一种竹纤维为主增强体的车用复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种竹纤维为主增强体的车用复合材料及其制备方法，属于汽车复合材料领域。该车用复合材料由改性竹纤维、改性木纤维和阻燃聚合物纤维构成，竹纤维的长度为50‑100mm，木纤维填充于复合材料微小孔隙中，阻燃聚合物纤维为熔融后再冷却的状态，使复合材料整体密实化。采用“高温低压软化工艺制备软化片材‑低温高压冷却工艺定型”的步骤制备得到车用复合材料。该材料采用长竹纤维在复合材料中起到增强作用，木纤维可以填充于复合材料微小孔隙中，使得木纤维不仅起到辅强作用，还可以使得复合材料整体密实化，表面更加光滑。本发明专利技术可推动竹纤维产业的发展，将竹纤维应用到车用复合材料领域，为解决我国竹纤维应用问题提供新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种竹纤维为主增强体的车用复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种竹纤维为主增强体的车用复合材料及其制备方法，属于汽车复合材料领域。该方法制备得到的材料采用长竹纤维为增强体，木纤维起到辅助增强和填充作用，本专利技术可推动木、竹纤维产业的发展，将天然植物纤维应用到车用复合材料领域，加快车用复合材料绿色化进程。
技术介绍
我国目前已经成为世界汽车生产第一大国，中国汽车产业步入快速发展时期。2000年，欧盟出台了一份指导文件(2000/53/CE)，明确指出车辆报废之后，可再利用的材料要达到85％，可见，随着人们对环境保护的重视，汽车部件的可降解和环境友好性已成为我国汽车工业发展的新的关注点。目前汽车内衬部件中，国内一些汽车内饰件生产厂家也已经开始采用玻璃纤维、天然纤维复合材料制作门衬板、仪表板衬件、后搁板等部件。其制备工艺技术主要是通过将玻璃纤维或者麻纤维和聚丙烯等树脂混合，模压制备成各种内饰产品。欧美高档汽车主要用木纤维复合工程材料，其制备工艺是采用木纤维作为增强材料，使用热固性树脂作为基体。虽然麻纤维虽有较好的纤维形态，但由于生产过程中产生的味道，并且生产麻纤维时需要经过沤麻这一步骤，容易导致水体散发恶臭，造成大量的水体环境污染，而且麻纤维复合材料产生的VOC量高，产品味道大，影响其在汽车中的大量应用，前景不好。热固性树脂是一种不可二次利用的高分子材料，目前只能通过深埋或者焚烧方式处理。因此使用木纤维复合工程材料不符合当前环保政策的要求，势必在未来遭到淘汰。中国竹材资源丰富，竹子生长迅速，竹材力学强度高，而竹纤维也有较长的纤维形态，接近于麻纤维，因此，研究将竹材纤维用于汽车部件成为了我国汽车复合材料的热点，而且有助于开发具有中国特色的、高性能高附加值竹纤维复合材料，拓展汽车部件中天然植物纤维复合材料的用量，满足汽车产业对环境友好型天然植物纤维复合材料的新需求。专利CN102896843B(用于制作汽车内饰件的竹纤维复合基材及内饰件制造方法)公开了一种以热塑性合成纤维为粘接基体，竹纤维为增强材料制备的汽车内饰件，其采用机械、物理、生物方法制备竹纤维，没有经过软化工序，纤维强度太硬，只能采用机械铺装机铺装成板坯，然后通过连续式辊压机压制成薄板。该生产工艺只能适合生产平板类材料，不能用于生产异形结构的车用板材，并且所使用的竹纤维由于长度长且硬，压制成薄板势必导致板材中存在大量孔隙，不利于提高复合材料的力学性能。专利CN106042414A(一种木纤维二次模压法制备汽车内饰模压型材工艺)公开了一种木纤维模压制备汽车内饰件的技术，但是该技术使用的胶黏剂为酚醛树脂、异氰酸酯等热固性树脂材料，不符合汽车工业对车用复合材料的要求。专利CN1265049C公开了一种采用木纤维、麻纤维和合成纤维制备得到的复合材料。该材料在制备过程中，木纤维含有酚醛粘合剂、三聚氰胺粘合剂、异氰酸酯粘合剂中的一种或多种，制备得到的复合材料含有大量比例的不可二次使用的热固性树脂和大量生产过程中带来环境污染且味道极大的麻纤维，使得这种复合材料不能在汽车工业当中得到广泛使用。
技术实现思路
为了解决上述提到的现有技术中存在的问题，本专利技术方法采用竹纤维、木纤维与聚合物纤维为原料，制备得到一种竹纤维为主增强体的车用复合材料。本专利技术通过“高温低压软化工艺”将复合毡制备成密实软化材料，最后将软化材料送入模具中采用“低温高压冷却工艺”定型，然后对定型材料表面进行装饰，最终制得车用复合材料。一种竹纤维为主增强体的车用复合材料，由改性竹纤维、改性木纤维和阻燃聚合物纤维构成，竹纤维的长度为50-100mm，木纤维填充于复合材料微小孔隙中，阻燃聚合物纤维为熔融后再冷却的状态，使复合材料整体密实化；先将改性竹纤维、改性木纤维和阻燃聚合物纤维制成复合纤维毡，通过高温低压工艺将复合纤维毡制备成密实软化材料，再将软化材料采用低温高压工艺冷却定型，最终得到车用复合材料。还可进一步对复合材料表面进行装饰。在上述车用复合材料中，按照质量百分比计，改性竹纤维和改性木纤维占30％-70％，阻燃聚合物纤维占70％-30％，其中改性木纤维占改性竹纤维和改性木纤维质量的20％-60％。优选的，改性竹纤维和改性木纤维占40％-60％，阻燃聚合物纤维占60％-40％。优选的，改性木纤维占改性竹纤维和改性木纤维质量的20％-40％。一种竹纤维为主增强体的车用复合材料的制备方法，主要包括以下步骤：(1)制备复合纤维毡：采用改性竹纤维、改性木纤维和阻燃聚合物纤维制备复合纤维毡，其中竹纤维的长度为50-100mm；(2)高温低压软化工艺：将复合纤维毡采用高温低压工艺进行软化和预压，使得聚合物纤维熔融，并将熔融复合毡预压成片材；(3)低温高压冷却工艺：将预压的片材装入模具中，采用低温高压工艺进行冷却和定型，制得车用复合材料。进一步地，还可包括步骤(4)，对复合材料表面进行装饰。步骤(1)中，车用复合材料的原料包括改性长竹纤维、改性木纤维、阻燃聚合物纤维三种。长竹纤维在复合材料中起到增强作用且长度为50-100mm；木纤维是复合材料中必须添加的，其短、细、小的特征，可以填充于复合材料微小孔隙中，木纤维不仅起到辅强作用，还可以使得复合材料整体密实化，表面更加光滑。所述的竹纤维为从毛竹、慈竹、绿竹、单竹、四季竹、斑竹和楠竹等竹种中提取出来的一种或者几种竹纤维的混合物，竹纤维含水率为绝干至15wt.％以下。所述的阻燃聚合物纤维为阻燃聚丙烯纤维、阻燃聚酯纤维和阻燃尼龙纤维等中的一种或几种混合。所述的改性竹纤维或改性木纤维是通过采用防火阻燃剂对竹纤维或木纤维进行阻燃改性。所述的阻燃剂在改性竹纤维或改性木纤维中的质量百分比含量为5-30％，优选为10-20％。所述的阻燃改性是指将竹纤维或木纤维浸泡于含有防火阻燃剂的溶液中，然后对浸泡之后的纤维进行干燥。所述的防火阻燃剂为磷氮系阻燃剂、硅氧烷系阻燃剂和硼酸盐系阻燃剂等中的一种或几种。所述的复合纤维毡中，按照质量百分比计，改性竹纤维和改性木纤维占30％-70％，阻燃聚合物纤维占70％-30％，其中改性木纤维占改性竹纤维和改性木纤维质量之和的20％-60％，即改性木纤维占复合材料质量的6％-42％，改性竹纤维占复合材料质量的12％-56％。优选的，改性竹纤维和改性木纤维占40％-60％，阻燃聚合物纤维占60％-40％。优选的，改性木纤维占改性竹纤维和改性木纤维质量之和的20％-40％。步骤(2)中，所述的高温低压软化工艺为将复合纤维毡放入高温设备中加热，使得聚合物纤维熔融，然后低压将熔融复合毡预压成片材。所述的高温低压工艺中，温度为150-220℃之间，压力为1-5MPa，加热时间为2-5min；优选的加热温度为180-200℃，压力为1.5-4MPa，加热时间为1.5-3min。预压成片材是指将蓬松的复合毡压实，有利于热量的传递。步骤(3)中，所述的低温高压冷却工艺是指将预压软化的片材放入模具中压制成产品，所述的低温高压工艺中，温度为20-50℃，压力为5-20MPa，时间为1-5min。优选的，温度为20-40℃，压力为10-15MPa，时间为2-3min。步骤(4)中，所述的装饰是在复合材料表面均匀涂刷或者喷洒装饰用胶黏剂，然后将木皮、面料、装饰布、人造革、皮革等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竹纤维为主增强体的车用复合材料，其特征在于：由改性竹纤维、改性木纤维和阻燃聚合物纤维构成，竹纤维的长度为50‑100mm，木纤维填充于复合材料微小孔隙中，阻燃聚合物纤维为熔融后再冷却的状态，使复合材料整体密实化。

【技术特征摘要】
1.一种竹纤维为主增强体的车用复合材料，其特征在于：由改性竹纤维、改性木纤维和阻燃聚合物纤维构成，竹纤维的长度为50-100mm，木纤维填充于复合材料微小孔隙中，阻燃聚合物纤维为熔融后再冷却的状态，使复合材料整体密实化。2.根据权利要求1所述的竹纤维为主增强体的车用复合材料，其特征在于：按照质量百分比计，改性竹纤维和改性木纤维占30％-70％，阻燃聚合物纤维占70％-30％，其中改性木纤维占改性竹纤维和改性木纤维质量的20％-60％。3.根据权利要求2所述的竹纤维为主增强体的车用复合材料，其特征在于：改性竹纤维和改性木纤维占40％-60％，阻燃聚合物纤维占60％-40％；和/或改性木纤维占改性竹纤维和改性木纤维质量的20％-40％。4.根据权利要求1-3中任一项所述的竹纤维为主增强体的车用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)采用改性竹纤维、改性木纤维和阻燃聚合物纤维制备复合纤维毡，其中竹纤维的长度为50-100mm；(2)将复合纤维毡采用高温低压工艺进行软化和预压，使得聚合物纤维熔融，并将熔融复合毡预压成片材；(3)将预压的片材装入模具中，采用低温高压工艺进行冷却和定型，制得车用复合材料。5.根据权利要求4所述的竹纤维为主增强体的车用复合材料的制备方法，其特征在于：还包括步骤(4)，对复合材料表面进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐启恒，郭文静，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11