本发明专利技术的目的是提供一种改性竹纤维复合材料及其制备方法，解决现有技术中植物纤维与塑料界面结合强度低，制备出的复合材料力学性能不好，拉伸强度、弯曲强度较低等问题，本发明专利技术的竹纤维复合材料采用竹纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到竹纤维复合材料。本发明专利技术的改性竹纤维复合材料采用改性剂对竹纤维进行改性后，将改性的竹纤维与不饱和聚酯树脂及引发剂热压成型，得到改性竹纤维复合材料。以本发明专利技术方法制备的竹纤维复合材料和改性竹纤维复合材料均具有很好的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于木塑复合材料
，更具体涉及。
技术介绍
我国现有竹林总面积6300多万亩，占世界竹林总面积的三分之一，且竹子生长周 期短，价格低廉。竹纤维具有较高的强度和模量，其纵向拉伸强度和模量分别可达198MPa、 21MPa。竹材具有天然的螺旋增韧结构，竹材密度仅为0. 9g/cm3左右，竹纤维具有高比强度 (220MPa cm3/g)和比模量(23MPa cmVg)的优良特性。这些都使之成为优良的树脂增强 材料。不饱和聚酯是最重要的树脂基复合材料基体之一，目前在热固性树脂销售市场中，不 饱和聚酯约占40%的份额。以不饱和聚酯为基体的复合材料广泛应用在船舶、汽车、建筑、 运动器材以及家具等领域。目前家用轿车的重要发展方向是轻量化，而轻量化最有效的途 径是使用纤维增强复合材料来部分替代金属材料。目前在轿车中使用量最多的纤维是玻璃 纤维、碳纤维及合成纤维。玻璃纤维密度大(2. 5-2. 7g/cm，且制备能耗高。碳纤维以及合 成纤维质轻强度高，但价格高昂。因此，采用竹纤维作为增强体制备高强度的竹/塑复合材 料，在某些应用领域可以完全代替玻璃纤维增强复合材料，具有广阔的市场前景，是开发高 附加值的竹纤维产品的新途径；而且大量使用这种可再生性的天然植物纤维，一方面可以 减少作为树脂原材料抓石油的用量，另一方面竹纤维的大量使用也是碳储存的有效途径， 符合发展低碳经济的国际潮流。 作为复合材料填充体的竹纤维是亲水性的，而不饱和聚酯是憎水性的，二者之间 界面结合强度很低。因此，提高竹纤维与不饱和聚酯的界面结合强度是此材料研发的关键 所在。目前，尽管有些研究采用硅烷、丙烯酸酐类偶联剂来改善纤维与树脂之间的界面结 合，但提高的程度有限，而且一些偶联剂用量较大，复合材料的强度与成本无法与玻璃纤维 增强树脂复合材料竞争，产品还无法应用在强度要求高的汽车与电器承载结构件领域。因 此，研发新的植物纤维改性剂以提高其与树脂基体的相容性，并对竹纤维增强不饱和聚酯 复合材料的制备工艺进行研究，开拓高性能的竹纤维/不饱和聚酯复合材料的应用领域是 很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，解决现有技术中植 物纤维与塑料界面结合强度低，制备出的复合材料力学性能不好，拉伸强度、弯曲强度较低 等问题，以本专利技术方法制备的竹纤维复合材料和改性竹纤维复合材料均具有很好的拉伸强 度、弯曲强度和弯曲模量。 本专利技术的竹纤维复合材料采用竹纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到竹 纤维复合材料。其中采用的不饱和聚酯为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，即邻苯型不饱和 聚酯树脂(以下简称UPE树脂，其主要成分包括乙二醇、丙二醇、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸3酐及苯乙烯等)；引发剂为过氧化甲乙酮。 本专利技术的竹纤维复合材料的制备方法将竹原纤维(以下简称竹纤维)切成 2. 54cm长，在103t:烘箱中烘至绝干，将UPE树脂与引发剂混合，然后将竹纤维与混合有引 发剂的UPE树脂混合均匀后移至钢模中，钢模在热压机中加热至初始温度ll(TC ;而后竹纤 维与UPE树脂及引发剂的混合料在3. 24MPa压力下热压10min，使混合料在模腔中成型并 使UPE树脂均匀地包覆竹纤维；然后模具再加热至150-190°C (制备过程中优选热压温度 160°C ，热压时间30min)，在4. 32MPa压力下热压成型，热压时间为20_40min ;热压完成后模 具自然冷却至室温，得到竹纤维复合材料；制备过程中，竹纤维与UPE树脂的用量比，按照 质量比为l : 1;所述引发剂的用量为UPE树脂质量的3X-8X。 本专利技术的改性竹纤维复合材料采用改性剂对竹纤维进行改性后，将改性的竹纤 维与UPE树脂及引发剂热压成型，得到改性竹纤维复合材料。采用的不饱和聚酯为邻苯二 甲酸型不饱和聚酯树脂，即邻苯型不饱和聚酯树脂(其主要成分包括乙二醇、丙二醇、顺丁 烯二酸酐、邻苯二甲酸酐及苯乙烯等)；引发剂为过氧化甲乙酮；改性剂采用1，6-己二异 氰酸酯(或称六甲撑二异氰酸酯或异氰酸六亚甲酯；英文名为l，6-Diisocyanatohexane ; 别 名 为Hexamethylene diisocyanate或 1，6-Hexamethylene diisocyanate或 Hexamethylene-l，6-diisocyanate或简称HMDI ;分子式为C8H12N202)，以及丙烯酸-2-羟乙 基酉旨(英文名为2_hydroxyethyl acrylate或aerylic acid 2_hydroxyethyl ester或简 称HEA ;分子式为CH2 = CHC00CH2CH20H)，改性过程为将竹纤维切成2. 54cm长，在103。C条 件下烘至绝干，将占竹纤维质量1_5%的改性剂1，6-己二异氰酸酯和同摩尔质量的改性剂 丙烯酸-2羟乙基酯溶解于无水醋酸乙酯中，无水醋酸乙酯用量按照每78g竹纤维用70g无 水醋酸乙酯计算，然后均匀喷洒在竹纤维表面，在5(TC烘箱中烘5h后取出，得到改性的竹 纤维。 本专利技术的改性竹纤维复合材料的制备方法为将UPE树脂与引发剂混合，然后将 改性竹纤维与混合有引发剂的UPE树脂混合均匀后移至钢模中，钢模在热压机中加热至 初始温度ll(TC ;而后改性竹纤维与UPE树脂及引发剂的混合料在3. 24MPa压力下热压 10min，使混合料在模腔中成型并使UPE树脂均匀地包覆改性竹纤维；然后模具再加热至 150-190°C (制备过程中优选热压温度16(TC，热压时间30min)，在4. 32MPa压力下热压成 型，热压时间为20-40min ;热压完成后模具自然冷却至室温，得到改性竹纤维复合材料；制 备过程中，改性竹纤维与UPE树脂的用量比，按照质量比为1 : 1 ;所述引发剂的用量为UPE 树脂质量的3%-8%。 本专利技术的显著优点是本专利技术采用优化的工艺参数组合竹纤维与UPE树脂的用 量比(质量比)为1 : l，热压温度16(TC，热压时间30min，以手工铺装模压工艺可制备力 学性能较好的竹纤维不饱和聚酯复合材料。采用1，6-己二异氰酸酯与丙烯酸-2-羟乙基 酯对竹纤维进行改性，复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及弯曲模量提高20%以上。扫描电 镜分析表明，经纤维改性后，纤维与基体树脂之间的相容性提高，结合力增强。FT-IR分析结 果表明1，6-己二异氰酸酯中的异氰酸键与纤维表面以及丙烯酸2羟乙基酯中的羟基发生 反应产生聚氨酯结构；而丙烯酸-2-羟乙基酯另一端的不饱和双键则与不饱和聚酯产生交 联反应。竹纤维与改性剂以及基体树脂之间的共价键结合是复合材料力学性能提高的机理 所在。图3是1，6-己二异氰酸酯/丙烯酸-2-羟乙基酯用量对复合材料弯曲强度的影图4是1，6-己二异氰酸酯/丙烯酸-2-羟乙基酯用量对复合材料弯曲模量的影附图说明 图1是UPE树脂及UPE树脂与竹纤维混合物DSC曲线图。图2是1，6-己二异氰酸酯/丙烯酸-2-羟乙基酯用量对复合材料拉伸强度的影响。响。 响。 图5是竹纤维/UPE树脂复合材料拉伸断面SEM图像 维未处理；(b)3XMEKP用量，纤维未处理；(c)与(d)6XMEKP用 氰酸酯/丙烯酸_2-羟乙基酯处理纤维。 图6是三种本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种竹纤维复合材料，其特征在于：采用竹纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到竹纤维复合材料。
【技术特征摘要】
一种竹纤维复合材料，其特征在于采用竹纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到竹纤维复合材料。2. 根据权利要求1所述的竹纤维复合材料，其特征在于所述不饱和聚酯为不饱和聚 酯树脂，所述不饱和聚酯树脂以下简称UPE树脂；所述不饱和聚酯树脂为邻苯二甲酸型不 饱和聚酯树脂，即邻苯型不饱和聚酯树脂。3. 根据权利要求l所述的竹纤维复合材料，其特征在于所述引发剂为过氧化甲乙酮。4. 一种如权利要求1、2或3所述的竹纤维复合材料的制备方法，其特征在于将竹原纤维切成2. 54cm长，所述竹原纤维以下简称竹纤维，在103t:烘箱中烘至绝干；将UPE树脂 与引发剂混合，然后将竹纤维与混合有引发剂的UPE树脂混合均匀后移至钢模中，钢模在 热压机中加热至初始温度ll(TC ;而后竹纤维与UPE树脂及引发剂的混合料在3. 24MPa压 力下热压10min，使混合料在模腔中成型并使UPE均匀地包覆竹纤维；然后模具再加热至 150-19(TC，在4. 32MPa压力下热压成型，热压时间为20_40min ;热压完成后模具自然冷却 至室温，得到竹纤维复合材料；所述制备过程中，竹纤维与UPE树脂的用量比，按照质量比 为l : 1;所述引发剂的用量为UPE树脂质量的3X-8X。5. 根据权利要求4所述的的竹纤维复合材料的制备方法，其特征在于制备过程中热 压温度160。C，热压时间30min。6. —种改性竹纤维复合材料，其特征在于采用改性剂对竹纤维进行改性后，将改性 的竹纤维与UPE树脂及引发剂热压成型，得到改性竹纤维复合材料。7. 根据权利要求6所述的改性竹纤维复合材料，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱仁辉，李开畅，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]
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