一種低voc天然纖維復合材料、制備方法及其應用
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纖維復合材料，特別涉及低VOC天然纖維復合材料、制備方法及其應用，采用天然纖維和化學纖維混合通過非織造技術(shù)制作而成。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，環(huán)保意識深入人心，天然纖維以其生態(tài)環(huán)保、可降解、輕質(zhì)價廉、比強度和比模量高、耐摩擦磨損及可再生等優(yōu)良特性已被用于制作汽車內(nèi)飾材料。
[0003]但是天然纖維在加工和使用過程中，由于溫度、濕度、光等因素，使麻纖維表面殘留的果膠、半纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)分解生成甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、苯乙烯等對人體有害的易揮發(fā)性小分子有機物(VOC)。另外，熱塑性樹脂在加工過程中，會在熔融狀態(tài)下裂解產(chǎn)生部分酮類、醛類低分子有機化合物。汽車內(nèi)飾用天然纖維增強復合材料產(chǎn)品一般與人體有直接或間接的接觸，在相對封閉的環(huán)境中，這些易揮發(fā)的小分子有機物會對使用者的健康造成嚴重的影響，制約了汽車內(nèi)飾用天然纖維復合材料的應用和發(fā)展。
[0004]玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)，該產(chǎn)品以熱塑性樹脂為基體，以玻璃纖維為增強骨架的輕質(zhì)復合材料，具有較高的力學性能。但在使用過程中存在不足之處，如在加工和處理纖維增強制品時會引起皮膚過敏，在報廢燃燒時會造成殘渣。因此，尋求一種可替代玻璃纖維的材料成為新的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于克服上述不足，提供一種低VOC天然纖維復合材料、制備方法及其應用。通過利用一種納米粘土特殊的多孔結(jié)構(gòu)可吸附醛酮類及苯系物等VOC物質(zhì)，并且在溫度270攝氏度以下不會出現(xiàn)脫附，從而有效降低了天然纖維復合材料的VOC散發(fā)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種低VOC天然纖維復合材料的制備方法，所述方法包括:步驟SI，采用納米粘土與樹脂進行共混紡絲以制備改性合成纖維；步驟S2，采用改性合成纖維與天然纖維或天然纖維與其它纖維混合制備混合纖維，由此形成所述低VOC天然纖維復合材料。
[0007]可選的，在所述步驟S2之后還包括步驟S3，將納米粘土的偶聯(lián)劑混合液噴灑到混合纖維中，由此形成所述低VOC天然纖維復合材料。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟SI中，所述納米粘土為改性合成纖維總質(zhì)量的0.1% -2%。
[0009]可選的，所述步驟SI中采用的納米粘土是具有吸附功能的無機顆粒，納米粘土的平均粒徑范圍優(yōu)選的為2-10 μ m。采用透射電鏡(transmiss1n electron microscope)觀察進行粒徑測量，挑選并確認所采用的納米粘土的粒徑范圍在規(guī)定范圍內(nèi)。
[0010]其中，所述步驟SI中采用的樹脂是熱塑性聚合材料。
[0011]可選的，所述熱塑性聚合材料是下述的一種或多種:聚乙烯，聚丙烯，聚乳酸，聚酯材料，聚乙烯對苯二甲酸酯和聚酰胺材料。
[0012]可選的，所述步驟S2中，所述改性合成纖維為混合纖維總質(zhì)量的30-70%，所述天然纖維或天然纖維與其他纖維為混合纖維總質(zhì)量的70-30%。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟S2中，所述改性合成纖維為混合纖維總質(zhì)量的45-55%，所述天然纖維或天然纖維與其他纖維為混合纖維總質(zhì)量的55-45%。
[0014]可選的，所述天然纖維與其他纖維的混合質(zhì)量比在9:1至1:9。
[0015]可選的，所述天然纖維是大麻，黃麻，亞麻，芒麻，洋麻，棉花，木棉纖維，劍麻纖維的一種或幾種的混合物。所述其他纖維可以是玻璃纖維、玄武巖纖維的一種或幾種的混合物。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟S3中，所述納米粘土的偶聯(lián)劑混合液的制備方法包括:將所述混合纖維總質(zhì)量的0.5-2%的納米粘土、0.25-1%的分散劑、1-2%的硅烷偶聯(lián)劑加入水中，形成濃度為10-30%的納米粘土-偶聯(lián)劑懸浮液；將所述納米粘土-偶聯(lián)劑懸浮液在1000-1350rpm轉(zhuǎn)速下攪拌0.5_2h ;將所述納米粘土 -偶聯(lián)劑懸浮液在1700_2000rpm轉(zhuǎn)速下攪拌1.5-3h，形成納米粘土的偶聯(lián)劑混合液。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟S3進一步包括:在無紡織造過程中的開松或混合階段，將所述納米粘土的偶聯(lián)劑混合液噴淋到所述混合纖維中以進行共混；將所述混合了納米粘土的偶聯(lián)劑混合液的混合纖維進行開松、混合、鋪網(wǎng)和針刺處理，以制備成所述低VOC天然纖維復合材料；和/或?qū)⑺龅蚔OC天然纖維復合材料進行熱壓處理，以制備成面密度在500-4000g/m2之間的低VOC天然纖維復合材料氈或預壓板。
[0018]優(yōu)選的，所述熱壓處理的預熱溫度在190-230°C之間，預熱時間為20-120S，保壓時間在20-90S之間。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種由上述制備方法制備得到的低VOC天然纖維復合材料。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了上述制備方法制備得到的低VOC天然纖維復合材料在制備汽車內(nèi)飾件中的應用。
[0021]其中，所述應用包括下述步驟:步驟S11，將所述低VOC天然纖維復合材料與丙綸纖維、木纖維混合形成基體；步驟S12，在基體側(cè)表面敷設面飾層以形成復合氈料；以及步驟S13，將所述復合氈料模壓成型。
[0022]其中，所述步驟S13進一步包括:將所述的復合氈料按設計形狀剪裁下料后在加熱裝置中200?220°C下加熱軟化；將上述軟化氈料置于模具中加壓成型，壓力為30KN/cm2，保壓時間為3?5分鐘，出模后即得成品。
[0023]現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的聚合物天然纖維材料生產(chǎn)汽車內(nèi)飾件需要另外包覆面飾表皮材料，存在制造成本較高、制備過程繁復的缺陷。本發(fā)明中，通過提供一種用聚合物天然纖維復合材料制造汽車門內(nèi)飾板的方法，可有效的簡化其制造成本、簡化工序。
[0024]上述纖維經(jīng)復配后，在保證汽車內(nèi)飾件復合基材達到所需要的力學強度、成型性及隔音效果的前提下，本發(fā)明低V0C，環(huán)保，且重量低，成本較低。
【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】，對本發(fā)明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此夕卜，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0026]本發(fā)明提供了一種低VOC天然纖維復合材料的制備方法，所述方法包括下述工藝步驟:
[0027]步驟SI，采用納米粘土與樹脂進行共混紡絲以制備改性合成纖維。
[0028]本步驟中，通過采用納米粘土改性增強樹脂切片共混紡絲，獲得改性合成纖維。具體地說，納米粘土以所制備的混合纖維總質(zhì)量0.1% -2%的比例加入到樹脂粒子中，通過共混、螺桿擠出造粒，改性后的樹脂粒子通過紡絲，形成4-10dtex改性合成纖維。本發(fā)明中，所采用的納米粘土是平均粒徑范圍在2-10 μ m且具有吸附功能的無機顆粒，例如，所述納米粘土在地質(zhì)學上可以為蒙脫土、膨潤土、高嶺土、鋰基蒙脫土、多水高嶺土中的任意一種。制作改性合成纖維采用的樹脂可以為熱塑性聚合材料，例如可以從下述采用選擇一種或多種?.聚乙烯，聚丙稀，聚乳酸，聚酯材料，聚乙烯對苯二甲酸酯和聚酰胺材料等。
[0029]步驟S2，采用改性合成纖維與天然纖維或天然纖維與其它纖維混合制備混合纖維。
[0030]本步驟中，采用上一步驟制備的改性合成纖維與天然纖維混合以制備成混合纖維，或者采用改性合成纖維與天然纖維和其他纖維的混合纖維進行混合以制備成混合纖維。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，改性合成纖維(例如改性聚丙烯纖維)與天然纖維質(zhì)量比為:改性合成纖維質(zhì)量百分比為混合纖維總質(zhì)量的30-70%，天然纖維或天然纖維與其他纖維的混合纖維質(zhì)量百分比為混合纖維總質(zhì)量的70-30%。在一個較佳實施例中，改性合成纖維的質(zhì)量百分比為混合纖維總質(zhì)量的45-55%。在另一較佳實施例中，改性合成纖維的質(zhì)量百分比為混合纖維總質(zhì)量的49-51 %。在一個具體實施例中，改性合成纖維的質(zhì)量百分比為混合纖維總質(zhì)量的50%。但本發(fā)明不限制于此，也可以是其他組分比。
[0031]在采用改性合成纖維與天然纖維和其他纖維混合以制備成混合纖維的實施方式中，天然纖維與其他纖維的混合質(zhì)量比為9:1至1:9之間，較佳的為9:1至6:4之間。
[0032]本發(fā)明中，采用的天然纖維可以為大麻，黃麻，亞麻，苧麻，洋麻，棉花，木棉纖維，劍麻纖維等的一種或幾種的混合物。類似這樣植物纖維具有纖維性和柔韌性。采用的其他纖維優(yōu)選的是無機纖維，例如是玻璃纖維、玄武巖纖維等一種或幾種的混合物。
[0033]步驟S3，將納米粘土的偶聯(lián)劑混合液噴灑到混合纖維中，以制備所述低VOC天然纖維復合材料。
[0034]如前所述，通過步驟S1-S2實際上已經(jīng)制備完成了低VOC的天然纖維復合材料。步驟S3的實施是進一步降低天然纖維復合材料中的VOC含量的優(yōu)選實施方式。因此，步驟S3是可選而不是必需的。
[0035]本步驟中，