一种竹纤维模塑复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及竹纤维模塑技术领域，具体涉及一种竹纤维模塑复合材料及其制备方法；包括原料有竹纤维90～120份、树脂20～70份、改性纳米剂10～30份、2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚0.2～1份、偶联剂1～4份、固化剂10～40份、饱和碳酸氢钠水溶液200～300份；以竹纤维为增强材料，以树脂为基体，将竹纤维先梳理编织，后烘干和模压，最后使用真空辅助模塑成型的工艺将树脂包裹在竹纤维的外层和纤维缝隙间，形成整体的竹纤维模塑复合材料，制备的竹纤维模塑复合材料具有较大的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性，力学性能优秀，性能良好、结构稳定。结构稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种竹纤维模塑复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及竹纤维模塑
，具体涉及一种竹纤维模塑复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高性能的塑料制品在一些方面能够达到与钢材等同的效果，且往往还具有轻量化的特点，基于此，“以塑代钢”是材料轻量化的主要途径之一。尤其是以碳纤维、玻璃纤维制成的高性能复合材料，在航空航天、交通和风电等领域的运用，使得发展轻量化、高性能的纤维复合塑料充满信心。虽然现有高性能纤维复合材料具有众多的优点，但是，不可否认的是，碳纤维、玻璃纤维在生产过程可能会造成环境的污染，和资源的消耗，寻找更加绿色环保的纤维材料和更高性能的纤维材料是未来高性能纤维复合材料的发展方向。
[0003]基于竹纤维具有轻质高强、性价比高、可生物降解、可再生等优点，天然竹纤维作为复合材料的增强相是高性能纤维复合材料可能的方向之一。借鉴真空辅助树脂传递模塑成型技术，利用真空压力驱动树脂流动和浸渍纤维增强体，在室温或加热条件下整体固化成型后脱模出一定纤维含量的复合材料，可以制备出力学性能优良，产品尺寸不受限制的纤维模塑复合材料。目前，多采用磨粉的方式得到竹纤维，这样会破坏纤维的结构，造成纤维强度的降低，此外还发现，竹纤维的自身状态，如长度、排列方式、纤维间的连接方式可能会影响复合材料的整体性能，针对大尺寸的竹原纤维制备复合材料时，常采用手工铺装、针刺工艺和纺织工艺等方法制备预成型体，然而，手工铺装受限于技术工人，针刺工艺和纺织工艺使用机械时仍会损伤纤维。为此，发展一种能保证纤维均匀分散、维持纤维本身优异性能，纤维与树脂相容性、连接性好的纤维模塑复合材料及其制备方法具有积极的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种竹纤维模塑复合材料及其制备方法，制备的竹纤维模塑复合材料具有较大的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性，力学性能优秀，形成性能良好、结构稳定的竹纤维模塑复合材料。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种竹纤维模塑复合材料，包括以下质量份数的原料：竹纤维90～120份，树脂20～70份，改性纳米剂10～30份，2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚0.2～1份，偶联剂1～4份，固化剂10～40份，饱和碳酸氢钠水溶液200～300份；
[0007]所述竹纤维模塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：取质量份数的竹纤维，加入质量份数的饱和碳酸氢钠水溶液浸泡8～12h，水浴加热到65～75℃，保温2～3h，过滤，除去液体，再加入8～10倍竹纤维质量的无水乙醇，水浴加热到65～75℃，保温2～3h，加入质量份数的改性纳米剂，搅拌10～20min后，再超声40～60min，得到改性竹纤维；
[0009]步骤二：取质量份数的树脂于容器内，加入质量份数的偶联剂，搅拌均匀后，分别
加入质量份数的2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚和固化剂，再次搅拌均匀后，静置10～30min，转移到真空罐中，抽真空到0.08～0.1MPa消泡处理1h，得到树脂混合物；
[0010]步骤三：将步骤一得到的改性竹纤维平铺在模具内，梳理，编织，后转移到烘箱中干燥后，模压成型，得到竹纤维粗产品，使用真空辅助树脂传递模塑成型工艺，调节真空度为0.08～0.1MPa，将步骤二得到的树脂混合物包裹在竹纤维粗产品上，经过固化、脱模，得到竹纤维模塑复合材料。
[0011]进一步优选，所述竹纤维为天然竹纤维长丝，长度为15～20cm，所述树脂为双酚A型环氧乙烯基树脂、酚醛环氧乙烯基树脂中的一种；所述饱和碳酸氢钠水溶液为常温下的饱和碳酸氢钠水溶液。
[0012]进一步优选，所述改性纳米剂为改性纳米碳酸钙或改性纳米二氧化硅中的一种，为，取一定质量的纳米碳酸钙或纳米二氧化硅，烘干至恒重备用；取一定质量的γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入无水乙醇，再加入十二烷基硫酸钠，混合均匀后加入烘干至恒重的纳米碳酸钙或纳米二氧化硅，搅拌10～20min，400W的功率下，超声30～60min，后80℃的真空干燥箱中干燥3～5h，得到改性纳米碳酸钙或改性纳米二氧化硅。
[0013]进一步优选，所述改性纳米碳酸钙或改性纳米二氧化硅制备中质量比为纳米碳酸钙或纳米二氧化硅：γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷：无水乙醇：十二烷基硫酸钠＝10：1～1.2：10～12：0.2～0.4。
[0014]进一步优选，所述偶联剂为3
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氨丙基三乙氧基硅烷、γ
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缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物、N,N
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二甲基苄胺中的一种或几种。
[0015]进一步优选，所述固化剂为液态甲基四氢苯酐、N
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乙烯基咪唑中的一种。
[0016]进一步优选，所述竹纤维模塑复合材料制备方法步骤三中梳理和编织，为，将一层改性竹纤维梳理到同一方向，将另一层改性竹纤维梳理到另一方向，不同梳理方向的改性竹纤维交错编织。
[0017]进一步优选，所述竹纤维模塑复合材料制备方法步骤三中烘箱中干燥，为60℃干燥24h，再105℃干燥20min；模压成型的压强为8～10MPa，模压时间为8～12h。
[0018]进一步优选，所述竹纤维模塑复合材料制备方法步骤三中固化为80℃下加热1h，再100℃下加热1～2h，120℃下加热30～60min。。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]1、本专利技术以竹纤维为增强材料，以树脂为基体，将竹纤维先梳理编织，后烘干和模压，最后使用真空辅助模塑成型的工艺将树脂包裹在竹纤维的外层和纤维缝隙间，形成整体的竹纤维模塑复合材料，其中，以饱和碳酸氢钠溶液和乙醇溶液处理竹纤维，增加竹纤维的柔韧性，以改性纳米剂对竹纤维进一步改性，增强竹纤维与树脂界面间的润滑性能；使用偶联剂先对树脂进行改性，偶联剂与树脂发生偶联反应，之后偶联剂上的Si—O键再与竹纤维上的羟基发生接枝反应，使树脂与纤维间形成偶联，复合材料界面性能提升；树脂与2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、固化剂配料形成树脂混合物，真空辅助模塑成型固化时，能够快速固化，形成性能良好、结构稳定的竹纤维模塑复合材料。
[0021]2、竹纤维为天然竹纤维长丝，长度较长，完整度较好，单根竹纤维长丝的强度较高，在模具中将竹纤维长丝梳理为同一方向，后不同梳理方向的纤维层交错编织，形成纵横
的网络结构，与树脂固化后，在横向、纵向方向上都能起到对复合材料的增强作用；树脂为双酚A型环氧乙烯基树脂、酚醛环氧乙烯基树脂，为流动性适中、固化温度和速度适中的树脂，适用于真空辅助模塑成型的工艺，而且，树脂的分子链上含有不饱和的双键，能够发生自聚反应，聚合后的树脂具有一定的强度和韧性，有利于复合材料整体性能的提高。
[0022]3、改性纳米剂为纳米碳酸钙或纳米二氧化硅改性得到，使用γ
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甲基丙烯酰氧基丙基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种竹纤维模塑复合材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：竹纤维90～120份，树脂20～70份，改性纳米剂10～30份，2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚0.2～1份，偶联剂1～4份，固化剂10～40份，饱和碳酸氢钠水溶液200～300份；所述竹纤维模塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：取质量份数的竹纤维，加入质量份数的饱和碳酸氢钠水溶液浸泡8～12h，水浴加热到65～75℃，保温2～3h，过滤，除去液体，再加入8～10倍竹纤维质量的无水乙醇，水浴加热到65～75℃，保温2～3h，加入质量份数的改性纳米剂，搅拌10～20min后，再超声40～60min，得到改性竹纤维；步骤二：取质量份数的树脂于容器内，加入质量份数的偶联剂，搅拌均匀后，分别加入质量份数的2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚和固化剂，再次搅拌均匀后，静置10～30min，转移到真空罐中，抽真空到0.08～0.1MPa消泡处理1h，得到树脂混合物；步骤三：将步骤一得到的改性竹纤维平铺在模具内，梳理，编织，后转移到烘箱中干燥后，模压成型，得到竹纤维粗产品，使用真空辅助树脂传递模塑成型工艺，调节真空度为0.08～0.1MPa，将步骤二得到的树脂混合物包裹在竹纤维粗产品上，经过固化、脱模，得到竹纤维模塑复合材料。2.根据权利要求1所述的竹纤维模塑复合材料，其特征在于：所述竹纤维为天然竹纤维长丝，长度为15～20cm，所述树脂为双酚A型环氧乙烯基树脂、酚醛环氧乙烯基树脂中的一种；所述饱和碳酸氢钠水溶液为常温下的饱和碳酸氢钠水溶液。3.根据权利要求1所述的竹纤维模塑复合材料，其特征在于：所述改性纳米剂为改性纳米碳酸钙或改性纳米二氧化硅中的一种，为，取一定质量的纳米碳酸钙或纳米二氧化硅，烘干至恒重备用；取一定质量的γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷蕾，劳冬梅，全叶娟，
申请(专利权)人：南宁市传创科技服务有限公司，
类型：发明
国别省市：