CN102797110A

CN102797110A - 一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN102797110A
Application number: CN201210291542XA
Authority: CN
Inventors: 奚柏君
Original assignee: University of Shaoxing
Current assignee: University of Shaoxing
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: CN102797110B

Abstract

本发明公开了一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域，其特征在于，包括原料处理—开松混合—梳理铺网—针刺—模压成型，其中：原料处理：黄麻纤维在进行开松混合前，需进行碱处理，碱处理工序如下：将黄麻纤维浸泡于质量分数5%的NaOH溶液中1小时后，用水冲去多余碱溶液，然后加入质量分数10％的酸，再用清水洗净后干燥；模压成型：将混合好的黄麻纤维和ES纤维放入模具中进行热压成型，成型温度130℃—200℃，先预热5-15min，然后在6MPa下保压3-9min，再调至12MPa下保压5-15min，得到热压型黄麻增强复合材料。本发明生产成本低，制备的复合材料拉伸强度好。

Description

一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种复合材料的制备方法，更具体的讲是涉及一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法。

技术领域：

麻类纤维不仅具有很强的强度和模量，同时具有纤维素质硬、耐摩擦、耐腐蚀的特点，目前在许多国家已经展开用麻纤维制备增强复合材料。我国是麻纺织大国，麻纺加工量为世界的12%，苎麻和亚麻纺织品的生产和贸易占据世界首位，麻纺织行业是我国具有资源、生产和国际贸易比较优势的天然纤维特色产业，黄麻占麻产量80%。黄麻纤维的质量轻、价廉、可以生物降解，对环境无污染，具有较高的比强度和比模量。

目前，采用麻类纤维制备复合材料的工艺，主要是通过麻机织物与树脂进行复合，但采用麻机织物制备复合材料，成本往往较高，另一方面，由于工艺的限制，导致黄麻纤维复合材料的拉伸强度受到影响。

本发明要解决的技术问题主要有两个方面，一是通过工艺的改进，降低黄麻复合材料的生产成本；二是提高黄麻复合材料的性能，尤其是拉伸强度的提高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种生产成本低、拉伸强度好的热压型黄麻增强复合材料的制备方法。

本发明为实现上述目的采取的技术方案如下：

一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括原料处理—开松混合—梳理铺网—针刺—模压成型，其中：

原料处理：

黄麻纤维在进行开松混合前，进行碱处理，碱处理工序如下：将黄麻纤维浸泡于质量分数5%的NaOH溶液中1小时后，用水冲去多余碱溶液，然后加入质量分数10％的酸，再用清水洗净后干燥；

ES纤维选择原料PE/PP，强度2.8-3.8cN/dtex；

所述黄麻纤维和ES纤维的重量百分比为5%：95%—45%：55%；

模压成型：

将处理后的黄麻纤维和ES纤维放入模具中进行热压成型，成型温度130℃—200℃，先预热5-15min，然后在6MPa下保压3-9min，再调至12MPa下保压5-15min，得到热压型黄麻增强复合材料。

进一步的设置在于：

所述的黄麻纤维选择普通黄麻、黄麻落麻或两者的混合。

采用普通黄麻，在纤维混合前，需对黄麻纤维进行切断处理，切断长度为５＋５mm。

所述的ES纤维，纤维表层PE熔点是130⁰C，纤维芯层PP熔点为160⁰C。

所述黄麻纤维和ES纤维的重量百分比优选为40%：60%。

在模压成型工序前，将黄麻纤维和ES纤维依次经过开松混合、梳理铺网、针刺处理。

所述的开松混合：按比例分别称取黄麻纤维和ES纤维，进行开松混合处理，开松混合流程为：喂棉称量机ZBG011→混棉帘子开松机ZBG021→多仓混棉机FA022-6→输棉风机TV425→气纤分离器ZFA053→棉箱TF23→锯齿辊筒开棉机FA108E-W→输棉风机TV425→气纤分离器ZFA053→开棉机ZBG041→输棉风机FT202B→气流棉箱喂棉机W1061；

所述的梳理铺网采用迎阳牌B273A型梳理机，输出薄网单位面积质量为17-32g/m²；

所述的针刺：预刺机和高频率主刺机为迎阳牌YYZ-P加重型，先采用低频率预刺工艺，针刺频率600r/min，再用高频主刺工艺加固，针刺频率800r/min。

所述模压成型温度为140℃——190℃，先预热5-15min，然后在6MPa下保压3-9min，再调至12MPa下保压5-15min。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本方法以开发成本低、制作工艺简单的黄麻纤维复合材料为目标，采用黄麻纤维和ES纤维混合通过热压制造增强复合材料，该方法加工流程短、成本低、无需织造的针刺非织造混合物，通过适当的复合固化工艺，试制出黄麻纤维非织造增强复合材料。本方法研制的复合材料力学性能超过同类工程塑料水平，既可取代玻璃钢，又可替代木材，可广泛应用于可应用于汽车、建筑工业及军事航空领域、家具、高速公路、船舶橱柜和隔舱、办公室隔板等领域。因此具有广阔的应用前景，开发黄麻纤维作为增强材料在环境保护和资源保护方面都有重要的意义，投入市场后必将产生较大的经济效益和较好的社会效益。

本发明的原料选择广泛，既可以适用普通黄麻纤维，也可以使用黄麻的落麻，如果使用黄麻的落麻，既可以节约成本，又可以接近ES纤维的长度，可以获得很好的产品质量，使用普通黄麻原料价格在8000-10000元/吨左右，使用黄麻落麻原料价格在2500元/吨左右。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例1：

本发明的一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，包括原料处理→开松混合→梳理铺网→针刺→模压成型→复合材料。

1、原料处理：

黄麻纤维：

黄麻选择普通黄麻或黄麻落麻或两者的混合，其中：

普通黄麻的原料价格为8000-10000元/吨，采用普通黄麻，在纤维混合前，需对黄麻纤维进行切断处理，切断长度为５＋５mm。

黄麻落麻的原料价格在2500元/吨。由于黄麻落麻纤维长度接近ES纤维的长度，因此，进行纤维混合时无需进行切断处理。

如果采用普通黄麻与黄麻落麻的混合，则普通黄麻与黄麻落麻的混合比例以80%：20%为最佳。

黄麻纤维在进行开松混合前，需进行碱处理，碱处理工序如下：将黄麻纤维浸泡于质量分数5%的NaOH溶液中1h后，用水冲去多余碱溶液，然后加入质量分数10％的稀酸，稀酸可以选择无机酸如稀硫酸、稀盐酸任意一种，稀酸的作用是中和残留的碱液，最后用清水洗净后干燥。

黄麻纤维经碱处理后，黄麻纤维的表面不纯净物及所含果胶等成分被清除，纤维素将以更紧凑的方式（氢键）重新组织，纤维的结晶度增加，因此黄麻纤维的强度增加。

ES纤维：

ES 纤维选择原料（PE/PP），强度2.8-3.8cN/dtex，其中：纤维表层（PE）熔点是130⁰C，纤维芯层（PP）熔点为160⁰C，各种规格均可，本实施例采用的ES纤维的规格为2D*51mm，价格为16000元/吨左右。

2、开松混合：按比例分别称取黄麻纤维和ES纤维，进行开松混合处理。开松混合采用一般棉纺开清工艺及设备均可。如本实施例的：

喂棉称量机(ZBG011)→混棉帘子开松机(ZBG021)→多仓混棉机(FA022-6)→输棉风机(TV425)→气纤分离器(ZFA053)→棉箱(TF23)→锯齿辊筒开棉机(FA108E-W)→输棉风机(TV425)→气纤分离器(ZFA053)→开棉机(ZBG041)→输棉风机(FT202B)→气流棉箱喂棉机(W1061)。

3、梳理铺网：本实施例中采用迎阳牌B273A型梳理机，为常熟无纺机械设备厂生产的设备，输出薄网单位面积质量为17-32g/m²。

4、针刺：预刺机和高频率主刺机为迎阳牌YYZ-P加重型，为常熟无纺机械设备厂生产的设备。先采用低频率预刺（工艺针刺频率600r/min）后再用高频主刺（工艺针刺频率800r/min）反复加固，针刺深度8.5mm。

5、模压成型：

将混合好的黄麻纤维和ES纤维放入模具中进行热压成型，成型温度130℃—200℃，试样预热5-15min，先在6MPa下保压3-9min，在调至12MPa下保压5-15min，取出试样进行拉伸强度的测试。

实施例2：采用普通黄麻纤维制备复合材料。

根据实施例1的制备方法：将经过碱处理的黄麻纤维和ES纤维的重量百分比从0%：100%——60%：40%，黄麻纤维的重量百分比以5%递增制成若干个复合材料的试样。并分别对上述制备的试样进行对比测试分析。

同时，将未经过碱处理的黄麻纤维和ES纤维的重量百分比从0%：100%——60%：40%，黄麻纤维的重量百分比以5%递增制成若干个复合材料的试样。作为与实施例2的对比例进行对比分析如表1所示。

表1、采用未经处理的黄麻与经过碱处理的黄麻纤维的对比。

由表1可以看出：

1、未经过处理的黄麻纤维和ES纤维的重量百分比从5%：95%——25%：75%，黄麻纤维有增强作用，特别是黄麻纤维含量为20%时强度最多，增加量为25.5%，所以一般黄麻纤维的含量在20%左右比较理想。

2、将经过碱处理的黄麻纤维和ES纤维的重量百分比从5%：95%——45%：55%，黄麻纤维均有增强作用，特别是黄麻含量为40%时强度增加60%，增强效果明显，所以经过碱处理后的黄麻纤维的含量在40%左右最为理想。

实施例3：采用黄麻落麻制备复合材料。

制备方法同实施例2，区别在于：黄麻原料选择黄麻的落麻。同时，将未经过碱处理的黄麻落麻作为实施例3的对比例进行对比分析如表2。

表2、采用普通黄麻与黄麻落麻的对比。

将表2与表1进行对照，可以看出：

1、采用普通黄麻和黄麻落麻，分别制备的复合材料，普通黄麻复合材料比黄麻落麻复合材料的强度稍大，这是由于普通黄麻的长度较普通黄麻短，普通黄麻切断长度接近ES纤维的长度，黄麻落麻长度较短（一般均≤51mm）而且差异较大。

2、采用普通黄麻和黄麻落麻，从成本来看：黄麻落麻价格在2500元/吨左右，洗净率为61%，强度4.9-5.2cN/dtex，分解温度为200℃；而普通黄麻价格在8000-10000元/吨左右，因此，采用黄麻落麻价格低廉，可以使整个复合材料的价格大大下降。

本发明所称的黄麻落麻洗净率=落麻洗净麻干重/落麻总干重*100（%）。具体过程如下：取黄麻落麻100g，在常温下采用中性洗涤液洗净、烘干、称重约61g，即得到黄麻落麻的洗净率为61%。

实施例4：不同工艺条件下制备复合材料。

制备方法同实施例1，区别在于：分别变化热压成型时间以及热压成型温度，并分别测试其对拉伸强度的影响见表3。

表3、不同热压成型工艺参数的对比。

由表3可以看出：

1、成型温度对复合材料的影响。

成型温度自140℃——190℃，复合材料的拉伸强度不断上升，且自160℃后，上升增幅变大，超过190℃时复合材料拉伸强度反而开始迅速下降。温度低于160℃时，ES纤维仅外层PE熔融，因为内包的PP熔点为160℃，基体内纤维相互连接不好，纤维间的黏着力也较差，其拉伸强度自然低。但由于温度不能过高，达到或超过粘合纤维的裂解温度，ES 纤维发生分解，板材内部分黄麻纤维（分解温度为200℃）也会碳化或裂解，导致其脆性增加，其拉伸强度下降。所以如果只希望ES中外层PE熔融，内层的 PP与黄麻纤维一同作为增强体，则将温度设置为140℃即可，因为150℃时复合材料的拉升强度与140℃时相比增幅不明显，即使是增幅相对较大的60%黄麻含量的复合材料也仅为9.5%。如果将整个ES纤维都作为基体，则温度设置在190℃左右即可。温度低于190℃，复合材料的拉伸强度还有提升的空间；但温度过高，拉伸强度反而下降。

2、成型时间对复合材料的影响。

不同成型时间与复合材料的拉伸强度关系与不同成型温度与复合材料的拉伸强度关系很相似，随时间（温度）增加，复合材料拉伸强度提高，然后再下降。分析二者相似之处，可以用“温-时等效性”来解释。时间增加其实质是提高复合材料内部热能的增加，则板材内ES 纤维熔融充分，含浸效果好，纤维间粘结强度增加，所以其拉伸强度提高；但随着时间（温度）增加，也会造成ES 纤维基体以及大麻增强纤维的裂解，复合材料拉伸性能下降，因此并不是时间（温度）愈长愈好。所有根据热压成型温度的高低，适当调整热压成型的时间，所以试样预热5-15min，先在6MPa下保压3-9min，在调至12MPa下保压5-15min，具有较好的效果。

Claims

1.一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括原料处理—开松混合—梳理铺网—针刺—模压成型，其中：

原料处理：

ES纤维选择原料PE/PP，强度2.8-3.8cN/dtex；

所述黄麻纤维和ES纤维的重量百分比为5%：95%—45%：55%；

模压成型：

2.根据权利要求1所述的一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述的黄麻选择普通黄麻、黄麻落麻或两者的混合。

3.根据权利要求1所述的一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述的ES纤维，纤维表层PE熔点是130⁰C，纤维芯层PP熔点为160⁰C。

4.根据权利要求1所述的一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于：采用普通黄麻，在纤维混合前，需对黄麻纤维进行切断处理，切断长度为５＋５mm。

5.根据权利要求1所述的一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于：在模压成型工序前，将黄麻纤维和ES纤维依次经过开松混合、梳理铺网、针刺处理。

6.根据权利要求5所述的一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述黄麻纤维和ES纤维的重量百分比为40%：60%。

8.根据权利要求1所述的一种热压型黄麻增强复合材料的制备方法，其特征在于：热压成型温度为140℃—190℃，先预热5-15min，然后在6MPa下保压3-9min，再调至12MPa下保压5-15min。