CN102408530B - 改性化学竹浆纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性化学竹浆纤维复合材料及其制备方法。采用改性剂对竹浆纤维进行改性后，将改性的竹浆纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到改性化学竹浆纤维复合材料，该方法制备的化学竹浆纤维复合材料和改性化学竹浆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。
Description
技术领域
本发明属于植物纤维增强树脂复合材料技术领域，具体涉及一种改性化学竹浆纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，天然植物纤维作为复合材料增强体的优势越来越引起人们的关注。竹材具有天然的螺旋增韧结构，竹纤维具有很高的强度和模量，单根毛竹纤维纵向拉伸强度可达1430~1690MPa，拉伸模量达到3200~3460MPa，但竹纤维的密度仅为1.38g/cm3左右，竹纤维具有高比强度（1036~1224MPa·cm3/g）和比模量（751~887MPa·cm3 /g）的优良特性。竹子生长周期短，资源丰富（我国现有竹林总面积6300多万亩，占全世界竹林总面积的三分之一），价格低廉。不饱和聚酯是最重要的树脂基复合材料基体之一，广泛应用在船舶、汽车、建筑、运动器材以及家具等领域。目前不饱和聚酯约占全部热固性树脂市场销售份额的40%。因此，采用竹纤维作为增强体，以模压工艺制备高强度的竹纤维/不饱和聚酯复合材料是开发高附加值的竹纤维产品的新途径。目前在植物纤维/塑料复合材料领域，大量的研究着眼于提高纤维与塑料基体的结合强度。通常，植物纤维是作为复合材料的填充材料，其提高复合材料性能的程度有限。由于植物纤维是亲水性的，而作为热固性树脂的不饱和聚酯是憎水性的，二者之间的界面结合强度很低。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，但提高程度仍然有限，而且一些偶联剂用量大，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。另外，由于植物纤维体积蓬松，而纤维表面改性剂体积相对较小，要使改性剂能均匀地包覆纤维表面，制备过程中通常使用有机溶剂溶解改性剂，然后再喷洒在纤维表面；而有机溶剂通常易挥发，使用有机溶剂不仅污染周围环境，其回收利用也是复合材料制备过程中的难题。因此，研发新的植物纤维改性剂特别是不采用有机溶剂的纤维表面改性方法以提高纤维与树脂基体的相容性是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性化学竹浆纤维复合材料及其制备方法，解决现有技术中植物纤维与树脂界面结合强度低，制备出的复合材料力学性能不好，拉伸强度、弯曲强度不高等问题。本发明方法制备的化学竹浆纤维复合材料和改性化学竹浆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。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的化学竹浆纤维复合材料：采用化学竹浆纤维与不饱和聚酯树脂及引发剂热压成型，得到化学竹浆纤维复合材料。所述的化学竹浆纤维复合材料的各原料组分的质量份数是：化学竹浆纤维50-60份；不饱和聚酯树脂50-60份；引发剂0.5-0.6份。其中采用的不饱和聚酯树脂（UPE）由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物，购自美国Ashland Chemical公司）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯，购自美国Ashland Chemical公司）树脂混合而成；所述的混合过程是：称取Aropol 7030树脂和LP-4016树脂于混合设备中搅拌25-35min，然后依次加入苯乙烯和硬脂酸锌，继续搅拌100-140min后即得不饱和聚酯树脂；所述的各组分的质量份数是：Aropol 7030树脂900-920份，LP-4016树脂400-440份，苯乙烯60-80份，硬脂酸锌60-65份。引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。
本发明的化学竹浆纤维复合材料的制备方法：（1）将毛竹化学浆板用裁纸刀剪切成4cm×4cm规格的纸片，在室温下置于蒸馏水中浸泡4-8h，然后把浸泡过的纸片用打浆机疏解5-15min，使纸片完全分离为纸浆纤维；用带有金属过滤网的方形抄纸器将纸浆滤水后抄成20cm×20cm规格的湿纸坯，然后置于100-105℃烘箱中烘至绝干；（2）按原料配比称取不饱和聚酯树脂和引发剂，混合后搅拌0.5-2min，使之混合均匀；（3）干燥后的竹浆坯从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温，把步骤（2）的不饱和聚酯树脂与引发剂混合物均匀涂敷在竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温下以3-4MPa的压力冷压3-8min，使树脂渗透入竹浆坯中；然后热压机升温至100-120℃在3-4MPa压力下预热压8-12min；继续升温至140-160°C，同时压力也提升到4-5MPa热压25-35min；热压完成后模具隔热保压90-120min，并使之自然冷却至室温。
本发明的改性化学竹浆纤维复合材料：采用改性剂对化学竹浆纤维进行改性后，将改性的化学竹浆纤维与UPE树脂及引发剂热压成型，得到改性化学竹浆纤维复合材料。所述的化学竹浆纤维复合材料的各原料组分的质量份数是：改性化学竹浆纤维80-100份；不饱和聚酯树脂80-100份；引发剂1-1.25份。采用的不饱和聚酯树脂（UPE）由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物，购自美国Ashland Chemical公司）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯，购自美国Ashland Chemical公司）树脂混合而成；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯；改性剂采用N-羟甲基丙烯酰胺；英文名为：N-Methylol Acrylamide，即NMA，分子式为C4H7NO2。改性过程为：将化学竹浆纤维在100-105℃条件下烘至绝干，将占化学竹浆纤维质量1~5%的改性剂与催化剂稀硫酸混合并溶解于蒸馏水中，然后均匀喷洒在竹浆纤维表面，在100-105℃烘箱中烘至绝干后取出，即得改性化学竹浆纤维；所述的稀硫酸的质量为改性剂的绝干质量的3-7%；所述的稀硫酸的质量分数为8-12%；所述的蒸馏水的体积与竹浆纤维的质量比为1mL：1g。
本发明的改性化学竹浆纤维复合材料的制备方法为：（1）将毛竹化学浆板用裁纸刀剪切成4cm×4cm规格的纸片，在室温下置于蒸馏水中浸泡4-8h，然后把浸泡过的纸片用打浆机疏解10min，使纸片完全分离为纸浆纤维。用带有金属过滤网的方形抄纸器将纸浆滤水后抄成20cm×20cm规格的湿纸坯，然后置于100-105℃烘箱中烘至绝干；（2）按原料配比称取不饱和聚酯树脂和引发剂，混合后搅拌0.5-2min，使之混合均匀；（3）干燥后的改性竹浆坯从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温，把步骤（2）的不饱和聚酯树脂与引发剂混合物均匀涂敷在改性竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温下以3-4MPa的压力冷压3-8min，使树脂渗透入竹浆坯中；然后热压机升温至100-120℃在3-4MPa压力下预热压8-12min；继续升温至140-160°C，同时压力也提升到4-5MPa热压25-35min；热压完成后模具隔热保压90-120min，并使之自然冷却至室温。
本发明的显著优点在于：本发明采用优化的工艺参数组合：纤维与UPE树脂的用量比（质量比）为1∶1，热压温度150℃，热压时间30min，以模压工艺可制备力学性能较好的化学竹浆纤维/不饱和聚酯复合材料。采用N-羟甲基丙烯酰胺对化学竹浆纤维进行改性，复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及弯曲模量有显著的提高。
附图说明
图1是UPE及UPE与化学竹浆纤维混合物的示差扫描量热分析（DSC）曲线图。
图2是NMA用量对复合材料拉伸强度的影响。
图3是NMA用量对复合材料弯曲强度的影响。
图4是NMA用量对复合材料弯曲模量的影响。
图5是化学竹浆纤维/UPE复合材料拉伸断面SEM图像。其中（a）纤维未处理；（b）5%NMA用量处理纤维。
图6是不同处理的化学竹浆纤维经无水醋酸乙酯抽提后的FT-IR图谱。其中图中上边的曲线为化学竹浆纤维未经任何处理（对照）由无水醋酸乙酯抽提后的FTIR图谱；中间的曲线为化学竹浆纤维经NMA处理后，再经无水醋酸乙酯抽提后的FTIR图谱；下方的曲线为纯NMA的FTIR图谱。
图7为化学竹浆纤维与NMA以及UPE之间化学反应式。图中CP代表化学竹浆纤维；UPE代表不饱和聚酯；styrene为苯乙烯；TBPB为过氧化苯甲酸叔丁酯；NMA为N-羟甲基丙烯酰胺。
具体实施方式
实施例1
原料：化学竹浆纤维（CP）由福建邵武中竹纸业有限公司提供；不饱和聚酯树脂（UPE）由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物，购自美国Ashland Chemical公司）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯，购自美国Ashland Chemical公司）树脂混合而成；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)；改性剂N-羟甲基丙烯酰胺（NMA）与苯乙烯均由美国Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)公司提供；其他化学试剂是通过商业途径购买并直接使用。
化学竹浆纤维复合材料：
原料：不饱和聚酯树脂（UPE）由Aropol 7030树脂（60%饱和聚酯与40%苯乙烯混合物）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯）树脂混合而成。混合过程中称取的Aropol 7030树脂质量为910g，LP-4016树脂质量为420g；先将两种树脂倒入1500mL玻璃杯中搅拌30min，然后依次加入70g的苯乙烯和63g的硬脂酸锌，继续搅拌120min后即形成最后备用的不饱和聚酯树脂。
制备方法：竹化学浆板用裁纸刀剪切成4cm×4cm规格的纸片，在室温下置于蒸馏水中浸泡4h以上，然后把浸泡过的纸片用打浆机疏解10min，使纸片完全分离为纸浆纤维。用带有金属过滤网的方形抄纸器将纸浆滤水后抄成20cm×20cm规格的湿纸坯，然后置于103°C烘箱中烘至绝干。称取UPE以及占UPE质量1%比例（0.8g）的TBPB，混合后用玻棒搅匀1min。干燥后的竹浆坯从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，把UPE与TBPB混合物均匀涂敷在竹纤维浆坯的两表面，然后移至钢模中，在室温以及3.24MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纸坯中。然后热压机升温至110°C在3.24MPa下预热压10min；继续升温至150°C，同时压力也提升到4.32MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压100min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，化学竹浆纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；所述引发剂的用量为不饱和聚酯树脂质量的1%。
改性化学竹浆纤维复合材料：
采用占竹纤维质量1%用量的改性剂NMA（干重）对化学竹浆纤维进行改性，将改性的化学竹浆纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到改性化学竹浆纤维复合材料。改性剂采用N-羟甲基丙烯酰胺(即NMA)，改性过程为：将化学竹浆纤维在103℃条件下烘至绝干，将占化学竹浆纤维质量1%的改性剂NMA与10%浓度的稀硫酸混合液体溶解于蒸馏水中，稀硫酸用量（10%浓度）为NMA干重的5%；蒸馏水用量按照每80g竹浆纤维用80mL蒸馏水计算，然后用喷壶均匀喷洒在竹浆纤维表面，在103℃烘箱中烘至绝干后取出，得到改性的化学竹浆纤维；采用的UPE树脂由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯）树脂混合而成；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)。
制备方法：称取80g的UPE以及占UPE质量1%比例的TBPB，混合后用玻棒搅匀1min。将干燥后的改性竹纤维浆坯从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，把UPE与TBPB混合物均匀涂敷在改性竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及3.24MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纸坯中。然后热压机升温至110°C在3.24MPa下预热压10min；继续升温至150°C，同时压力也提升到4.32MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压100min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，改性的化学竹浆纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；所述引发剂的用量为不饱和聚酯树脂质量的1%。
实施例2
原料：化学浆纤维（CP）由福建邵武中竹纸业有限公司提供；不饱和聚酯树脂（UPE）由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯）树脂混合而成，由美国Ashland Chemical公司提供；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)以及改性剂N-羟甲基丙烯酰胺NMA、苯乙烯均由美国Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)公司提供；其他化学试剂是通过商业途径购买并直接使用。
化学竹浆纤维复合材料：
原料：不饱和聚酯树脂（UPE）由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯）树脂混合而成。
制备方法：竹化学浆板用裁纸刀剪切成4cm×4cm规格的纸片，在室温下置于蒸馏水中浸泡4h以上，然后把浸泡过的纸片用打浆机疏解10min，使纸片完全分离为纸浆纤维。用带有金属过滤网的方形抄纸器将纸浆滤水后抄成20cm×20cm规格的湿纸坯，然后置于103°C烘箱中烘至绝干。称取UPE以及占UPE质量1%比例（0.8g）的TBPB，混合后用玻棒搅匀1min。干燥后的竹纤维浆坯从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，把UPE与TBPB混合物均匀涂敷在竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及3.24MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纸坯中。然后热压机升温至110°C在3.24MPa下预热压10min；继续升温至150°C，同时压力也提升到4.32MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压100min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，化学竹浆纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；所述引发剂的用量为不饱和聚酯树脂质量的1%。
改性化学竹浆纤维复合材料：
采用占竹纤维质量3%用量的改性剂NMA对化学竹浆纤维进行改性后，将改性的化学竹浆纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到改性化学竹浆纤维复合材料。改性剂采用N-羟甲基丙烯酰胺即NMA，改性过程为：将化学竹浆纤维在103℃条件下烘至绝干，将占化学竹浆纤维质量3%的改性剂NMA与10%浓度的稀硫酸混合液体溶解于蒸馏水中，稀硫酸用量（10%浓度）为NMA干重的5%；蒸馏水用量按照每80g竹浆纤维用80mL蒸馏水计算，然后均匀喷洒在竹浆纤维表面，在103℃烘箱中烘至绝干后取出，得到改性的化学竹浆纤维；采用的UPE树脂由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯）树脂混合而成；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)。
制备方法：称取80g的UPE以及占UPE质量1%比例（0.8g）的TBPB，混合后用玻棒搅匀1min。干燥后的改性竹纤维浆坯从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，把UPE与TBPB混合物均匀涂敷在改性竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及3.24MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纸坯中。然后热压机升温至110°C在3.24MPa下预热压10min；继续升温至150°C，同时压力也提升到4.32MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压100min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，改性的化学竹浆纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；所述引发剂的用量为不饱和聚酯树脂质量的1%。
实施例3
原料：化学竹浆纤维（CP）由福建邵武中竹纸业有限公司提供；不饱和聚酯树脂（UPE）由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯）树脂混合而成，由美国Ashland Chemical公司提供；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)以及改性剂N-羟甲基丙烯酰胺即NMA、苯乙烯均由美国Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)公司提供；其他化学试剂是通过商业途径购买并直接使用。
化学竹浆纤维复合材料：
原料：不饱和聚酯树脂（UPE）由Aropol 7030树脂（60%饱和聚酯与40%苯乙烯混合物）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯）树脂混合而成。混合过程中称取的Aropol 7030树脂质量为910g，LP-4016树脂质量为420g；先将两种树脂倒入1500mL玻璃杯中搅拌30min，然后依次加入70g的苯乙烯和63g的硬脂酸锌，继续搅拌120min后即形成最后备用的不饱和聚酯树脂。
制备方法：竹化学浆板用裁纸刀剪切成4cm×4cm规格的纸片，在室温下置于蒸馏水中浸泡4h以上，然后把浸泡过的纸片用打浆机疏解10min，使纸片完全分离为纸浆纤维。用带有金属过滤网的方形抄纸器将纸浆滤水后抄成20cm×20cm规格的湿纸坯，然后置于103°C烘箱中烘至绝干。称取80g的UPE以及占UPE质量1%比例（0.8g）的TBPB，混合后用玻棒搅匀1min。干燥后的竹纤维浆坯从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，把UPE与TBPB混合物均匀涂敷在竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及3.24MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纸坯中。然后热压机升温至110°C在3.24MPa下预热压10min；继续升温至150°C，同时压力也提升到4.32MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压100min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，化学竹浆纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；所述引发剂的用量为不饱和聚酯树脂质量的1%。
改性化学竹浆纤维复合材料：
采用占竹纤维干重5%用量的改性剂NMA对化学竹浆纤维进行改性后，将改性的化学竹浆纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到改性化学竹浆纤维复合材料。改性剂采用N-羟甲基丙烯酰胺即NMA，改性过程为：将化学竹浆纤维在103℃条件下烘至绝干，将占化学竹浆纤维质量5%的改性剂NMA与10%浓度的稀硫酸混合液体溶解于蒸馏水中，稀硫酸用量（10%浓度）为NMA干重的5%；蒸馏水用量按照每80g竹浆纤维用80mL蒸馏水计算，然后用喷壶均匀喷洒在竹浆纤维表面，在103℃烘箱中烘至绝干后取出，得到改性的化学竹浆纤维；采用的UPE树脂由Aropol 7030树脂（60%不饱和聚酯与40%苯乙烯混合物）和LP-4016（主要成分为聚醋酸乙酯）树脂混合而成；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)。
制备方法：称取80g的UPE以及占UPE质量1%比例（0.8g）的TBPB，混合后用玻棒搅匀1min。将干燥后的改性竹纤维浆坯从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，把UPE与TBPB混合物均匀涂敷在改性竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及3.24MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纸坯中。然后热压机升温至110°C在3.24MPa下预热压10min；继续升温至150°C，同时压力也提升到4.32MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压100min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，改性的化学竹浆纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；所述引发剂的用量为不饱和聚酯树脂质量的1%。
实施例4
（1）UPE固化温度的确定
采用示差扫描量热仪分析确定UPE固化温度：室温下称取20g的UPE与0.2g的TBPB混合均匀后置于冰箱中备用，另用刀片刮取20g的化学竹浆纤维并在玛瑙研钵中粉碎后与20g的UPE以及0.2g的TBPB混合均匀后置于冰箱中备用。分别称量10 mg 左右的两种样品置于铝质样品池中，起始温度30℃，以升温速率10℃/min加热到300℃，DSC曲线如图1示。由图1可见，在134.33℃处纯UPE与TBPB混合物曲线有一明显的放热峰，可以推断此区域即为UPE的固化反应范围，固化从110℃左右开始到160℃左右结束。由UPE与TBPB、竹纤维混合物的DSC曲线，可见混合物的放热峰约为132℃，无大的变化。因此，设定复合材料的热压温度为150℃左右。
（2）复合材料板力学性能测试
复合材料制成哑铃型试样（规格：100mm×12mm×3.0mm）以测试拉伸性能；弯曲性能测试样品为长条状（规格：60 mm×12mm×3.0mm）。拉伸测试依据ASTM D 3039-06以及 ASTM D 638-4进行；弯曲测试依据ASTM D 790-03标准进行。所有测试都在Sintech MTS力学试验机（Enuclaw, WA）上完成。
NMA用量对复合材料拉伸强度的影响
由图2知，与对照（拉伸强度为58.94MPa）比较，NMA用量为1％的复合材料拉伸强度（64.72MPa）提高10.1%，NMA用量为3％的复合材料拉伸强度（71.66MPa）提高21.6%，NMA用量为5％的复合材料拉伸强度（73.02MPa）提高23.9%。
NMA用量对复合材料弯曲性能的影响
由图3知，与对照（弯曲强度为115.10MPa）比较，NMA用量为1％的复合材料弯曲强度（128.20MPa）提高11.4%，用量为3%与5%的复合材料弯曲强度分别为144.78MPa、151.44MPa，与对照比较分别提高25.8%与31.6%。由图4知，与对照（弯曲模量为7.41GPa）比较，NMA用量为1％的复合材料弯曲模量（7.48GPa）提高0.9%；用量为3%与5%的复合材料弯曲模量分别提高14.2%与22.7%。
（3）复合材料拉伸断裂表面扫描电镜（SEM）分析
采用Quanta 600 FEG电镜对复合材料的拉伸断裂表面进行分析，样品表面镀金处理(厚度8-10nm)。由图5（a）可见，纤维未经改性剂处理的复合材料拉伸断面有许多孔隙以及单个被拔脱的纤维；这些孔隙可能是由于树脂与纤维结合较薄弱，纤维从树脂基体中被拔脱后留下的。由图5（b）可见：经过NMA改性后的竹纤维/UPE复合材料断面中纤维与树脂之间的界面较模糊，虽有部分纤维露在外面，但其表面残留着许多基体颗粒。可见，纤维拔脱时伴随着基体塑料一起脱离，无拔脱留下的孔洞，断裂部位不在两相界面之间，表明纤维与树脂结合较好。
（4）化学竹浆纤维改性前后傅立叶红外光谱（FT-IR）分析
不同处理的化学竹浆纤维经无水醋酸乙酯抽提后的FT-IR图谱，见图6。由图6可见：经过NMA处理过的竹纤维，在1662cm-1处有一明显的吸收峰，这只能是来自NMA中的C=O键的伸缩振动引起的；在1536cm-1处也有一明显的特征峰，这也只能是来自NMA中的N—H键的弯曲振动引起的。而未经过NMA处理的竹纤维红外图谱则没有这些特征峰，这表明经过改性后，NMA与竹纤维表面之间确实形成了共价键结合。当改性的竹纤维与不饱和聚酯热压复合时，NMA另一端的不饱和双键就被引入到不饱和聚酯反应体系中。作为UPE固化时的引发剂，TBPB在受热时会分解释放出自由基，UPE与改性竹纤维端基中的不饱和双键均可能受自由基的作用而断裂，从而在竹纤维、UPE与苯乙烯之间产生交联作用，这种反应可进一步引起UPE的链式聚合，从而进一步促进了UPE的固化，也提高了UPE与化学竹浆纤维的结合。NMA与UPE之间的反应过程如图7所示。这是纤维经过NMA改性后，力学性能得以提高的机理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种化学竹浆纤维复合材料，其特征在于：所述的化学竹浆纤维复合材料是由化学竹浆纤维与不饱和聚酯树脂及引发剂通过热压成型工艺得到的；
所述的化学竹浆纤维复合材料的各原料组分的质量份数是：化学竹浆纤维50-60份；不饱和聚酯树脂50-60份；引发剂0.5-0.6份；
所述不饱和聚酯树脂由Aropol 7030树脂和LP-4016树脂混合而成；所述的Aropol 7030树脂是不饱和聚酯与苯乙烯的质量比为60:40组成的混合物；所述的LP-4016树脂的主要成分为聚醋酸乙酯；所述的混合过程是：称取Aropol 7030树脂和LP-4016树脂于混合设备中搅拌25-35min，然后依次加入苯乙烯和硬脂酸锌，继续搅拌100-140min后即得不饱和聚酯树脂；所述的各组分的质量份数是：Aropol 7030树脂900-920份，LP-4016树脂400-440份，苯乙烯60-80份，硬脂酸锌60-65份。
2.根据权利要求1所述的化学竹浆纤维复合材料，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。
3.一种如权利要求1所述的化学竹浆纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的具体步骤如下：
（1）将毛竹化学浆板用裁纸刀剪切成4cm×4cm规格的纸片，在室温下置于蒸馏水中浸泡4-8h，然后把浸泡过的纸片用打浆机疏解5-15min，使纸片完全分离为纸浆纤维；用带有金属过滤网的方形抄纸器将纸浆滤水后抄成20cm×20cm规格的湿纸坯，然后置于100-105℃烘箱中烘至绝干；
（2）按原料配比称取不饱和聚酯树脂和引发剂，混合后搅拌0.5-2min，使之混合均匀；
（3）干燥后的竹浆坯从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温，把步骤（2）的不饱和聚酯树脂与引发剂混合物均匀涂敷在竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温下以3-4MPa的压力冷压3-8min，使树脂渗透入竹浆坯中；然后热压机升温至100-120℃在3-4MPa压力下预热压8-12min；继续升温至140-160°C，同时压力也提升到4-5MPa热压25-35min；热压完成后模具隔热保压90-120min，并使之自然冷却至室温。
4.一种改性化学竹浆纤维复合材料，其特征在于：所述的改性化学竹浆纤维复合材料是由改性化学竹浆纤维与不饱和聚酯树脂及引发剂通过热压成型的工艺得到的；所述的改性化学竹浆纤维是采用改性剂对化学竹浆纤维进行改性后得到的；
所述的化学竹浆纤维复合材料的各原料组分的质量份数是：改性化学竹浆纤维80-100份；不饱和聚酯树脂80-100份；引发剂1-1.25份；
所述改性剂为质量分数是45-50%的N-羟甲基丙烯酰胺溶液；所述的改性过程为：将化学竹浆纤维在100-105℃条件下烘至绝干，将占化学竹浆纤维质量1~5%的改性剂与催化剂稀硫酸混合并溶解于蒸馏水中，然后均匀喷洒在竹浆纤维表面，在100-105℃烘箱中烘至绝干后取出，即得改性化学竹浆纤维；所述的稀硫酸的质量为改性剂的绝干质量的3-7%；所述的稀硫酸的质量分数为8-12%；所述的蒸馏水的体积与竹浆纤维的质量比为1mL：1g。
5.根据权利要求4所述的改性化学竹浆纤维复合材料，其特征在于：所述不饱和聚酯树脂主要由Aropol 7030树脂和LP-4016树脂混合而成；所述的Aropol 7030树脂是不饱和聚酯与苯乙烯的质量比为60:40组成的混合物；所述的LP-4016树脂的主要成分为聚醋酸乙酯；所述的混合过程是：称取Aropol 7030树脂和LP-4016树脂于混合设备中搅拌25-35min，然后依次加入苯乙烯和硬脂酸锌，继续搅拌100-140min后即得不饱和聚酯树脂；所述的各组分的质量份数是：Aropol 7030树脂900-920份，LP-4016树脂400-440份，苯乙烯60-80份，硬脂酸锌60-65份；所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。
6.一种如权利要求4所述的改性化学竹浆纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的具体步骤如下：
（1）将毛竹化学浆板用裁纸刀剪切成4cm×4cm规格的纸片，在室温下置于蒸馏水中浸泡4-8h，然后把浸泡过的纸片用打浆机疏解10min，使纸片完全分离为纸浆纤维；
用带有金属过滤网的方形抄纸器将纸浆滤水后抄成20cm×20cm规格的湿纸坯，然后置于100-105℃烘箱中烘至绝干；
（2）按原料配比称取不饱和聚酯树脂和引发剂，混合后搅拌0.5-2min，使之混合均匀；
（3）干燥后的改性竹浆坯从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温，把步骤（2）的不饱和聚酯树脂与引发剂混合物均匀涂敷在改性竹浆坯的两表面，然后移至钢模中在室温下以3-4MPa的压力冷压3-8min，使树脂渗透入竹浆坯中；然后热压机升温至100-120℃在3-4MPa压力下预热压8-12min；继续升温至140-160°C，同时压力也提升到4-5MPa热压25-35min；热压完成后模具隔热保压90-120min，并使之自然冷却至室温。
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