一种植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料及其制备方法，采用交联剂与环氧大豆油丙烯酸酯共混制备大豆油基树脂，采用改性剂对大豆油基树脂进行改性得到改性大豆油基树脂，将植物纤维、改性大豆油基树脂和引发剂通过热压成型制得植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料。本发明专利技术制备的植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料具有很好的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度。

【技术实现步骤摘要】
一种植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料
本专利技术属于天然植物纤维增强树脂复合材料
，具体涉及一种植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
天然植物纤维增强聚合物复合材料中，最常用的热固性树脂主要有环氧树脂、酚醛树脂及不饱和聚酯树脂。一般地，这些热固性树脂具有良好的力学性能、耐化学性能和工艺性能，但在使用过程中有毒物质（如甲醛、苯乙烯等）的挥发所带来的环境问题和空气污染问题已引起极大关注。此外，石油资源的不断消耗和价格上升问题迫使人们开始寻求和开发新的可再生的生物基树脂。环氧大豆油丙烯酸酯（Acrylateepoxidizedsoybeanoil，即AESO）是由大豆油经环氧化后与丙烯酸酯反应得到，目前在市场上已得到大量生产，原料来源广泛、价格低廉，已被大量应用于涂料、可降解泡沫材料等领域。以AESO为原料制备植物纤维/大豆油基复合材料，由于可再生植物纤维的引入和植物油基树脂的使用对减少石油基产品的使用量有重要意义。然而，交联度低、常温时粘度较大和耐热性差等缺点使得AESO在应用过程中必须与乙烯基单体进行共混，一方面是降低树脂粘度，改善复合材料的制备工艺；另一方面，提高树脂交联度，改善复合材料的力学性能和耐热性能。AESO与苯乙烯共聚制备力学性能优良的热固性树脂已有较多报道，但挥发性苯乙烯的使用仍无法避免空气污染的问题，并且2011年美国卫生和公众服务署正式将苯乙烯与可吸入玻璃纤维列为致癌物。因此，寻求新型的环境友好的方法提高AESO树脂的交联度，制备性能优良的大豆油基热固性树脂是促进AESO在天然纤维增强复合材料中得到应用的关键。此外，AESO的分子结构上包含长链脂肪酸的酯化物，其脂肪酸上含有3个羟基，通过引入双功能团单体对AESO进行改性，可显著提高大豆油基树脂的交联度，进一步提高植物纤维/大豆油基树脂复合材料的力学性能。采用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）对大豆油基树脂进行改性，以改性的大豆油基树脂为基体，制备了植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料。一方面，IPDI的两个异氰酸酯基与AESO的羟基反应可提高树脂的交联密度，另一方面，当IPDI的两个异氰酸酯基同时与纤维表面羟基和AESO的羟基发生反应时，可提高纤维/树脂间的界面结合，两者均可提高复合材料的力学性能。因此，本专利技术所制备的植物纤维/改性大豆油基树脂复合材料具有优良的综合力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料及其制备方法，解决石油基树脂原料来源短缺、价格昂贵，大豆油基树脂交联度低、固化后力学性能较差，树脂与纤维间的界面结合差等问题。制得的植物纤维/改性大豆油基树脂复合材料具有很好的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料是由以下重量份数的原料通过热压成型工艺制得的：植物纤维80–100份、改性大豆油基树脂80–100份、引发剂3–7份。所述的植物纤维为大麻纤维。所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。所述的改性大豆油基树脂的制备过程为：按重量份数计，将大豆油基树脂80–95份和改性剂5–20份在室温下混合后磁力搅拌5–10min，即得到改性大豆油基树脂；所述的大豆油基树脂的制备过程为：按重量份数计，将大豆油衍生物60–80份和交联剂20–40份在室温下混合后磁力搅拌15–30min，即得到大豆油基树脂；所述的大豆油衍生物为环氧大豆油丙烯酸酯；所述的交联剂为N-乙烯基吡咯烷酮（N-vinyl-2-pyrrolidone，即NVP）；所述的改性剂为异佛尔酮二异氰酸酯（Isophoronediisocyanate，即IPDI）。制备如上所述的植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料的方法：将改性大豆油基树脂和引发剂混合均匀后涂敷在植物纤维板坯的上下表面，通过手工铺装模压成型制得所述的植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料。具体步骤如下：将改性大豆油基树脂和引发剂混合搅拌0.5–2min，均匀涂覆在已干燥的植物纤维板坯（制备方法：将干燥后的植物纤维冷却至室温，5–9片纤维毡按正交方向叠合排布成纤维板坯）的上下表面，在室温下以5–7MPa冷压4–6min；保持压力不变，升温至60–80℃，预热压4–6min；继续升温至150–170℃，热压20–40min；隔热保压30–90min，使之自然冷却至室温。本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用优化的工艺参数组合，纤维与改性大豆油基树脂的用量比（质量比）为1∶1，热压温度160℃，热压时间30min，以模压工艺可制备力学性能优良的植物纤维/改性大豆油基树脂复合材料。与植物纤维/未改性的大豆油基树脂复合材料相比，采用植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料具有相当的冲击强度和显著提高的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量。附图说明图1是植物纤维/改性大豆油基树脂复合材料的拉伸性能。其中，Control表示未改性的大豆油基复合材料；IPDI-5表示采用5wt%IPDI改性的大豆油基复合材料；IPDI-10表示采用10wt%IPDI改性的大豆油基复合材料；IPDI-15表示采用15wt%IPDI改性的大豆油基复合材料；IPDI-20表示采用20wt%IPDI改性的大豆油基复合材料。图2和图3横坐标中Control、IPDI-5、IPDI-10、IPDI-15和IPDI-20含义相同。图中矩形柱上下方横线表示数据均值的标准差，柱状图上方无相同字母的表示两组数据均值之间差异显著，否则差异不显著。图2是植物纤维/改性大豆油基树脂复合材料的弯曲性能。图3是植物纤维/改性大豆油基树脂复合材料的冲击强度。具体实施方式实施例1原料：植物纤维为大麻纤维（大麻纤维绒支数为130，平均长度为3cm），购自安徽铜陵三星麻业有限公司；大豆油基树脂是由N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）与环氧大豆油丙烯酸酯（AESO）共混得到：NVP购自上海晶纯（阿拉丁）实业有限公司；AESO（型号：F03；粘度(23℃)：8000–20000cps；酸值：≤12mgKOH/g）购自江苏利田科技股份有限公司；改性剂为异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），购自梯希爱(上海)化成工业发展有限公司；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB），购自西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司。植物纤维/改性大豆油基树脂复合材料：改性大豆油基树脂的制备过程为：将大豆油基树脂（95g）和改性剂（5g）置于圆底烧瓶中，室温下用磁力搅拌器搅拌5–10min后，即得到改性大豆油基树脂；大豆油基树脂为AESO和NVP的共混物；引发剂为TBPB。复合材料制备方法：称取75g改性大豆油基树脂和3.75gTBPB，混合后用玻棒搅匀1min。将干燥后的植物纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，5–9片纤维毡按正交方向叠合排布成纤维板坯，把混合均匀的改性大豆油基树脂混合液均匀涂敷在纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至70℃在6MPa下预热压5min；继续升温至160℃，压力6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压60min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，大豆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料，其特征在于：所述的复合材料是由以下重量份数的原料通过热压成型工艺制得：植物纤维80–100份、改性大豆油基树脂80–100份、引发剂3–7份。

【技术特征摘要】
1.一种植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料，其特征在于：所述的复合材料是由以下重量份数的原料通过热压成型工艺制得：植物纤维80–100份、改性大豆油基树脂80–100份、引发剂3–7份；所述的改性大豆油基树脂的制备过程为：按重量份数计，将大豆油基树脂80–95份和改性剂5–20份在室温下混合后磁力搅拌5–10min，即得到改性大豆油基树脂；所述的大豆油基树脂的制备过程为：按重量份数计，将大豆油衍生物60–80份和交联剂20–40份在室温下混合后磁力搅拌15–30min，即得到大豆油基树脂；所述的大豆油衍生物为环氧大豆油丙烯酸酯；所述的交联剂为N-乙烯基吡咯烷酮；所述的改性剂为异佛尔酮二异氰酸酯。2.根据权利要求1所述的植物纤维增强改性大豆油基树脂复合材料，其特征在于：所述的植...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文地，邱仁辉，谢天顺，许博皓，沈云玉，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建;35