CN102702707B - 一种表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料及其制备方法，采用改性剂对大麻纤维进行改性后，将改性的大麻纤维、不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂通过热压成型得到表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料。本发明制备的大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料和改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料均具有很好的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量与冲击强度。
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，具体涉及一种表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，利用天然植物纤维增强聚合物复合材料的研究受到了人们的广泛关注。大麻纤维具有产量大、分布广、强度与模量高等优点，是一种具有广阔应用前景的增强材料。我国是大麻纤维的主产国，产量占世界的1/3左右，居世界第一位。大麻纤维是一种韧皮纤维，具有质轻、强度高的特点，还具有生长快、可生物降解、低成本等特性，使之成为优良的树脂增强材料。除此之外大麻纤维种植生长期间适应力强，无病虫害，不需要喷洒农药和施肥，是纯天然绿色纤维资源。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，采用大麻纤维作为增强体制备高强度的大麻纤维/不饱和聚酯复合材料是开发高附加值的大麻纤维产品的新途径。目前在植物纤维/树脂复合材料领域，大量的研究着眼于提高纤维与树脂基体的结合强度。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。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。因此，研发新的植物纤维改性剂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表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯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低等问题。本发明制备的大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料和改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料均具有很好的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料，是由大麻纤维、不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂通过热压成型工艺得到的。
所述的复合材料的原料组分的质量份数是：大麻纤维80-100份，不饱和聚酯树脂80-100份，交联剂1-3份，促进剂0.5-1.5份，引发剂3-7份；
所述不饱和聚酯树脂为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂；所述的交联剂为苯乙烯；所述的促进剂为环烷酸钴；所述的引发剂为过氧化甲乙酮。
一种如上所述的大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料的制备方法的具体步骤如下：
（1）用棉花开松机将大麻纤维开松后铺装成宽100cm、厚度为0.5cm左右的大麻纤维毡，然后再手工裁剪成22 cm×22cm的规格，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、交联剂、促进剂和引发剂，混合后搅拌0.5-2min，使之混合均匀；
（3）干燥后的大麻纤维从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维毡，把不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂混合物均匀涂敷在大麻纤维毡的两表面，然后移至钢模中在室温下以6-8MPa的压力冷压3-8min，使树脂渗透入纤维毡中；然后热压机升温至100-120℃在6-8MPa压力下预热压3-6min；继续升温至120-160℃，压力保持不变，热压20-40min；热压完成后模具隔热保压60-120min，并使之自然冷却至室温。
一种表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料是由表面改性大麻纤维、不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂通过热压成型工艺得到；所述的表面改性大麻纤维是采用改性剂对大麻纤维进行改性后得到的。
所述的复合材料的原料组分的质量份数是：表面改性大麻纤维80-100份，不饱和聚酯树脂80-100份，交联剂1-3份，促进剂0.5-1.5份，引发剂3-7份。
所述改性剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯（英文名为：isocyanatoethyl methacrylate，即IEM，分子式为C7H9NO32）；改性过程为：大麻纤维在100-105℃条件下烘至绝干，将占大麻纤维质量1~7%的改性剂与占改性剂质量5~20%的催化剂混合并溶解于无水醋酸乙酯中，然后均匀喷洒在大麻纤维表面，在100-105℃烘箱中烘4h后取出，即得表面改性大麻纤维；所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡（英文名为：dibutyltin dilaurate，分子式为C32H64O4Sn）；所述的无水醋酸乙酯的用量为80mL/90g大麻纤维大麻纤维。
所述不饱和聚酯树脂为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂；所述的交联剂为苯乙烯；所述的促进剂为环烷酸钴；所述的引发剂为过氧化甲乙酮。
一种如上所述的表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料的制备方法的具体步骤如下：
（1）按原料配比称取不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂，混合后搅拌0.5-2min，使之混合均匀；
（2）干燥后的表面改性纤维从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成纤维板坯，把不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂混合物均匀涂敷在改性纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在室温下以6-8MPa的压力冷压3-8min，使树脂渗透入纤维板坯中；然后热压机升温至100-120℃在6-8MPa压力下预热压3-6min；继续升温至120-160℃，压力保持不变，热压20-40min；热压完成后模具隔热保压60-120min，并使之自然冷却至室温。
本发明的有益效果：本发明采用优化的工艺参数组合，纤维与不饱和聚酯树脂的用量比（质量比）为1∶1，热压温度140℃，热压时间30min，以模压工艺可制备力学性能优良的大麻纤维/不饱和聚酯复合材料。采用甲基丙烯酸异氰基乙酯对大麻纤维进行改性，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IEM及催化剂用量对复合材料拉伸强度的影响。其中，IEM-1表示IEM用量为大麻纤维质量的1%以及相应的催化剂用量；IEM-3表示IEM用量为大麻纤维质量的3%以及相应的催化剂用量；IEM-5表示IEM用量为大麻纤维质量的5%以及相应的催化剂用量；IEM-7表示IEM用量为大麻纤维质量的7%以及相应的催化剂用量。图2至图4横坐标中IEM-1、IEM-3、IEM-5与IEM-7表示含义相同。
图2是IEM及催化剂用量对复合材料弯曲强度的影响。
图3是IEM及催化剂用量对复合材料弯曲模量的影响。
图4是IEM及催化剂用量对复合材料冲击强度的影响。
图5是大麻纤维/UPE复合材料拉伸断面SEM图像。其中（a）纤维未处理；（b）5%IEM用量处理的纤维。
图6是不同处理的大麻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大麻纤维未经任何处理（对照）由无水醋酸乙酯抽提后的FT-IR图谱；中间的曲线为大麻纤维经IEM处理后，再经无水醋酸乙酯抽提后的FT-IR图谱；下方的曲线为纯IEM的FT-IR图谱。
图7为大麻纤维与IEM以及UPE之间化学反应式。图中Hemp代表大麻纤维；UPE代表不饱和聚酯；styrene为苯乙烯；MEKP为过氧化甲乙酮；C32H64O4Sn为二月桂酸二丁基锡；IEM为甲基丙烯酸异氰基乙酯。
具体实施方式
实施例1
原料：大麻纤维（大麻纤维绒支数为130，平均长度为3cm）由安徽铜陵三星麻业有限公司提供；不饱和聚酯树脂（UPE）为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂（型号：9231-1TP；粘度(23℃)：300~550cps；酸值：18~24mgKOH/g；胶化时间：40~50 min；固体含量：57~63 %），购自上纬(上海）精细化工有限公司；引发剂为过氧化甲乙酮（MEKP），购自上海晶纯（阿拉丁）实业有限公司；促进剂为环烷酸钴，购自国药集团化学试剂有限公司；交联剂为苯乙烯，购自国药集团化学试剂有限公司；溶剂为无水醋酸乙酯，购自国药集团化学试剂有限公司（沃凯）；改性剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯（IEM），购自润泽制药（苏州）有限公司；催化剂为二月桂酸二丁基锡，购自南通虹鼎化工有限公司。
大麻纤维复合材料：
制备方法：用棉花开松机将大麻纤维开松后铺装成宽100cm、厚度为0.5cm左右的大麻纤维毡，然后再手工裁剪成22 cm×22cm的规格，然后置于100-105℃烘箱中烘至绝干；称取90g的 UPE以及1g的苯乙烯、0.5g的环烷酸钴和3g的MEKP，混合后用玻棒搅匀1min。干燥后的纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维板坯，把UPE及添加剂混合物均匀涂敷在大麻纤维板坯的两表面，然后移至钢模中，在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至110°C在6MPa下预热压5min；继续升温至140°C，压力6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压120min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，大麻纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；交联剂用量为树脂质量的1.11%；促进剂用量为树脂质量的0.56%；引发剂用量为树脂质量的3.33%。
改性大麻纤维复合材料：
采用占大麻纤维质量1%用量的改性剂IEM（干重）及相应的催化剂对大麻纤维进行改性，将改性的大麻纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到改性大麻纤维复合材料。改性剂采用甲基丙烯酸异氰基乙酯 (即IEM)，改性过程为：将大麻纤维在103℃条件下烘至绝干，将占大麻纤维质量1%的改性剂IEM与二月桂酸二丁基锡混合液体溶解于乙酸乙酯中，二月桂酸二丁基锡用量为IEM干重的20%；每90g大麻纤维中乙酸乙酯用量为80mL，然后用喷壶均匀喷洒在大麻纤维表面，在103℃烘箱中烘至绝干后取出，得到改性的大麻纤维；采用的不饱和聚酯树脂（UPE）为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂；交联剂为苯乙烯；促进剂为环烷酸钴；引发剂为过氧化甲乙酮（MEKP）。
制备方法：称取90g的UPE以及1g的苯乙烯，0.5g的环烷酸钴，3g的MEKP，混合后用玻棒搅匀1min。将干燥后的改性大麻纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时， 5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维板坯，把混合均匀的UPE及添加剂均匀涂敷在改性纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至110°C在6MPa下预热压5min；继续升温至140°C，压力6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压120min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，改性的大麻纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；稀释剂的量为树脂质量的1.11%；促进剂的量为树脂质量的0.56%；引发剂的量为树脂质量的3.33%。
实施例2
原料：大麻纤维（大麻纤维绒支数为130，平均长度为3cm）由安徽铜陵三星麻业有限公司提供；不饱和聚酯树脂（UPE）为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂（型号：9231-1TP；粘度(23℃)：300~550cps；酸值：18~24mgKOH/g；胶化时间：40~50 min；固体含量：57~63 %），购自上纬(上海）精细化工有限公司；引发剂为过氧化甲乙酮（MEKP），购自上海晶纯（阿拉丁）实业有限公司；促进剂为环烷酸钴，购自国药集团化学试剂有限公司；交联剂为苯乙烯，购自国药集团化学试剂有限公司；有机溶剂为无水醋酸乙酯，购自国药集团化学试剂有限公司（沃凯）；改性剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯（IEM），购自润泽制药（苏州）有限公司；催化剂为二月桂酸二丁基锡，购自南通虹鼎化工有限公司。
大麻纤维复合材料：
制备方法：用棉花开松机将大麻纤维开松、铺装成宽100cm、厚度为0.5cm左右的大麻纤维毡，然后再手工裁剪成22 cm×22cm的规格，然后置于100-105℃烘箱中烘至绝干；称取90g的 UPE以及1g的苯乙烯、0.5g的环烷酸钴和3g的MEKP，混合后用玻棒搅匀1min。干燥后的纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维板坯，把UPE及添加剂混合物均匀涂敷在大麻纤维板坯的两表面，然后移至钢模中，在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至110°C在6MPa下预热压5min；继续升温至140°C，压力为6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压120min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，大麻纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；稀释剂的量为树脂质量的1.11%；促进剂的量为树脂质量的0.56%；引发剂的量为树脂质量的3.33%。
改性大麻纤维复合材料：
采用占大麻纤维质量3%用量的改性剂IEM（干重）及相应的催化剂对大麻纤维进行改性，将改性的大麻纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到改性大麻纤维复合材料。改性剂采用甲基丙烯酸异氰基乙酯 (即IEM)，改性过程为：将大麻纤维在103℃条件下烘至绝干，将占大麻纤维质量3%的改性剂IEM与二月桂酸二丁基锡混合液体溶解于乙酸乙酯中，二月桂酸二丁基锡用量为IEM干重的20%；无水乙酸乙酯用量按照每90g大麻纤维用80mL无水乙酸乙酯计算，然后用喷壶均匀喷洒在大麻纤维表面，在103℃烘箱中烘至绝干后取出，得到改性的大麻纤维；采用的不饱和聚酯树脂（UPE）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；交联剂为苯乙烯；促进剂为环烷酸钴；引发剂为过氧化甲乙酮（MEKP）。
制备方法：称取90g的UPE以及1g的苯乙烯，0.5g的环烷酸钴，3g的MEKP，混合后用玻棒搅匀1min。将干燥后的改性大麻纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维板坯，把混合均匀的UPE及添加剂均匀涂敷在改性纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至110°C在6MPa下预热压5min；继续升温至140°C，压力为6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压120min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，改性的大麻纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；稀释剂用量为树脂质量的1.11%；促进剂用量为树脂质量的0.56%；引发剂用量为树脂质量的3.33%。
实施例3
原料：大麻纤维（大麻纤维绒支数为130，平均长度为3cm）由安徽铜陵三星麻业有限公司提供；不饱和聚酯树脂（UPE）为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂（型号：9231-1TP；粘度(23℃)：300~550cps；酸值：18~24mgKOH/g；胶化时间：40~50 min；固体含量：57~63 %），购自上纬(上海）精细化工有限公司；引发剂为过氧化甲乙酮（MEKP），购自上海晶纯（阿拉丁）实业有限公司；促进剂为环烷酸钴，购自国药集团化学试剂有限公司；交联剂为苯乙烯，购自国药集团化学试剂有限公司；有机溶剂为无水醋酸乙酯，购自国药集团化学试剂有限公司（沃凯）；改性剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯（IEM），购自润泽制药（苏州）有限公司；催化剂为二月桂酸二丁基锡，购自南通虹鼎化工有限公司。
大麻纤维复合材料：
制备方法：用棉花开松机将大麻纤维开松后铺装成宽100cm、厚度为0.5cm左右的大麻纤维毡，然后再手工裁剪成22 cm×22cm的规格，然后置于100-105℃烘箱中烘至绝干；称取90g的 UPE以及1g的苯乙烯、0.5g的环烷酸钴和3g的MEKP，混合后用玻棒搅匀1min。干燥后的纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维板坯，把UPE混合物均匀涂敷在大麻纤维板坯的两表面，然后移至钢模中，在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至110°C在6MPa下预热压5min；继续升温至140°C，压力为6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压120min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，大麻纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；交联剂用量为树脂质量的1.11%；促进剂用量为树脂质量的0.56%；引发剂用量为树脂质量的3.33%。
改性大麻纤维复合材料：
采用占大麻纤维质量5%用量的改性剂IEM（干重）及相应的催化剂对大麻纤维进行改性，将改性的大麻纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到改性大麻纤维复合材料。改性剂采用甲基丙烯酸异氰基乙酯 (即IEM)，改性过程为：将大麻纤维在103℃条件下烘至绝干，将占大麻纤维质量5%的改性剂IEM与二月桂酸二丁基锡混合液体溶解于乙酸乙酯中，二月桂酸二丁基锡用量为IEM干重的20%；无水乙酸乙酯用量按照每90g大麻纤维用80mL无水乙酸乙酯计算，然后用喷壶均匀喷洒在大麻纤维表面，在103℃烘箱中烘至绝干后取出，得到改性的大麻纤维；采用的不饱和聚酯树脂（UPE）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；稀释剂为苯乙烯；促进剂为环烷酸钴；引发剂为过氧化甲乙酮（MEKP）。
制备方法：称取90g的UPE以及1g的苯乙烯，0.5g的环烷酸钴，3g的MEKP，混合后用玻棒搅匀1min。将干燥后的改性大麻纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维板坯，把混合均匀的UPE及添加剂均匀涂敷在改性纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至110°C在6MPa下预热压5min；继续升温至140°C，压力为6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压120min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，改性的大麻纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；交联剂用量为树脂质量的1.11%；促进剂用量为树脂质量的0.56%；引发剂用量为树脂质量的3.33%。
实施例4
原料：大麻纤维（大麻纤维绒支数为1300，平均长度为3cm）由安徽铜陵三星麻业有限公司提供；不饱和聚酯树脂（UPE）为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂（型号：9231-1TP；粘度(23℃)：300~550cps；酸值：18~24mgKOH/g；胶化时间：40~50 min；固体含量：57~63 %），购自上纬(上海）精细化工有限公司；引发剂为过氧化甲乙酮（MEKP），购自上海晶纯（阿拉丁）实业有限公司；促进剂为环烷酸钴，购自国药集团化学试剂有限公司；稀释剂为苯乙烯，购自国药集团化学试剂有限公司；有机溶剂为无水醋酸乙酯，购自国药集团化学试剂有限公司（沃凯）；改性剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯（IEM），购自润泽制药（苏州）有限公司；催化剂为二月桂酸二丁基锡，购自南通虹鼎化工有限公司。
大麻纤维复合材料：
制备方法：用棉花开松机将大麻纤维开松后铺装成宽100cm、厚度为0.5cm左右的大麻纤维毡，然后再手工裁剪成22 cm×22cm的规格，然后置于100-105℃烘箱中烘至绝干；称取90g的UPE以及1g的苯乙烯、0.5g的环烷酸钴和3g的MEKP，混合后用玻棒搅匀1min。干燥后的纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维板坯，把UPE及添加剂混合物均匀涂敷在大麻纤维板坯的两表面，然后移至钢模中，在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至110°C在6MPa下预热压5min；继续升温至140°C，压力为6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压120min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，大麻纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；交联剂用量为树脂质量的1.11%；促进剂用量为树脂质量的0.56%；引发剂用量为树脂质量的3.33%。
改性大麻纤维复合材料：
采用占大麻纤维质量7%用量的改性剂IEM（干重）及相应的催化剂对大麻纤维进行改性，将改性的大麻纤维与不饱和聚酯及引发剂热压成型，得到改性大麻纤维复合材料。改性剂采用甲基丙烯酸异氰基乙酯 (即IEM)，改性过程为：将大麻纤维在103℃条件下烘至绝干，将占大麻纤维质量7%的改性剂IEM与二月桂酸二丁基锡混合液体溶解于乙酸乙酯中，二月桂酸二丁基锡用量为IEM干重的20%；无水乙酸乙酯用量按照每90g大麻纤维用80mL无水乙酸乙酯计算，然后用喷壶均匀喷洒在大麻纤维表面，在103℃烘箱中烘至绝干后取出，得到改性的大麻纤维；采用的不饱和聚酯树脂（UPE）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；稀释剂为苯乙烯；促进剂为环烷酸钴；引发剂为过氧化甲乙酮（MEKP）。
制备方法：称取90g的UPE以及1g的苯乙烯，0.5g的环烷酸钴，3g的MEKP，混合后用玻棒搅匀1min。将干燥后的改性大麻纤维从烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷却至室温时，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成大麻纤维板坯，把混合均匀的UPE及添加剂均匀涂敷在改性纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在室温以及6MPa压力下冷压5min，使树脂渗透入纤维板坯中。然后热压机升温至110°C在6MPa下预热压5min；继续升温至140°C，压力为6MPa热压30min。热压完成后模具隔热保压120min，并使之自然冷却至室温。所述制备过程中，改性的大麻纤维与UPE的用量比，按照质量比为1∶1；交联剂用量为树脂质量的1.11%；促进剂用量为树脂质量的0.56%；引发剂用量为树脂质量的3.33%。
（1） 复合材料板力学性能测试
复合材料板制成哑铃型试样（规格：长150mm，两端宽20mm，中间宽10mm，标距106mm，厚度3.0mm）以测试拉伸性能；弯曲性能和冲击强度的测试样品为长条状（规格：80 mm×10 mm×3.0mm）。拉伸强度测试依据GB1447-83标准进行；弯曲强度与模量测试依据GB1449-83标准进行；冲击强度测试依据GB/T1043-93。拉伸强度和弯曲强度测试在微机控制电子万能试验机上完成，冲击强度测试在摆锤冲击试验机上完成。
IEM用量对复合材料拉伸强度的影响
由图1知，与对照（纤维未改性的复合材料，拉伸强度为89.36MPa）比较，IEM用量为1%的复合材料拉伸强度（95.62MPa）提高7.0%，IEM用量为3%的复合材料拉伸强度（102.69MPa）提高14.9%，IEM用量为5%的复合材料拉伸强度（109.47MPa）提高22.5%，IEM用量为7%的复合材料拉伸强度（103.99MPa）提高16.37%。
IEM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129.43MPa）比较，IEM用量为1%的复合材料弯曲强度（138.83MPa）提高7.26%，用量为3%、5%与7%的复合材料弯曲强度分别为138.83MPa、149.28MPa、156.65 MPa，与对照比较分别提高13.8%、20.1%与21.1%。由图4知，与对照（弯曲模量为7.958GPa）比较，IEM用量为1%的复合材料弯曲模量（8.935GPa）提高12.3%；用量为3%、5%与7%的复合材料弯曲模量分别提高了15.8%、19.2%与21.2%。
IEM用量对复合材料冲击强度的影响
由图4知，与对照（冲击强度为21.78MPa）比较，IEM用量为1%，3%，5%和7%的冲击强度分别为21.62 MPa、22.06 MPa、19.96 MPa、23.57 MPa，与对照比较无显著差异。
（2）复合材料拉伸断面扫描电镜（SEM）分析
采用日本Jeol JSM-7500F场发射扫描电子显微镜对复合材料的拉伸断面进行分析，样品表面镀金处理(时间为80s)。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，且纤维表面较光滑。由图5（b）可见：经过IEM改性后的大麻纤维/UPE复合材料断面中纤维与树脂之间的界面较模糊，大部分断裂是在纤维根部发生，虽有部分纤维露在外面，但其表面残留着一些基体颗粒。可见，纤维拔脱时伴随着基体一起脱离，无拔脱留下的孔洞，表明纤维与树脂结合较好。
（3）大麻纤维改性前后傅立叶红外光谱（FT-IR）分析
不同处理的大麻纤维经无水醋酸乙酯抽提后的FT-IR图谱，见图6。经过IEM处理过的大麻纤维，在1732.47cm-1处有一明显的吸收峰，这是来自IEM中的C=O键的伸缩振动引起的；在1541.9cm-1处也有一明显的特征峰，这是来自IEM中的N—H键的弯曲振动引起的；在1280.15cm-1处有一吸收峰，这是C—N键的伸缩振动引起的。而未经过IEM处理的大麻纤维红外图谱则没有这些特征峰，这表明经过改性后，IEM与大麻纤维表面之间形成了共价键结合。当改性的大麻纤维与不饱和聚酯热压复合时，IEM端基中的不饱和双键就被引入到不饱和聚酯体系中。作为UPE固化时的引发剂，MEKP在受热时会分解释放出自由基，UPE与改性大麻纤维端基中的不饱和双键均可能受自由基的作用而断裂，从而在大麻纤维与UPE之间产生交联作用，这种反应可进一步引起UPE的链式聚合，从而促进了UPE的固化，也提高了UPE与大麻纤维的结合。IEM与UPE之间的反应过程如图7所示。这是纤维经过IEM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 (4)
1.一种表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料，其特征在于：所述的复合材料是由表面改性大麻纤维、不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂通过热压成型工艺得到；所述的表面改性大麻纤维是采用改性剂对大麻纤维进行改性后得到的；
所述改性剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯；改性过程为：大麻纤维在100-105℃条件下烘至绝干，将占大麻纤维质量1~7%的改性剂与占改性剂质量5~20%的催化剂混合并溶解于无水醋酸乙酯中，然后均匀喷洒在大麻纤维表面，在100-105℃烘箱中烘4h后取出，即得表面改性大麻纤维；所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡；所述的无水醋酸乙酯的用量为80mL/90g大麻纤维。
2.根据权利要求1所述的表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料，其特征在于：所述的复合材料的原料组分的质量份数是：表面改性大麻纤维80-100份，不饱和聚酯树脂80-100份，交联剂1-3份，促进剂0.5-1.5份，引发剂3-7份。
3.根据权利要求1所述的表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料，其特征在于：所述不饱和聚酯树脂为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂；所述的交联剂为苯乙烯；所述的促进剂为环烷酸钴；所述的引发剂为过氧化甲乙酮。
4.一种制备如权利要求1所述的表面改性大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料的方法，其特征在于：所述的制备方法的具体步骤如下：
（1）按原料配比称取不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂，混合后搅拌0.5-2min，使之混合均匀；
（2）干燥后的表面改性纤维从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温，5-9片大麻纤维毡按正交方向叠合排布成板坯，把不饱和聚酯树脂、交联剂、促进剂和引发剂混合物均匀涂敷在改性纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在室温下以6-8MPa的压力冷压3-8min，使树脂渗透入纤维板坯中；然后热压机升温至100-120℃在6-8MPa压力下预热压3-6min；继续升温至120-160℃，压力保持不变，热压20-40min；热压完成后模具隔热保压60-120min，并使之自然冷却至室温。
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