CN103088551A - 一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，由麻纤维25-75wt%和阻燃丙纶纤维25-75wt%制成。制备方法包括：将麻纤维进行阻燃处理；将阻燃处理后的麻纤维和阻燃丙纶纤维制备复合毡；将复合毡烘焙辊压成型，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。本发明作为汽车内饰件环保安全，麻纤维的阻燃处理和阻燃丙纶纤维的引入赋予轻质复合板材优异的阻燃性能，避免了生产以及使用过程中的安全隐患；板材是由混合纤维交叉铺网、针刺成毡而成，原料分散均匀，麻纤维和丙纶纤维界面粘合度提高，使板材具有优良的综合力学性能；产品易于成型，加工工艺简单，能够提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材及其制备方法。

背景技术

环境恶化、资源缺乏和能源危机使得人类认识到保护环境和有效利用资源对实现社会和经济持续发展的重要性和迫切性，人们已越来越重视采用可再生生物资源来制造新材料。近年来，用自然界中资源最丰富的天然植物纤维替代现在广泛使用的玻璃纤维等合成增强纤维，开发具有优良性能和低成本复合材料的研究，已引起人们的高度重视。

天然纤维因其价廉、质轻、能够自然降解、比强度和比刚度高等优良特性，显示出良好的应用前景。在天然植物纤维中，麻纤维不仅具有很高的强度和模量，同时具有纤维素质硬、耐摩擦、耐腐蚀的特点，我国的麻类资源极其丰富，是世界上麻分布最广、产量最多的国家之一。目前麻纤维增强复合材料的研究已经在欧美、日本广泛展开，部分科研成果也已得到应用；国内研究者或技术人员也已有大量文献和专利对麻纤维增强复合材料的研究和应用进行了报道，华东理工大学化学工程联合国家重点实验室戴干策等老师和研究人员对剑麻纤维、黄麻纤维增强聚丙烯材料进行了研究。公开号为CN 101665015A的中国专利为解决现有挤出成型工艺无法制造麻纤维/聚丙烯纤维复合板材和热压成型工艺存在原料难以均匀混合等问题，采用将亚麻纤维绳和聚丙烯丝线编制成片，经钢板热压、冷却定型的方法，制备出麻纤维/聚丙烯纤维复合板材，该法大大提高了天然纤维材料所占的比重，降低了生产成本，但是存在麻纤维和聚丙烯纤维浸渍不均匀，产品的界面粘结力不够，制备的复合板材存在受力分布不均的缺陷。

另外，轻量化、安全化、舒适化和环保是世界汽车工业发展的主要趋势。塑料及其复合材料是重要的汽车用材料，平均每辆汽车的塑料用量已达105kg，约占汽车总质量的8%-12%。麻纤维复合材料用作汽车零部件的性能优势在于：减轻汽车重量、降低制造成本、提高汽车耐碰撞性、隔音、材料本身可回收等。在当今石油日益紧缺、油价不断上涨的情况下，其意义尤为明显。

麻纤维复合材料在汽车工业中主要用于车内饰门板、司机用杂物箱、货车车厢地板、备胎盖、座位靠背，还可以用于仪表板、座椅扶手、车顶内饰、遮阳板、行李舱装饰板等。奇瑞汽车发明专利CN 101549671A公开了一种麻纤维汽车内饰件及其生产方法，该法采用黄麻纤维和丙纶纤维为原料，通过梳理混合、纤维成网、针刺成毡、烘烤加热、冷压成型制备汽车内饰件，该法工艺过程简单，产品性能优异，且环保无污染，可应用于车顶饰、门饰板、行李箱侧围板、衣帽架等零件。国内汽车内饰材料生产厂家发明专利CN 101045310A也公开了一种汽车内饰用天然纤维复合板及其加工方法，该法采用麻纤维、涤纶纤维、丙纶纤维复合制成胶面层、中间基层、面饰层，然后通过将板材所需的三层铺网、针刺成复合麻毡，再经加热辊压成型。其中，麻纤维、涤纶纤维、丙纶纤维在不同层间所占比例可以调节，设计灵活性大，但是制作工艺相对复杂，特别是制备复合麻毡的过程，大大影响了生产效率。

以上专利制备麻纤维增强复合材料以及作为汽车内饰件的应用在制备方法上均存在不足之处，主要表现在：麻纤维与增强树脂界面粘结力不够，导致产品易散、力学性能下降；对易于着火的天然纤维没有进行阻燃处理，在生产、使用中存在安全隐患；麻纤维等外观平整度不够，容易造成产品厚度及质量偏差，不利于满足汽车工业对产品的要求。

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术存在的阻燃效果不足、生产工序相对复杂、产品原料分散不均等问题而提供一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，该板材具有良好的阻燃性能。

本发明的另一目的是提供一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材的制备方法，该方法加工工艺简单，易于连续生产。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，由包括以下重量百分含量的组分制成：

麻纤维                         25-75 wt%，

阻燃丙纶纤维           25-75 wt%。

优选的，所述麻纤维经阻燃剂处理，麻纤维与阻燃剂的用量比为（1-3）：2；所述阻燃剂为RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂。RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂是复合型阻燃剂，由磷、氮等化合物协效复配而成，其中固相质量百分含量为25%，简称固含量为25%。

优选的，所述麻纤维选自黄麻、亚麻、剑麻或大麻中的一种或几种。

优选的，所述黄麻纤维为短切黄麻纤维，白色，长度为80-110mm。黄麻纤维的刚性和强度较好，且价格低廉。

优选的，所述亚麻纤维为短切亚麻纤维，白色或浅黄色，长度为80-110mm。亚麻纤维吸湿散热性好，并具有一定的阻燃效果。

优选的，所述剑麻纤维为短切剑麻纤维，白色，长度为80-110mm。剑麻纤维是一种硬质纤维，质地坚韧，耐磨擦，不易脆断。

优选的，所述大麻纤维为短切大麻纤维，白色，长度为80-110mm。大麻纤维具有良好的吸湿性和耐热性。

优选的，所述阻燃丙纶纤维为白色，长度为60-90mm。

一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材的制备方法，包括以下步骤：

（1）将麻纤维进行阻燃处理；

（2）将阻燃处理后的麻纤维25-75 wt%和阻燃丙纶纤维25-75 wt%制备复合毡；

（3）将复合毡烘焙辊压成型，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。

优选的，所述步骤（1）中麻纤维阻燃处理包括以下步骤：将麻纤维在20-40℃的阻燃剂浸渍液中浸泡15-30分钟，轧净；再反复浸轧2-4次，在100-140℃下干燥至麻纤维含水率低于5%。

优选的，所述阻燃剂为RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂，固含量为25%；所述麻纤维与阻燃剂的用量比为（1-3）：2。

优选的，所述步骤（2）中制备麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡包括以下步骤：将步骤（1）中经阻燃处理后的麻纤维25-75 wt%和阻燃丙纶纤维25-75 wt%均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，针刺成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡。所述针刺成毡包括上针刺和下针刺两部分。

优选的，所述步骤（3）中烘焙辊压成型包括以下步骤：将步骤（2）制备得到的麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡在195-235℃进行加热烘焙塑化，然后经过温度为115-135℃的加热辊辊压塑化成型，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材作为汽车内饰件既环保又安全，特别是麻纤维的阻燃处理和阻燃丙纶纤维的引入赋予轻质复合板材优异的阻燃性能，避免了生产以及使用过程中的安全隐患；板材是由混合纤维交叉铺网、针刺成毡而成，原料分散均匀，麻纤维和丙纶纤维界面粘合度提高，使该板材具有优良的综合力学性能；产品易于成型，加工工艺简单，能够提高生产效率，降低生产成本。综上所述，本发明提供的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，可以实现汽车零部件的轻量化、安全化、舒适化和环保使命。

具体实施方式

下面结合各实施例详细描述本发明。

实施例1

按照下面的重量称取原料（kg）：

黄麻纤维（经阻燃处理）  25 kg，质量百分含量为25%，

阻燃丙纶纤维            75 kg，质量百分含量为75%，

其中麻纤维阻燃处理采用的是50kg的RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂（固含量为25%）。

生产该麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材的方法：

将打开包装的短切黄麻纤维（白色，长度为80mm）在20℃，固含量为25%的50kg阻燃剂浸渍液中浸泡30分钟，轧净；再反复浸轧2次，在100℃下干燥至麻纤维含水率低于5%；将25kg阻燃处理后的黄麻纤维和75kg阻燃丙纶纤维（白色，长度为60mm）均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，经过上、下针刺成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡；将该复合毡经过温度为195℃的烘箱进行加热烘焙塑化，然后通过温度为115℃的加热辊辊压成型，冷却裁剪，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。该材料的相关性能，详见表1。

实施例2

按照下面的重量称取原料（kg）：

黄麻纤维（经阻燃处理）  35 kg，质量百分含量为35%，

阻燃丙纶纤维            65 kg，质量百分含量为65%，

其中麻纤维阻燃处理采用的是50kg的RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂（固含量为25%）。 

将打开包装的短切黄麻纤维（白色，长度为110mm）在40℃，固含量为25%的50kg阻燃剂浸渍液中浸泡15分钟，轧净；再反复浸轧4次，在140℃下干燥至麻纤维含水率低于5%；将35kg阻燃处理后的黄麻纤维和65kg阻燃丙纶纤维（白色，长度为90mm）均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，经过上、下针刺机成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡；将该复合毡经过温度为235℃的烘箱进行加热烘焙塑化，然后通过温度为135℃的加热辊辊压成型，冷却裁剪，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。该材料的相关性能，详见表1。

实施例3

按照下面的重量称取原料（kg）：

黄麻纤维 （经阻燃处理） 45 kg，质量百分含量为45%，

阻燃丙纶纤维            55 kg，质量百分含量为55%，

其中麻纤维阻燃处理采用的是50kg 的RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂（固含量为25%）。 

将打开包装的短切黄麻纤维（白色，长度为100mm）在30℃，固含量为25%的50kg阻燃剂浸渍液中浸泡25分钟，轧净；再反复浸轧3次，在120℃下干燥至麻纤维含水率低于5%；将45kg阻燃处理后的黄麻纤维和55kg阻燃丙纶纤维（白色，长度为80mm）均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，经过上、下针刺机成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡；将该复合毡经过温度为210℃的烘箱进行加热烘焙塑化，然后通过温度为120℃的加热辊辊压成型，冷却裁剪，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。该材料的相关性能，详见表1。

实施例4

按照下面的重量称取原料（kg）：

亚麻纤维（经阻燃处理）  50 kg，质量百分含量为50%，

阻燃丙纶纤维            50 kg，质量百分含量为50%，

其中麻纤维阻燃处理采用的是50kg 的RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂（固含量为25%）。 

将打开包装的短切亚麻纤维（白色，长度为80mm）在25℃，固含量为25%的50kg阻燃剂浸渍液中浸泡20分钟，轧净；再反复浸轧3次，在110℃下干燥至麻纤维含水率低于5%；将50kg阻燃处理后的亚麻纤维和50kg阻燃丙纶纤维（白色，长度为70mm）均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，经过上、下针刺机成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡；将该复合毡经过温度为200℃的烘箱进行加热烘焙塑化，然后通过温度为125℃的加热辊辊压成型，冷却裁剪，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。

实施例5

按照下面的重量称取原料（kg）：

亚麻纤维（经阻燃处理）  52 kg，质量百分含量为52%，

阻燃丙纶纤维            48 kg，质量百分含量为48%，

其中麻纤维阻燃处理采用的是50kg 的RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂（固含量为25%）。 

将打开包装的短切亚麻纤维（浅黄色，长度为110mm）在26℃，固含量为25%的50kg阻燃剂浸渍液中浸泡21分钟，轧净；再反复浸轧3次，在112℃下干燥至麻纤维含水率低于5%；将52kg阻燃处理后的亚麻纤维和48kg阻燃丙纶纤维（白色，长度为75mm）均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，经过上、下针刺机成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡；将该复合毡经过温度为205℃的烘箱进行加热烘焙塑化，然后通过温度为125℃的加热辊辊压成型，冷却裁剪，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。

实施例6

按照下面的重量称取原料（kg）：

剑麻纤维（经阻燃处理）  55 kg，质量百分含量为55%，

阻燃丙纶纤维            45 kg，质量百分含量为45%，

其中麻纤维阻燃处理采用的是50kg的RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂（固含量为25%）。 

将打开包装的短切剑麻纤维（白色，长度为80mm）在35℃，固含量为25%的50kg阻燃剂浸渍液中浸泡22分钟，轧净；再反复浸轧2次，在130℃下干燥至麻纤维含水率低于5%；将55kg阻燃处理后的剑麻纤维和45kg阻燃丙纶纤维均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，经过上、下针刺机成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡；将该复合毡经过温度为205℃的烘箱进行加热烘焙塑化，然后通过温度为130℃的加热辊辊压成型，冷却裁剪，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。

实施例7

按照下面的重量称取原料（kg）：

剑麻纤维（经阻燃处理）  65 kg 质量百分含量为65%，

阻燃丙纶纤维            35 kg 质量百分含量为35%，

其中麻纤维阻燃处理采用的是50kg的RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂（固含量为25%）。 

将打开包装的短切剑麻纤维（白色，长度为90mm）在38℃，固含量为25%的50kg阻燃剂浸渍液中浸泡28分钟，轧净；再反复浸轧4次，在125℃下干燥至麻纤维含水率低于5%；将65kg阻燃处理后的剑麻纤维和35kg阻燃丙纶纤维均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，经过上、下针刺机成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡；将该复合毡经过温度为220℃的烘箱进行加热烘焙塑化，然后通过温度为118℃的加热辊辊压成型，冷却裁剪，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。

实施例8

按照下面的重量称取原料（kg）：

大麻纤维（经阻燃处理）  75kg，质量百分含量为75%，

阻燃丙纶纤维            25 kg，质量百分含量为25%，

其中麻纤维阻燃处理采用的是50kg 的RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂（固含量为25%）。 

将打开包装的短切大麻纤维（白色，长度为100mm）在22℃，固含量为25%的50kg阻燃剂浸渍液中浸泡18分钟，轧净；再反复浸轧4次，在135℃下干燥至麻纤维含水率低于5%；将75kg阻燃处理后的大麻纤维和25kg阻燃丙纶纤维均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，经过上、下针刺机成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡；将该复合毡经过温度为215℃的烘箱进行加热烘焙塑化，然后通过温度为128℃的加热辊辊压成型，冷却裁剪，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。

对实施例1-3制备得到的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材进行性能测试，测试结果见表1。

表1

从表1的数据可以看出，本发明的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材质量轻，拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能良好，水平燃烧实验也证明材料在阻燃性能方面具有良好的效果，作为汽车内饰件产品具有轻量化、环保化、安全化等突出优势。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，其特征在于，由包括以下重量百分含量的组分制成：

麻纤维            25-75 wt%，

阻燃丙纶纤维      25-75 wt%。

2.如权利要求1所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，其特征在于，所述麻纤维经阻燃剂处理，麻纤维与阻燃剂的用量比为（1-3）：2；所述阻燃剂为RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂，固含量为25%。

3.如权利要求1或2所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，其特征在于，所述麻纤维选自黄麻、亚麻、剑麻或大麻中的一种或几种。

4.如权利要求1或2所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，其特征在于，所述麻纤维为短切纤维，长度为80-110mm。

5.如权利要求1或2所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材，其特征在于，所述阻燃丙纶纤维的长度为60-90mm。

6.一种如权利要求1所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将麻纤维进行阻燃处理；

（2）将阻燃处理后的麻纤维25-75 wt%和阻燃丙纶纤维25-75 wt%制备复合毡；

（3）将复合毡烘焙辊压成型，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。

7.如权利要求6所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中麻纤维阻燃处理包括以下步骤：将麻纤维在20-40℃的阻燃剂浸渍液中浸泡15-30分钟，轧净；再反复浸轧2-4次，在100-140℃下干燥至麻纤维含水率低于5%。

8.如权利要求7所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为RF-203Ⅲ液体环保阻燃剂，固含量为25%；所述麻纤维与阻燃剂的用量比为（1-3）：2。

9.如权利要求6所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中制备麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡包括以下步骤：将步骤（1）中经阻燃处理后的麻纤维25-75 wt%和阻燃丙纶纤维25-75 wt%均匀混合，进行开松处理，梳理成形，纵向和横向交叉铺网，针刺成毡，得到麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡。

10.如权利要求6所述的麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中烘焙辊压成型包括以下步骤：将步骤（2）制备得到的麻纤维/阻燃丙纶纤维复合毡在195-235℃进行加热烘焙塑化，然后经过温度为115-135℃的加热辊辊压塑化成型，制备得到麻纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材。