專利名稱：低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料和復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低層間間距型聚乳
酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法。
背景技術(shù)：
天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在聚合物中添加天然可降解成分麻纖維，使復(fù)合材料 的整體再生性能得到提高，是一種綠色生態(tài)復(fù)合材料。同時(shí)由于其比強(qiáng)度和比模量高、 隔熱、隔聲性能好、能量吸收能力好、耐沖擊、無脆性斷裂等特點(diǎn)已經(jīng)在某些應(yīng)用領(lǐng)域 內(nèi)替代了玻璃纖維和碳纖維，特別是在汽車上的應(yīng)用。汽車用天然纖維主要是織物纖 維，如紅麻，大麻，亞麻，黃麻，劍麻等麻纖維及椰殼纖維等。德國的汽車制造商，包 括奔馳、寶馬、奧迪、大眾，在將植物纖維應(yīng)用于汽車制造方面，已經(jīng)走在前面。1999 年，歐洲的汽車工業(yè)總工用了 21000噸天然纖維，其中德國的汽車公司就用了 15500噸天 然纖維，是5年前的三倍。采用生態(tài)綠色復(fù)合材料制造的汽車零部件及內(nèi)飾材料，環(huán)境 協(xié)調(diào)性好，易于回收和重復(fù)利用，可滿足世界范圍內(nèi)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需要。中國的苧麻 產(chǎn)量占世界總量的90%以上，亞麻產(chǎn)量居世界第二位，黃洋麻占世界總量的20%。麻產(chǎn) 品的發(fā)展必然有利于推動(dòng)麻產(chǎn)品的種植，這既有利于西部生態(tài)環(huán)境，又可營(yíng)造全球綠色 紡織品供應(yīng)基地，尤其對(duì)我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略可以產(chǎn)生積極重大的作用，同時(shí)對(duì)保護(hù)木 材資源具有深遠(yuǎn)意義。因此，開展生態(tài)綠色復(fù)合材料作為車體材料的研發(fā)就十分迫切和 重要。苧麻纖維微觀結(jié)構(gòu)獨(dú)特，橫截面為有中空腔的腰圓形或多角形，縱向有橫節(jié)和豎 紋，并且是麻纖維中纖維長(zhǎng)度最長(zhǎng)的，纖維的結(jié)晶度、取向度和縱向彈性模量都較高， 適合做樹脂復(fù)合材料的基體，因此用苧麻纖維作為增強(qiáng)體制備復(fù)合材料有很大的發(fā)展?jié)?力。 文獻(xiàn)Huda， M.S.， Drzal， L.T.， Mohanty， A.K.， Misra， M..Composites Science and Technology.2008， 68， 424-432采用了聚乳酸薄膜和紅麻織物的層層壓制的方法制 得了聚乳酸基片狀模塑料，他采用了對(duì)麻纖維表面進(jìn)行刻蝕處理和硅烷偶聯(lián)劑處理的方 法，并采用了通用的熱壓成型法。 文獻(xiàn)Ochi， S.Mechanics of Materials.2008， 40， 446-452采用不用組分和產(chǎn)地的 麻纖維材料，也是通過聚乳酸薄膜和紅麻織物的熱壓成型法制得聚乳酸基片狀模塑料。
汽車材料的發(fā)展過程中塑料復(fù)合材料與汽車輕量化、節(jié)能和環(huán)保有著密不可分 的關(guān)系。目前，玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)已隨著技術(shù)的成熟而正在擴(kuò)大應(yīng)用，將天然纖 維與合成樹脂和塑料復(fù)合取代常規(guī)汽車材料是利用麻纖維的主要方法。天然纖維具有較 高的強(qiáng)度、模量和較小的密度，適合用作聚合物(包括熱固性和熱塑性)基復(fù)合材料的增 強(qiáng)體。通過化學(xué)改性，提高了麻纖維與樹脂體的結(jié)合界面性。同時(shí)結(jié)合聚乳酸良好的力 學(xué)性質(zhì)、熱塑性、成纖性、透明度高等優(yōu)點(diǎn)合成符合新能源汽車使用性能的外飾及內(nèi)飾 材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法。
本發(fā)明以粉碎機(jī)粉碎聚乳酸樹脂得到的粉末型和顆粒型的聚乳酸，采用織物型 麻纖維層層鋪設(shè)的方法，利用聚乳酸良好的力學(xué)性能、熱塑性、成纖性、透明度高等優(yōu) 點(diǎn)通過熱壓成型工藝制得聚乳酸基麻纖維復(fù)合板，由于粉末型和顆粒型的聚乳酸良好的 滲透性和較大的比表面積，同時(shí)通過化學(xué)改性，提高了麻纖維與樹脂體的界面結(jié)合性， 得到具有低層間性能的具有較好力學(xué)性能的聚乳酸基麻纖維復(fù)合板。 本發(fā)明提出的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，具體步驟如 下 (1)將濃度為0.5 % 10 %的含有堿性物質(zhì)A的堿性溶劑B中，加入織物型麻纖 維，反應(yīng)時(shí)間為10 30分鐘，產(chǎn)物從堿性溶液A提出后，用堿性溶劑B清洗數(shù)遍(一般 為3-6次)；然后放入濃度為0.05 3X硅烷偶聯(lián)劑溶液C中，產(chǎn)物提出后，用堿性溶劑 B清洗數(shù)遍，放入真空烘箱干燥，得到織物型麻纖維； (2)將經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)混合添加劑的聚乳酸樹脂，經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎或磨粉機(jī)磨 粉，得到顆粒型聚乳酸或粉末型聚乳酸； (3)將步驟(1)所得處理過的織物型麻纖維和步驟(2)所得顆粒型聚乳酸或粉末型 聚乳酸通過層層鋪設(shè)，采用熱壓成型法制得聚乳酸基麻纖維復(fù)合板；其中聚乳酸與織 物型麻纖維的質(zhì)量比為.6 : 4-7 : 3。 本發(fā)明中，步驟(1)中所述堿性物質(zhì)A選自氫氧化鈉、氫氧化鉀或高錳酸鉀中一 至幾種。 本發(fā)明中，步驟(i;)中所述堿性溶劑B選自無水乙醇、丙酮、苯、甲苯、氯代 烴、二甲基甲酰胺或二甲亞砜中一至幾種。 本發(fā)明中，步驟(l)中所述硅烷偶聯(lián)劑溶液C選自氨丙基三乙氧基硅烷 (KH-550)、 Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、 Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲 氧基硅烷(KH-570)、四硫化雙三乙氧基丙硅烷(KH-845-4)、 N-P-(氨乙基)-Y -氨丙基三 甲氧基硅烷(KH-792)、乙烯基三乙氧基硅烷(DL-151)、乙烯基三甲氧基硅烷(DL-171)、 N-13 -(氨乙基)-Y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL-602)或苯胺甲基三乙氧基硅烷(ND-42) 中一至幾種。 本發(fā)明中，所述的織物型麻纖維為緯平針織物、羅紋織物、雙反面織物、空氣
層類織物、集圈類織物、移圈類織物、波紋組織或嵌花織物中一至幾種。 本發(fā)明中，步驟(l)中所述織物型麻纖維為苧麻纖維、亞麻纖維、黃麻纖維、紅
麻纖維、劍麻纖維或竹纖維中中一至幾種。 本發(fā)明中，步驟(2)中所述添加劑為阻燃劑或增強(qiáng)劑。 本發(fā)明中，所述阻燃劑為聚磷酸銨、紅磷、三聚氰胺、2-羧乙基苯基次膦酸 酸、苯基二氯膦或苯膦酰二氯中一至幾種。 本發(fā)明中，所述增強(qiáng)劑為納米碳酸鈣、納米硫酸鈣、納米二氧化鈦、納米二氧
化硅、納米蒙脫土或碳納米管中一至幾種。 本發(fā)明中，所述雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為50 250rpm。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所得制品具有優(yōu)異的生物降解性，滿足環(huán)保需求。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于原料來源廣泛，所用的織物型麻纖維、聚乳酸均可工業(yè)化 生產(chǎn)，制備方法簡(jiǎn)單易行。


圖l為顆粒粉末型和薄膜型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的層間距離圖。其中(A)為 顆粒粉末型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板，(B)為和薄膜型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板。
圖2為麻纖維經(jīng)過處理后的拉伸斷面圖。(C)未處理纖維的聚乳酸基麻纖維復(fù)合 板，(D)處理后纖維的聚乳酸基麻纖維復(fù)合板。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例l:將聚乳酸、平紋織物型麻纖維在3(TC下真空干燥24小時(shí)，以除去水分。 l.將干燥后的聚乳酸與阻燃劑聚磷酸銨、紅磷、三聚氰胺、2-羧乙基苯基次膦 酸酸、苯基二氯膦、苯膦酰二氯的一種或幾種按照95 : 5的質(zhì)量比例均勻混合，然后再 雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)冷卻，切粒，烘干。螺桿轉(zhuǎn)速為50rpm，反應(yīng)擠出溫 度為150°C。 2.將步驟得到的改性聚乳酸與步驟1中的麻纖維，采用層層鋪設(shè)的技術(shù)進(jìn)行熱壓 成型，其中聚乳酸和麻纖維的重量比為7 : 3，螺桿轉(zhuǎn)速為50 250rpm，反應(yīng)擠出溫度 為15(TC，得到麻纖維/聚乳酸復(fù)合材料，其阻燃性能達(dá)到UL94規(guī)定的V-O級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其 極限氧指數(shù)達(dá)到35.6。與薄膜型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的力學(xué)性能相比，其拉伸強(qiáng)度由 31.98MPa提高到73MPa，其彎曲強(qiáng)度由67.19MPa提高到146.45MPa。
實(shí)施例2 : l.將聚乳酸、羅紋織物型麻纖維在4(TC下真空干燥20小時(shí)，以除去水分。
2.將干燥后的聚乳酸與增強(qiáng)劑納米碳酸鈣、納米硫酸鈣、納米二氧化鈦、納米 二氧化硅、納米蒙脫土、碳納米管的一種或幾種按照70 : 30的質(zhì)量比例均勻混合，然后 再雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)冷卻，切粒，烘干。螺桿轉(zhuǎn)速為50rpm，反應(yīng)擠出 溫度為150°C。 3.將步驟得到的改性聚乳酸與步驟1中的麻纖維，采用層層鋪設(shè)的技術(shù)進(jìn)行熱壓 成型，其中聚乳酸和麻纖維的重量比為6 : 4，螺桿轉(zhuǎn)速為50 250rpm，反應(yīng)擠出溫度 為15(TC，得到麻纖維/聚乳酸復(fù)合材料。與薄膜型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的力學(xué)性能相 比，其沖擊強(qiáng)度由7.43kJ/r^提高到15.67kJ/m2。
權(quán)利要求
一種低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)將濃度為0.5％～10％的含有堿性物質(zhì)A的堿性溶劑B中，加入織物型麻纖維，反應(yīng)時(shí)間為10～30分鐘，產(chǎn)物從堿性溶液A提出后，用堿性溶劑B清洗數(shù)遍(一般為3-6次)；然后放入濃度為0.05～3％硅烷偶聯(lián)劑溶液C中，產(chǎn)物提出后，用堿性溶劑B清洗數(shù)遍，放入真空烘箱干燥，得到織物型麻纖維；(2)將經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)混合添加劑的聚乳酸樹脂，經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎或磨粉機(jī)磨粉，得到顆粒型聚乳酸或粉末型聚乳酸；(3)將步驟(1)所得處理過的織物型麻纖維和步驟(2)所得顆粒型聚乳酸或粉末型聚乳酸通過層層鋪設(shè)，采用熱壓成型法制得聚乳酸基麻纖維復(fù)合板；其中聚乳酸與織物型麻纖維的質(zhì)量比為.6∶4-7∶3。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于步驟(l)中所述堿性物質(zhì)A選自氫氧化鈉、氫氧化鉀或高錳酸鉀中一至幾種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述堿性溶劑B選自無水乙醇、丙酮、苯、甲苯、氯代烴、二甲基甲酰胺或二甲亞砜中一至幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于步驟(l)中所述硅烷偶聯(lián)劑溶液C選自氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、 Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、 Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、四硫化雙三乙氧基丙硅烷(KH-845-4)、 N-P-(氨乙基)-Y-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792)、乙烯基三乙氧基硅烷(DL-151)、乙烯基三甲氧基硅烷(DL-171)、 N-P-(氨乙基)-Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL-602)或苯胺甲基三乙氧基硅烷(ND-42)中一至幾種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于所述的織物型麻纖維為緯平針織物、羅紋織物、雙反面織物、空氣層類織物、集圈類織物、移圈類織物、波紋組織或嵌花織物中一至幾種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于步驟(l)中所述織物型麻纖維為苧麻纖維、亞麻纖維、黃麻纖維、紅麻纖維、劍麻纖維或竹纖維中中一至幾種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述添加劑為阻燃劑或增強(qiáng)劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于所述阻燃劑為聚磷酸銨、紅磷、三聚氰胺、2-羧乙基苯基次膦酸酸、苯基二氯膦或苯膦酰二氯中一至幾種，所述增強(qiáng)劑為納米碳酸鈣、納米硫酸鈣、納米二氧化鈦、納米二氧化硅、納米蒙脫土或碳納米管中一至幾種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，其特征在于所述雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為50 250rpm。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子材料和復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種低層間間距型聚乳酸基麻纖維復(fù)合板的制備方法，具體步驟是以粉碎機(jī)粉碎聚乳酸樹脂得到的粉末型和顆粒型的聚乳酸，采用織物型麻纖維層層鋪設(shè)的方法，利用聚乳酸良好的力學(xué)性能、熱塑性、成纖性、透明度高等優(yōu)點(diǎn)通過熱壓成型工藝制得聚乳酸基麻纖維復(fù)合板，由于粉末型和顆粒型的聚乳酸良好的滲透性和較大的比表面積，同時(shí)通過化學(xué)改性，提高了麻纖維與聚乳酸樹脂體的界面結(jié)合性，得到具有低層間性能的具有較好力學(xué)性能的聚乳酸基麻纖維復(fù)合板。本發(fā)明所述的制備方法簡(jiǎn)單易行，原料均可工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)D06M13/513GK101691054SQ20091019669
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者任杰, 李菁, 陳大凱 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)