一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料及其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及生物复合材料技术领域，尤其是一高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料及其制备方法及应用，包括以下步骤：S1荨麻纤维表面处理：采用硅烷偶联剂处理或者采用碱和硅烷偶联剂的联合处理；S2荨麻纤维/聚乳酸复合材料的制备：按比例称取表面处理后的荨麻纤维和聚乳酸切片，共混，混合后进行剪切梳理，剪切梳理后后注塑成标准样；本发明专利技术中通过简单的化学法在荨麻纤维表面修饰‑NH

【技术实现步骤摘要】
一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料及其制备方法及应用
本专利技术涉及生物复合材料
，尤其是一种可满足汽车仪表盘应用的高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料及其制备方法及应用。
技术介绍
纤维生物复合材料是由生物纤维和生物降解基质增强而成，是一种可更新来源、寿命稳定、经堆肥处理后可完全降解的生物产品。它们无毒、易加工、可完全生物降解，具有高强度重量比，可回收利用以减少含碳废弃材料的产生。这类复合材料增加使用的主要领域主要是在汽车工业，因为它们可以显著降低汽车的重量，并相应降低燃料消耗，进而降低成本。根据欧盟报废汽车(ELV)指令规定，截止到2015年，汽车必须包含95％的可回收材料，而这95％的可回收材料中必须包含85％的再利用或机械回收利用的可回收材料和10％通过能量回收或热回收利用的材料，这一新规导致了生物复合材料在汽车上的大量使用。据报道，除了汽车，纤维生物复合材料在建筑，基础设施，消费品，工业和航空航天中都具有广泛的应用前景。根据《全球天然纤维复合材料市场2014-2019:趋势、预测和机会分析》报告，生物复合材料市场到2016年可能达到5.312亿美元，且预计2014-2020年年均增长11％左右。在生物复合材料中使用的生物纤维中，主要使用天然的韧皮纤维，如荨麻、亚麻、大麻、苎麻和红麻。然而，还有一种天然的韧皮纤维荨麻很少用于制造生物复合材料。众所周知，荨麻是一种植物纤维，在世界各地的热带荒原地区拥有大量分布。此外,荨麻科的种类有500多种。其中蝎子草则可以产生荨麻纤维。关于这种纤维的文献中没有多少科学信息。但是这种纤维具有较强的机械强度导致其太具刚性而无法拉伸。最近，人们研究了用聚酯、聚丙烯和聚(乳酸)基质增强它。马亨德拉.库玛等人的工作报告了纤维复合材料的发展，将荨麻纤维随机放置在聚酯树脂。并对复合材料的拉伸、弯曲和压缩性能进行了评价。通过对其力学性能的考察，认为该复合材料可作为制造精密机械工具的候选材料。鲍克斯塔等人对荨麻纤维增强聚丙烯复合材料进行了注射成型处理。并与麻类、红麻等韧皮纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸性能进行了比较。荨麻和其他韧皮纤维增强聚丙烯基体的抗拉强度、断裂伸长率和杨氏模量没有显著差异。在另一项由巴杰帕伊等人进行的工作中，用聚丙烯基体增强荨麻纤维毡以制备纤维复合材料。该复合材料被暴露在不同的环境中，如河水、柴油、冰冻、土壤和阳光，以检测重量和抗拉强度的变化。结果发现，除暴露在阳光下外，复合材料的重量在所有环境中均有增加，且在河流水环境中增重最大。另一方面，复合材料的抗拉强度在所有条件下均有所降低。且在阳光和河流环境中衰减最大，而在土壤中衰减最小。费舍尔等人所做的工作报道了一种以荨麻纤维为增强材料并以聚乳酸为基质制备的生物复合材料。研究了生物复合材料的拉伸强度、杨氏模量和弯曲模量。结果表明，荨麻与其他韧皮纤维在聚乳酸中具有相同的作用。然而，荨麻纤维的力学性能与生物复合材料存在较大差异。目前还没有尝试通过化学处理的方法对荨麻纤维进行化学处理来改善纤维增强体和树脂基体的界面相容性能，从而显著提高复合材料的界面稳定性和综合力学性能的研究。此外，对生物复合材料的性能没有进行动态力学分析、热动力学分析和生物降解性评价。当其应用于汽车时，有必要检查生物复合材料的这些行为。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种界面稳定性和综合力学性能优异的可满足汽车仪表盘应用的高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1荨麻纤维表面处理：采用硅烷偶联剂处理或者采用碱和硅烷偶联剂的联合处理；S2荨麻纤维/聚乳酸复合材料的制备：按比例称取表面处理后的荨麻纤维和聚乳酸切片，共混，混合后进行梳理，梳理后后注塑成标准样。进一步的，所述步骤S1中的荨麻纤维表面处理采用硅烷偶联剂KH-550处理，具体包括以下步骤：配置硅烷偶联剂KH-550的乙醇水溶液，调节pH值为4-7，搅拌一段时间后，加入纤维浸泡一段时间，然后取出洗涤，干燥后备用。进一步的，所述步骤S1中的荨麻纤维表面处理采用碱和硅烷偶联剂联合处理，具体包括以下步骤：1)碱处理：配置氢氧化钠溶液，将干燥的荨麻纤维按比例加入并浸泡一段时间，然后取出洗涤，干燥后备用；2)硅烷偶联剂KH-550处理：配置硅烷偶联剂KH-550的乙醇水溶液，调节pH值为4-7，搅拌一段时间后，加入纤维浸泡，然后取出洗涤，干燥后备用。进一步的，所述硅烷偶联剂KH-550的乙醇水溶液的质量分数为5％，乙醇和水的质量比为2:3，pH值调节后、加入纤维前先搅拌1-1.5h。进一步的，所述纤维与硅烷偶联剂溶液的质量比为(1:28)～(1:32)，优选为1:30，纤维加入后浸泡2.5～3.5，优选为3h，取出后用去离子水洗涤，室温放置在空气中1.5～2.5天，优选为2天，然后于75～80℃下真空干燥5～6h，密封保存备用。进一步的，所述步骤S2中荨麻纤维和聚乳酸切片的质量比为(1:9)～(9:1)。进一步的，所述步骤S2中共混设备为转矩流变仪，共混温度为160～170℃，转速30～40r/min，混炼时间6～8min，注塑温度为225～235℃，压力12～18MPa，保温3～6min。本专利技术的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种界面稳定性和综合力学性能优异的可满足汽车仪表盘应用的荨麻纤维改性聚乳酸纤维生物复合材料。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料，所述荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料中荨麻纤维由碱和硅烷偶联剂的联合处理得到，荨麻纤维和聚乳酸纤维的质量比为(1:9)～(9:1)。进一步的，所述荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料中荨麻纤维由硅烷偶联剂处理得到，荨麻纤维和聚乳酸纤维的质量比为(1:9)～(9:1)。一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料在汽车仪表盘上的应用。采用本专利技术的技术方案的有益效果是：本专利技术中通过简单的化学法在荨麻纤维表面修饰-NH2显著增强了荨麻纤维与聚乳酸纤维的界面相容性。本专利技术中优化了荨麻纤维最优的表面处理方式并实现了对聚乳酸纤维力学性能的增强作用。本专利技术中优化了荨麻/聚乳酸纤维的最优重量百分比达到了力学性能最佳增强效果。本专利技术中荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料在堆肥条件下45天后基本可以实现完全的生物降解。具体实施方式现在结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1荨麻纤维表面处理：采用硅烷偶联剂处理或者采用碱和硅烷偶联剂的联合处理；S2荨麻纤维/聚乳酸复合材料的制备：按比例称取表面处理后的荨麻纤维和聚乳酸切片，共混，混合后进行梳理，梳理后后注塑成标准样。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1荨麻纤维表面处理：采用硅烷偶联剂处理或者采用碱和硅烷偶联剂的联合处理；/nS2荨麻纤维/聚乳酸复合材料的制备：按比例称取表面处理后的荨麻纤维和聚乳酸切片，共混，混合后进行剪切梳理，剪切梳理后后注塑成标准样。/n

【技术特征摘要】
1.一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1荨麻纤维表面处理：采用硅烷偶联剂处理或者采用碱和硅烷偶联剂的联合处理；
S2荨麻纤维/聚乳酸复合材料的制备：按比例称取表面处理后的荨麻纤维和聚乳酸切片，共混，混合后进行剪切梳理，剪切梳理后后注塑成标准样。


2.根据权利要求1所述的一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的荨麻纤维表面处理采用硅烷偶联剂KH-550处理，具体包括以下步骤：配置硅烷偶联剂KH-550的乙醇水溶液，调节pH值为4-7，搅拌一段时间后，加入纤维浸泡一段时间，然后取出洗涤，干燥后备用。


3.根据权利要求1所述的一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的荨麻纤维表面处理采用碱和硅烷偶联剂联合处理，具体包括以下步骤：
1）碱处理：配置氢氧化钠溶液，将干燥的荨麻纤维按比例加入并浸泡一段时间，然后取出洗涤，干燥后备用；
2）硅烷偶联剂KH-550处理：配置硅烷偶联剂KH-550的乙醇水溶液，调节pH值为4-7，搅拌一段时间后，加入纤维浸泡，然后取出洗涤，干燥后备用。


4.根据权利要求2或3中任一项所述的一种高表面相容性荨麻/聚乳酸纤维生物复合材料的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂KH-550的乙醇水溶液的质量分数为5%，乙醇和水的质量比为2:3，pH值调节后、加入纤维前先搅拌1-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：章立清，仲云雷，
申请(专利权)人：江苏兆维塑料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32