海水腐蝕以及耐低溫等優(yōu)良特性的劍麻纖維作為原料，與PP纖維、粉料及其無紡布經(jīng)片狀模壓成型工藝制備出劍麻短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料，產(chǎn)品的纖維重量含量可控制在40％～70％，產(chǎn)品復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度和比模量。本方法在加工過程中可避免劍麻纖維受損，且劍麻纖維長，從而提高復(fù)合材料綜合性能，特別適用于制備大型復(fù)雜形狀的制品。
實(shí)施例5-7將原料劍麻纖維分別切短成10mm、20mm和30mm，用含氟的防水劑浸泡1分鐘，取出晾干，于80℃烘干后得到F-SF原料。將濃度為5％(質(zhì)量百分比)的PVA水溶液和PP粉料攪拌均勻后倒入F-SF中混合，鋪氈，然后置于油壓機(jī)上加壓定型，調(diào)節(jié)油壓機(jī)溫度為120℃，壓力為2MPa。選取5塊劍麻纖維氈疊層后置于油壓機(jī)上加壓成型，成型溫度為175℃，壓力為4MPa。所選取的PP含量分別為30％和50％。
實(shí)施例8-9將原料劍麻纖維分別切短成20mm和30mm，浸泡于2.5％的KH-550硅烷乙醇溶液中1分鐘，取出晾干，于100℃烘箱中烘4小時(shí)，得到KH-SF原料。將濃度為4％(質(zhì)量百分比)的PVA水溶液和PP粉料攪拌均勻后倒入F-SF中混合，鋪氈，然后置于油壓機(jī)上加壓定型，調(diào)節(jié)油壓機(jī)溫度為110℃，壓力為2MPa。選取5塊劍麻纖維氈疊層后置于油壓機(jī)上加壓成型，成型溫度為180℃，壓力為3.5MPa。所選取的PP含量分別為30％和50％。
表1為短劍麻纖維增強(qiáng)PP復(fù)合材料的組成及其性能數(shù)據(jù)。
表1短劍麻纖維增強(qiáng)PP復(fù)合材料的組成及其性能

注ak(KJ/m2)代表沖擊強(qiáng)度，Ef(GPa)代表彎曲模量，Sf(MPa)代表彎曲強(qiáng)度
權(quán)利要求
1.一種劍麻纖維/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征是具體步驟如下(1)纖維原料的制備將原料劍麻纖維切短成5～30mm長的短纖維，采用預(yù)處理方法處理后，置于70℃～100℃的烘箱中干燥，收藏備用；(2)劍麻纖維氈的制備將質(zhì)量百分比濃度為1％～5％的PVA水溶液和短切的劍麻纖維攪拌均勻后制成纖維氈，然后置于油壓機(jī)上加壓定型，調(diào)節(jié)油壓機(jī)溫度為90℃～120℃，壓力為0.5～2.5MPa，劍麻纖維氈中PVA含量為1％～3％，劍麻纖維氈的規(guī)格為250～500g/m2；(3)復(fù)合材料板材的制備選取若干塊劍麻纖維氈，隔層夾入等量的PP無紡布或PP薄膜，在油壓機(jī)上加壓成型，成型溫度為165℃～180℃，壓力為1～5MPa，復(fù)合材料中PP含量為30％～60％。
2.一種如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于在劍麻纖維氈的制備中，采用PP粉料作為樹脂基體，將30％～60％的PP粉直接倒入PVA水溶液中攪拌1～2分鐘，然后與劍麻纖維混合均勻后鋪氈，氈的規(guī)格為250～500g/m2，選取5～9層劍麻纖維氈疊加模壓成板。
3.一種如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于在劍麻纖維氈的制備中，采用PP纖維作為樹脂基體，將長度為2～30mm的PP纖維與長5～30mm的SF混合均勻后鋪氈，氈的規(guī)格為250～500g/m2，選取5～9層劍麻纖維氈模壓成板。
4.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于對原料劍麻纖維進(jìn)行預(yù)處理的過程如下將原料SF用含氟的防水劑浸泡1～10分鐘，取出晾干，于80℃～100℃烘干后得到F-SF原料。
全文摘要
本發(fā)明方法采用劍麻纖維作為纖維原料，熱塑性樹脂PP的無紡布、薄膜、粉料及其纖維作為樹脂基體。由原料劍麻纖維經(jīng)預(yù)處理后制成纖維氈，熱壓定型，選取一定數(shù)量的劍麻纖維氈隔層夾入PP無紡布或薄膜，在一定溫度、壓力條件下熱壓成型；或把PP纖維(PP粉料)直接與劍麻纖維混合，制成纖維氈后熱壓成型，得到劍麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是適用于制備大型復(fù)雜形狀的制品，在加工過程中劍麻纖維不會(huì)受損，且產(chǎn)品中劍麻纖維較長，從而提高了產(chǎn)品的綜合性能。
文檔編號(hào)B29C70/12GK1470704SQ0312699
公開日2004年1月28日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者曾漢民, 楊桂成, 梁小波 申請人:中山大學(xué)