强化秸秆纤维复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供的强化秸秆纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：1)秸秆纤维的预处理；2)秸秆纤维的改性；3)秸秆纤维的混炼；4)热压成型；5)产品包装。本发明专利技术的制备方法的优势在于本方法简单可靠，易于实施，其制备的复合材料中的秸秆纤维的利用率高，可再生、降解，成为环保节能的理想材料；再回收利用形成循环经济的产业链；其力学性能好、性能优良、成本低廉、用途广泛；可用于建筑、家居、汽车等行业领域。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供的包括以下步骤：1)秸秆纤维的预处理；2)秸秆纤维的改性；3)秸秆纤维的混炼；4)热压成型；5)产品包装。本专利技术的制备方法的优势在于本方法简单可靠，易于实施，其制备的复合材料中的秸秆纤维的利用率高，可再生、降解，成为环保节能的理想材料；再回收利用形成循环经济的产业链；其力学性能好、性能优良、成本低廉、用途广泛；可用于建筑、家居、汽车等行业领域。【专利说明】
本专利技术涉及复合纤维材料领域，特别是一种强化秸杆纤维复合材料的制备方法。
技术介绍
随着国家经济的飞速发展，对木材的需求量迅速增大，一方面我国是木材资源短缺的国家，人均森林面积不到世界平均水平的1/4，木材供不应求的局面将会长期存在，另一方面，我国又是农业大国，每年产生约7亿吨的农业秸杆，这是极为丰富宝贵的天然植物纤维资源；合理利用秸杆资源，对于保护森林资源、提高农作物秸杆的利用价值、防止环境污染等具有重要的现实意义，这一技术受到联合国粮农组织和世界环境保护组织的支持和赞赏。开发利用秸杆资源已成为农业加工的重要的发展趋势之一；秸杆纤维化以后的用途将更加广泛；如一是可以直接压制成秸杆纤维板在密度和质量上都得到提高，二是可以按一定比例添加到木质纤维板中替代部分木材，三是秸杆纤维化以后可以将不同的秸杆按不同的比例混合在一起压制成板材，比单一材质的板材性能和功能上要好得多，特别是在作为木塑产品的原材料方面表现得更为明显，四是经过改性后的秸杆纤维可以使用普通的粘胶剂，使成本大大降低；六是可以加工成编织品，当然这需要将秸杆加工成一定长径比的秸杆纤维，比用作其他产品的纤维加工要求条件更高一点；秸杆纤维化以后的用途非常广泛，但仍未能进行大量生产的主要是因为秸杆纤维的加工工艺比较复杂、成本较高，加上秸杆在技术上我国目前还处于初级阶段，没有真正推广开来。 秸杆纤维是自然界中最丰富的天然高分子材料，其价格低廉、密度小，具有较高的弹性模量和拉伸强度，而它的生物降解性和可再生性是其他任何增强材料无法比拟的。在我国，对其的开发利用就目前来说还是远远不够的，如秸杆经常被当成废料来处理，如焚烧秸杆对空气造成污染，形成雾霾天气；如填埋等产生运输费用、人工费用和其他处理费用，无法产生经济效益；这造成巨大的资源浪费；如何通过技术开发，充分利用其较高的弹性模量和拉伸强度等特性，以及其生物降解性、可再生性，将秸杆制成用途广泛的环保材料，变废为宝，产生经济效益，形成产业链条，解决上述技术问题，在本领域内具有重大的意义。 随着人们环保意识的增强，可生物降解聚酯日益受到人们的关注。其中聚丁二酸丁二醇酯(PBS)不但具有良好的生物降解性能，同时还具有与通用聚乙烯材料相近的力学性能、物理性能，适合多种加工工艺，可用来制备各种各样的完全生物降解高分子制品，但因PBS价格高，其推广应用受到限制；天然禾本科植物纤维，如小麦秸杆、稻草、竹纤维是自然界中生产周期最短，来源最广的天然高分子材料，其价格低廉，密度小，具有较高的弹性模量和拉伸强度，且它的生物降解性和可再生性是其它任何增强材料无法比拟的。采用禾本科植物纤维与PBS进行共混，制得植物纤维/PBS复合材料，以扩展了植物纤维/聚酯复合材料的在各行业的应用。秸杆纤维添加到聚酯中，以求改善材料性能、扩展材料用途、促进降解；但秸杆纤维富含羟基、表面光滑，与聚酯之间的相容性较差、啮合作用小，难以发挥增强作用。碱处理是增加纤维表面粗糙度，提高纤维与基体之间啮合作用的有效手段；通过碱处理可溶解纤维中的半纤维素、木素，使秸杆纤维表面变得粗糙，纤维与基体之间的啮合作用增强，从而使复合材料的性能得到改善，但是碱处理使纤维表面羟基含量增多，纤维自身强度大幅度降低，给复合材料的性能带来不利影响；因此，从保护秸杆纤维强度、改善纤维与基体之间相容性两方面着手，开发一种秸杆纤维/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合材料及其制备方法，在本领域内具有重大的意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术提供一种强化秸杆纤维复合材料的制备方法，通过优化各项成分的配比，采用专用的制备方法，得到性能优良，成本低廉、用途广泛的一种秸杆纤维复合材料，为实现上述目的，本专利技术提出的一种强化秸杆纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤: 1.秸杆纤维的预处理: I)选用无霉变的秸杆进行机械处理；粉碎烘干后得到100?150um宽的秸杆短纤维； 2)米用微波工艺处理稻杆；将稻杆浸入质量分数为3%的NaOH溶液中，其中，稻杆纤维的理论含量为40%，采用微波进行连续辐射20分钟，得到的微波处理后的秸杆纤维； 3)将水煮处理后分离得到的秸杆纤维水洗至中性，其pH值为7 ; 2.秸杆纤维的改性: 采用的改性剂为硬脂酸，其浓度为10%，在80°C下对纤维进行处理4小时，再用水充分洗涤至中性，达到改善纤维湿润性和分散性的目的； 3.秸杆纤维的混炼: 混炼的配比为:采用预处理之后的秸杆纤维质量分数为40% -60%，将聚丁二酸丁二醇酯，即PBS置于真空干燥箱在60?100°C干燥12?48小时预处理之后取PBS质量分数55% -35%，硬脂酸质量分数为1_5%，并可以选择添加其他适量的添加剂；在SK-160双辊混炼机上混炼10分钟，温度控制在110°C ;混合均匀后进行烘干； 4.热压成型: 在平板硫化机上进行热压，热压温度控制在170?180°C，压力控制在3?6MPa，热压时间控制在I?5min ;保持压力在3?6MPa，常温下自然冷却或水冷得到成型的复合材料。 5.产品包装。 对于本技术方案的进一步的优选，步骤3秸杆纤维的混炼过程中，原料的配比为:采用秸杆纤维质量分数为50%，PBS质量分数45%，硬脂酸的质量分数为3.5%，并选择添加其他添加剂质量分数为1.5%的硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种；在SK-160双辊混炼机上混炼10分钟，温度控制在110°C ;混合均匀后进行烘干。 对于本技术方案的进一步的优选，步骤I秸杆纤维的预处理中所选用的农作物秸杆为稻草稻杆、麦草稻杆、棉稻杆、玉米稻杆、大豆稻杆中的任意一种或多种稻杆的混合，多种以上秸杆的混合时可以任意配比。 本专利技术的制备过程方法的依据和原理主要在于:本专利技术的方法使用氢氧化钠溶液对农作物秸杆进行碱处理，氢氧化钠溶液可破坏秸杆中的部分木质素和半纤维素，并通过皂化反应去除秸杆表面的蜡质；如果使用比较弱的碱处理条件，仅能够去除秸杆中结合较弱的木质素和半纤维素，这样得到的秸杆纤维较粗，影响复合材料制备中与高聚物界面的黏结效果；相反，若使用过强的碱处理条件，秸杆中的木质素和半纤维素会被大幅度去除，这样得到的秸杆纤维很细，但长度太短，同样影响复合材料制备过程中秸杆纤维的增强作用，因此，烧碱浓度是一个非常重要的工艺参数，本制备方法中采用质量分数为3%的NaOH溶液进行秸杆的预处理，达到较好效果。 在使用碱液处理秸杆的同时，采用微波工艺对秸杆进行处理；研宄和实验表明，秸杆分子随着微波频率与周围分子相互碰撞摩擦，加速秸杆中木质素与半纤维素溶解到NaOH溶液中。未经微波处理的秸杆纤维表面比较光滑，平均粗糙度Ra为(86.7±6.335)nm,均方根粗糙度Rq为本文档来自技高网...

【技术保护点】
强化秸秆纤维复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1秸秆纤维的预处理：1)选用无霉变的秸秆进行机械处理；粉碎烘干后得到100um～150um宽的秸秆短纤维；2)采用微波工艺处理秸秆；将秸秆浸入质量分数为3％的NaOH溶液中，其中，秸秆纤维的理论含量为40％，采用微波进行连续辐射20分钟，得到的微波处理后的秸秆纤维；3)将水煮处理后分离得到的秸秆纤维水洗至中性，其pH值为7；步骤2秸秆纤维的改性：采用的改性剂为硬脂酸，其浓度为10％，在80℃下对纤维进行处理4小时，再用水充分洗涤至中性；步骤3秸秆纤维的混炼：混炼的配比为：采用预处理之后的秸秆纤维质量分数为40％‑60％，将聚丁二酸丁二醇酯(PBS)置于真空干燥箱在60～100℃干燥12～48小时预处理之后取PBS质量分数55‑35％，硬脂酸质量分数为1％‑5％，并选择添加其他适量的添加剂；在SK‑160双辊混炼机上混炼10分钟，温度控制在110℃；混合均匀后进行烘干；步骤4热压成型：在平板硫化机上进行热压，热压温度控制在170～180℃，压力控制在3～6MPa，热压时间控制在1～5min；保持压力在3～6MPa，常温下自然冷却或水冷得到成型的复合材料；步骤5产品包装。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施爱平，李成，祝龙云，叶丽华，
申请(专利权)人：江苏大学，镇江奥立特机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32