CN101770773A - 一种竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料及其制备方法，其材料配方为：竹纤维毡混合物的重量百分比为50-70％，聚丙烯混合物的重量百分比为30-50％；其热压成型工艺是：首先采用合适的工艺用柠檬酸酯对竹纤维毡进行处理，再用配制好的聚丙烯混合物浸润处理好的竹纤维毡，并进行热压成型；本发明所提供的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，材料的隔声、隔热性能，材料的收缩与扭曲相对较小、尺寸稳定性高、加工性好；其性能明显达到目前已有纤维增强树脂基隔声复合材料的性能，可广泛应用于汽车、建筑、船舶、家居装饰和工业品包装等行业，用以替代类似玻璃纤维复合材料等早期隔声材料；本发明所提供的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料的制备方法，工艺简单，在常规设备上即可实施。

Description

一种竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及到隔声复合材料及其热压成型工艺领域，尤其是涉及一种绿色环保的竹纤维毡/聚丙烯隔声复合材料及其热压成型工艺。

背景技术

随着“生态意识”的不断增强，人们对环境保护、卫生健康越来越重视，其中，加工性能优良、被用于各种工业制品的塑料对环境造成的污染已成为普遍关心的问题。特别是纤维增强复合材料通常是由玻璃纤维、碳纤维等与塑料组合而成，废弃处理较难，生产环境恶劣，给环境增加了很大的负担。因此，天然纤维如竹、麻、木材纤维等因其具有质轻、价廉、易得、可生物降解、对环境无污染等特点引起人们开发应用的兴趣。尤其是竹纤维，它除了具有独特的抗菌、防臭性能外，还具有优良的着色性、耐磨性和反弹性，而且容易加工，成本低廉，被誉为21世纪健康舒适的纤维。利用竹纤维毡与聚丙烯树脂复合所开发的隔声材料，隔声性能较好、重量较轻，适宜制作一般产业用的隔声材料，同时可通过热熔方法使增强相与基体相分离，有效达到回收利用的目的，从而体现出材料应用的环保性和可持续发展性。目前，将竹纤维用于隔声材料还未见报道，因此，对竹纤维增强复合隔声材料的研究具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其以自然资源中较为丰富的可再生的竹材作为增强材料的主要成份，以取代从矿产、石油等不可再生的资源中提取的合成纤维，减少对环境的负载和污染。

本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料的制备方法。

上述发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

利用竹纤维毡内部具有连通性空洞，有利于吸声，柠檬酸酯所具有的良好的增塑性、粘结性，及聚丙烯树脂的阻尼性能，采用合适的工艺用柠檬酸酯对竹纤维毡进行处理，再用配制好的聚丙烯混合物浸润处理好的竹纤维毡，并进行热压成型，制备出一种新型绿色环保的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料。

该竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料包括50-70wt％的竹纤维毡混合物和涂覆其上的30-50wt％的聚丙烯混合物；所述竹纤维毡混合物包括竹纤维毡和涂覆在其表面上的柠檬酸酯类增塑剂；所述聚丙烯混合物包括25-50wt％的聚丙烯粉末、48-70wt％的柠檬酸酯类增塑剂和2-5wt％的环氧大豆油。

较好的，所述聚丙烯粉末可以选用分子量为20-50万，比重为0.7-1.1g/cm³；所述柠檬酸酯类增塑剂可以选用柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯或乙酰柠檬酸三丁酯；所述竹纤维毡中竹纤维的平均长度为10-30mm，平均细度为300-600μm，竹纤维毡的面密度为1-3kg/m²。

更好的，竹纤维毡混合物中的柠檬酸酯类增塑剂可以与聚丙烯混合物中所使用的相同。

上述竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料的制备方法包括下述步骤：

①将竹纤维毡放入100-130℃的烘箱中干燥10-30min，然后冷却至室温；在竹纤维毡表面均匀涂覆10-20g柠檬酸酯类增塑剂/0.1m²竹纤维毡，然后在平板硫化机上1-4Mpa的压力下、常温，铺平压制15-45min，再在常温常压下放置30-60min，制得竹纤维毡混合物；

②将25-50wt％的聚丙烯粉末、48-70wt％的柠檬酸酯类增塑剂和2-5wt％的环氧大豆油按比例备料并混合均匀，制成聚丙烯混合物；

③将步骤②制得的聚丙烯混合物均匀涂覆于步骤①中处理好的竹纤维毡混合物表面，然后晾干；

④将晾干的竹纤维毡装入模压成型模具中，在成型温度为170～200℃，成型压力为5～10MPa的条件下，在硫化机上进行热压成型，保温保压时间为60～100min，制得竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料。

上述制备方法中，较好的，所述聚丙烯粉末的分子量可以为20-50万，比重为0.7-1.1g/cm³；所述柠檬酸酯类增塑剂可以选自柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯或乙酰柠檬酸三丁酯；所述竹纤维毡中竹纤维的平均长度为10-30mm，平均细度为300-600μm，竹纤维毡的面密度为1-3kg/m²。

更好的，竹纤维毡混合物中的柠檬酸酯类增塑剂可以与聚丙烯混合物中所使用的相同，以增加竹纤维毡混合物和聚丙烯混合物的相容性。

本发明所提供的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，充分利用柠檬酸酯的增塑性，使竹纤维毡和聚丙烯具有良好的相容性，提高其复合材料的粘结性、隔声性能和力学性能，生产出一种环保、可回收利用、轻量的隔声复合材料；经测试，常温下的平均隔声量在20-30dB，抗拉强度为80-100MPa，抗弯强度为350-400MPa；常温面密度为3.0-5.0kg/m²；具有较好的隔声、隔热性能，材料的收缩与扭曲相对较小、尺寸稳定性高、加工性好；其性能明显达到目前已有纤维增强树脂基隔声复合材料的性能，可广泛应用于汽车、建筑、船舶、家居装饰和工业品包装等行业，用以替代类似玻璃纤维复合材料等早期隔声材料。本发明所提供的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料的制备方法，工艺简单，在常规设备上即可实施。

附图说明

图1为本发明实施例1中隔声性能测试试验中各组件的连接方式图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

取竹纤维平均长度为15mm、平均细度为500μm、面密度为1.5kg/m²的竹纤维毡，将其放入110℃的烘箱中干燥20min，拿出冷却至室温；然后按竹纤维毡每0.1m²的面积记涂覆15g的柠檬酸三丁酯，在竹纤维毡的表面上均匀涂覆柠檬酸三丁酯，然后在平板硫化机上铺平常温压30min，压力为2MPa，然后拿出在常压下放置30min，得到竹纤维毡混合物。

将平均分子量为30万、比重为0.8g/cm³的等规聚丙烯粉末、柠檬酸三丁酯和环氧大豆油以重量百分含量分别43.2％、54.3％和2.5％的比例混合均匀，得到聚丙烯混合物。

将聚丙烯混合物均匀涂覆于竹纤维毡混合物表面，其中竹纤维毡混合物和聚丙烯混合物按重量百分比分别为65％和35％，晾干，再装入模压成型模具中，在成型温度为180℃，成型压力为6MPa的条件下，在硫化机上进行热压成型，保温保压时间为80min，然后自然冷却，制得竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料。

通过下述方法测试制得的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料的性能：

1、面密度测试

将试样裁剪成长和宽都为25cm的正方形后，用电子天平称其质量(g)，按公式计算面密度。

G₀＝0.016G

式中，G₀表示单位面积质量，即面密度/(kg/m²)；G表示整块试样的质量/g。

2、静态力学性能测试

试样在标准大气条件下(温度为20±2℃，相对湿度为65±2％)下放置24h后，用万能材料试验机(日本岛津公司生产，AG-1型)对试样的力学性能进行测试。本实验的拉伸速度为100mm/min，试样的预加张力为2N。试样的尺寸为：200mm×50mm，试样的夹距为100mm。

3、剥离强度测试

剥离强度试验在标准大气条件下(温度为20±2℃，相对湿度为65±2％)，用万能材料试验机进行测试。将试样已剥离的一面即竹纤维毡和聚丙烯分别用上下夹头夹持。试样的夹距为100mm，拉伸速度为100mm/min。

4、隔声性能测试

采用北京声望电技术有限公司产的BSWA VS302USB双声学分析仪。参照ISOR140-1，ISOR140-170建筑及建筑构件的隔声测量的标准进行测量。试样背衬为空气。其中的静音箱体积为：1000mm×1000mm×1000mm，测试样的面积为250mm×250mm，选择A计权网络。数据处理采用Spectra LAB的声学软件。声望VS302USB系统、无指向性声源和功率放大系统的连接方式如图1所示。

测得此隔声复合材料的性能如下：

经剥离强度测试，此隔声复合材料的界面相容性，没有出现分层现象；经BSWAVS302USB双声学分析仪测试，常温该隔声复合材料的平均隔声量在28.7dB；经静态力学性能测试可得，常温抗拉强度为95MPa，抗弯强度为392MPa；常温面密度为3.3kg/m²。

实施例2：

取竹纤维平均长度为27mm、平均细度为400μm、面密度为2.7kg/m²的竹纤维毡，将其放入120℃的烘箱中干燥15min，拿出冷却至室温；然后按竹纤维毡每0.1m²的面积记涂覆18g的柠檬酸三乙酯，在竹纤维毡的表面上均匀涂覆柠檬酸三乙酯，然后在平板硫化机上铺平常温压20min，压力为3MPa，然后拿出在常压下放置45min，得到竹纤维毡混合物。

将平均分子量为40万、比重为1.0g/cm³的等规聚丙烯粉末、柠檬酸三丁酯和环氧大豆油以重量百分含量分别31％、65％和4％的比例混合均匀，得到聚丙烯混合物。

将聚丙烯混合物均匀涂覆于竹纤维毡混合物表面，其中竹纤维毡混合物和聚丙烯混合物按重量百分比分别为55％和45％，晾干，再装入模压成型模具中，在成型温度为190℃，成型压力为8MPa的条件下，在硫化机上进行热压成型，保温保压时间为70min，然后自然冷却，制得竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料。

此隔声复合材料的性能如下：

经剥离强度测试，此隔声复合材料的界面相容性，没有出现分层现象；经BSWAVS302USB双声学分析仪测试，常温该隔声复合材料的平均隔声量在23.4dB；经静态力学性能测试可得，常温抗拉强度为82MPa，抗弯强度为376MPa；常温面密度为3.9kg/m²。

Claims (10)

1.一种竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：其包括50-70wt％的竹纤维毡混合物和涂覆其上的30-50wt％的聚丙烯混合物；所述竹纤维毡混合物包括竹纤维毡和涂覆在其表面上的柠檬酸酯类增塑剂；所述聚丙烯混合物包括25-50wt％的聚丙烯粉末、48-70wt％的柠檬酸酯类增塑剂和2-5wt％的环氧大豆油。

2.根据权利要求1所述的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：所述聚丙烯粉末的分子量为20-50万，比重为0.7-1.1g/cm³。

3.根据权利要求1所述的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：所述柠檬酸酯类增塑剂选自柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯或乙酰柠檬酸三丁酯。

4.根据权利要求3所述的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：竹纤维毡混合物中的柠檬酸酯类增塑剂与聚丙烯混合物中所使用的相同。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：所述竹纤维毡中竹纤维的平均长度为10-30mm，平均细度为300-600μm，竹纤维毡的面密度为1-3kg/m²。

6.一种竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

①将竹纤维毡放入100-130℃的烘箱中干燥10-30min，然后冷却至室温；在竹纤维毡表面均匀涂覆10-20g柠檬酸酯类增塑剂/0.1m²竹纤维毡，然后在平板硫化机上1-4Mpa的压力下、常温，铺平压制15-45min，再在常温常压下放置30-60min，制得竹纤维毡混合物；

②将25-50wt％的聚丙烯粉末、48-70wt％的柠檬酸酯类增塑剂和2-5wt％的环氧大豆油按比例备料并混合均匀，制成聚丙烯混合物；

③将步骤②制得的聚丙烯混合物均匀涂覆于步骤①中处理好的竹纤维毡混合物表面，然后晾干；

④将晾干的竹纤维毡装入模压成型模具中，在成型温度为170～200℃，成型压力为5～10MPa的条件下，在硫化机上进行热压成型，保温保压时间为60～100min，制得竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料。

7.根据权利要求6所述的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：所述聚丙烯粉末的分子量为20-50万，比重为0.7-1.1g/cm³。

8.根据权利要求6所述的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：所述柠檬酸酯类增塑剂选择柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯或乙酰柠檬酸三丁酯。

9.根据权利要求6所述的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：竹纤维毡混合物中的柠檬酸酯类增塑剂与聚丙烯混合物中所使用的相同。

10.根据权利要求6所述的竹纤维毡聚丙烯隔声复合材料，其特征在于：所述竹纤维毡中竹纤维的平均长度为10-30mm，平均细度为300-600μm，竹纤维毡的面密度为1-3kg/m²。

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