一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用。包括以下步骤：将蚕茧壳通过一对热轧辊挤压，然后切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；将蚕茧颗粒完全浸没于聚氨酯溶液中，再抽真空排气；将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后真空干燥；将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30～300s，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。所述蚕茧增强聚氨酯复合材料厚度5～20mm，蚕茧的体积分数为40～65％，复合材料具有优异的力学性能。本发明专利技术的工艺简单，环保高效，成本低，产品可用于安全防护材料。

A Silkworm Cocoon Reinforced Polyurethane Composite Material, Its Preparation Method and Application

The invention discloses a silkworm cocoon reinforced polyurethane composite material, a preparation method and application. It includes the following steps: extruding the silkworm cocoon shell through a pair of hot rollers, then cutting and crushing it into 3-10mm-sized particles; immersing the silkworm cocoon particles in polyurethane solution completely, then vacuum exhaust; filling the gel-impregnated silkworm cocoon particles into the mould, pressing and fixing the mould, then vacuum drying; and drying the dried silkworm cocoon. Silkworm cocoon reinforced polyurethane composites were prepared by further compression of polyurethane composites with vacuum hot press for 30-300 seconds. The silkworm cocoon reinforced polyurethane composite material has a thickness of 5-20 mm and a volume fraction of 40-65%. The composite material has excellent mechanical properties. The invention has the advantages of simple process, environmental protection, high efficiency and low cost, and the product can be used as safety protection material.

【技术实现步骤摘要】
一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用
本专利技术涉及一种纤维增强复合材料领域，具体涉及一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
纤维增强复合材料已广泛应用作工程结构材料，其具有低密度、比强度高的特性。目前，常见的纤维复合材料有玻璃纤维增强复合材料、芳纶纤维复合材料及碳纤维复合材料等。这些化学纤维虽然力学性能强，但也存在成本高、回收利用难、污染环境等问题。这些纤维通常与环氧树脂、聚酯、聚酰胺等基体复合，复合材料的强度高，但是韧性很差，因此不适合于某些对韧性要求高的材料领域。相比而言，蚕丝纤维性能优良，韧性极好，且具有更低的密度，但丝纺织工艺极大地增加了纤维原料成本。蚕丝纤维与上述树脂基体的复合还存在一定问题，蚕丝纤维的韧性不能发挥出来。近年来，有研究用蚕茧作增强体制备复合材料。2015年的文献Poiymer第56期93～101页公开的名称为“Silkcocoonsasnaturalmacro-balloonfillersinnovelpolyurethane-basedsyntacticfoams”，将天然蚕茧嵌入到聚氨酯合成泡沫中制备复合泡沫。2015年泰国研究者公开了将蚕茧与特制树脂复合，经液压8小时制成2cm厚的防弹材料。2017年的中国专利(CN106965504A)公开了一种高强蚕茧结构复合材料的制备方法，将蚕茧片拼接后与树脂基体热压成复合材料，制备工艺还比较繁琐。综合来看，用蚕茧作复合材料的增强体有一定优势，但在蚕茧结构利用和复合基体的选择上还有需要改进的地方。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种蚕茧增强聚氨酯复合材料，所述复合材料的参数为：增强体为3～10mm大小的蚕茧壳碎颗粒，基体为聚氨酯，蚕茧的体积分数为40～65％，复合材料的厚度5～20mm。本专利技术的目的之二是提高一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将蚕茧壳通过一对热轧辊挤压，然后切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；2)将蚕茧颗粒完全浸没于聚氨酯溶液中，再抽真空排气；3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后真空干燥；4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30～300s，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。进一步，所述一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法具体包括以下步骤：a.将蚕茧壳送入热轧辊压缩，热轧温度100～130℃，轧辊压力100～200bar，然后将压缩后的蚕茧切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；b.将蚕茧颗粒浸入浓度20～35wt％的聚氨酯溶液中，再进行抽真空排气1～5min，真空压力-0.06～-0.09MPa；c.将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后在25～80℃下真空干燥，真空压力-0.06～-0.09MPa；d.将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30～300s，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。进一步，所述蚕茧壳为家蚕茧和野蚕茧。进一步，真空热压机的参数为：温度100～130℃，压力50～150bar，真空压力-0.06～-0.09MPa。本专利技术所述的蚕茧聚氨酯复合材料可用于安全防护头盔、护甲、防撞板。本专利技术的有益效果在于：本专利技术所述的蚕茧聚氨酯复合材料以蚕茧碎颗粒为增强体，既保留了蚕茧特殊结构，又克服了蚕茧不规则形状的不利影响；以弹性聚氨酯为基体，改善传统树脂基体的脆性，极大增强了复合材料的韧性。本专利技术的制备方法工艺简单，环保高效；制得的蚕茧聚氨酯复合材料可应用于安全防护材料。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是实施例1的蚕茧聚氨酯复合材料的表面SEM图；图2是实施例2的蚕茧聚氨酯复合材料的截面SEM图；图3是实施例5的蚕茧聚氨酯复合材料的应力应变曲线图。具体实施方式下面结合具体实施方式，进行进一步阐述本专利技术。应理解，这些实例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术。实施例11)将100g蚕茧壳送入热轧辊压缩，热轧温度100℃，轧辊压力200bar，然后将压缩后的蚕茧切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；2)将20g蚕茧颗粒浸入200ml的35wt％聚氨酯溶液中，再进行抽真空排气1min，真空压力-0.09MPa；3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后在25℃下真空干燥，真空压力-0.06MPa；4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩300s，设备参数为：真空压力-0.09MPa，温度为100℃，压力为150bar，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。参见图1，它是本实施例的蚕茧增强聚氨酯复合材料表面SEM图，蚕茧中的纤维与基体良好地结合在一起。实施例21)将100g蚕茧壳送入热轧辊压缩，热轧温度130℃，轧辊压力100bar，然后将压缩后的蚕茧切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；2)将20g蚕茧颗粒浸入200ml的20wt％聚氨酯溶液中，再进行抽真空排气5min，真空压力-0.06MPa；3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后在80℃下真空干燥，真空压力-0.09MPa；4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30s，设备参数为：真空压力-0.06MPa，温度为130℃，压力为150bar，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。参见图2，它是本实施例的蚕茧增强聚氨酯复合材料截面SEM图，基体分布在蚕茧纤维空隙间。实施例31)将100g蚕茧壳送入热轧辊压缩，热轧温度130℃，轧辊压力200bar，然后将压缩后的蚕茧切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；2)将20g蚕茧颗粒浸入浓度30wt％的聚氨酯溶液中，再进行抽真空排气2min，真空压力-0.09MPa；3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后在60℃下真空干燥，真空压力-0.08MPa；4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩60s，设备参数为：真空压力-0.09MPa，温度为120℃，压力为100bar，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。实施例41)将100g蚕茧壳送入热轧辊压缩，热轧温度120℃，轧辊压力150bar，然后将压缩后的蚕茧切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；2)将20g蚕茧颗粒浸入浓度25％的聚氨酯溶液中，再进行抽真空排气3min，真空压力-0.09MPa；3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后在40℃下真空干燥，真空压力-0.07MPa；4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩100s，设备参数为：真空压力-0.09MPa，温度为110℃，压力为150bar，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。实施例51)将100g蚕茧壳送入热轧辊压缩，热轧温度130℃，轧辊压力50bar，然后将压缩后的蚕茧切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；2)将20g蚕茧颗粒浸入浓度30％的聚氨酯溶液中，再进行抽真空排气2min，真空压力-0.09MPa；3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后在50℃下真空干燥，真空压力-0.06MPa；4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩200s，设备参数为：真空压力-0.09MPa，温度为130℃，压力为50bar，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。参见图3，它是本实施例的蚕茧增强聚氨酯复合材料的拉伸应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将蚕茧壳通过一对热轧辊挤压，然后切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；2)将蚕茧颗粒完全浸没于聚氨酯溶液中，再抽真空排气；3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后真空干燥；4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30～300s，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将蚕茧壳通过一对热轧辊挤压，然后切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；2)将蚕茧颗粒完全浸没于聚氨酯溶液中，再抽真空排气；3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后真空干燥；4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30～300s，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：蚕茧壳为家蚕茧或野蚕茧。3.根据权利要求1所述的一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中热轧辊的温度100～130℃，压力为100～200bar。4.根据权利要求1所述的一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中聚氨酯溶液的浓度为20～35wt％。5.根据权利要求1所述的一种蚕茧增...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪涛，谭艺，李飞，陈文浩，侯永飞，钟琳，张梦雪，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50