CN103317801A - 一种混纺纤维板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混纺纤维板及其制备方法，首先将天然纤维与聚乳酸纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得混纺纤维毡；然后取混纺纤维毡，每两层混纺纤维毡中间夹一层由两聚乳酸层夹一层织物型天然纤维组成的加强层，层层堆叠组坯后在最外层上下均加聚乳酸面层；将材料用真空烘箱预热软化，放入模中气压成型法制成所述混纺纤维板；该制备方法简单易行，适用于工业化生产，制得的混纺纤维板兼具优良的力学性能和可生物降解性能，适用于环保装潢材、汽车内饰等领域。

Description

一种混纺纤维板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混纺纤维板及其制备方法，属于高分子材料和复合材料领域。
背景技术
相比于传统石油基塑料，聚乳酸是一种可生物降解的绿色环保热塑性高分子材料。原料广泛可再生，能通过注塑、挤出、吹膜、纤维成型等成型加工制成各种薄膜、片材、纤维等产品，广泛应用于包装、服装、纺织、生活用品等领域。但其成本高、脆性大、强度低等不足使其难以广泛应用于汽车、飞机等条件相对苛刻的领域。共混、纤维复合等物理改性可有效改善聚乳酸材料的性能。
作为增强材料，天然植物纤维比强度和比刚度较高，能量吸收能力好、耐冲击，无脆性断裂。与合成纤维相比，天然纤维来源广泛,可再生，可节约有限的石油资源，可自然降解无污染。同时还具备密度低、轻量（顺应汽车轻量化要求，提高燃油效率）、成本低、隔热吸音性能好等优势，在飞机、汽车制造中的作用愈来愈大。各种天然纤维增强聚丙烯的复合材料已经开始应用，比如德国BASF公司采用黄麻增强聚丙烯复合材料生产轿车内饰件，用剑麻增强聚氨酯复合材料生产轿车车门内饰板、吸噪音板，但其最大缺点是不能完全降解。用聚乳酸代替聚丙烯作为基体的复合材料不但可以发挥天然纤维自身的优点，还可使复合材料具有优异的降解性。
文献Oksman K,Skrifvars M,Selin J F.Composites Science and Technology.2003,63,1317-1324用双螺杆挤出机及模压成型工艺制备了纤维含量为30-40%的亚麻/聚乳酸复合材料，亚麻的加入提高了纯聚乳酸的力学性能，与用于汽车面板的亚麻/聚丙烯复合材料相比，强度还高出50%。
文献Plackett D,Andersen T L,Pedersen W B,et al.Composites Science and Technology.2003,63,1287-1296将聚乳酸制膜作为基体，黄麻纤维垫作为增强组分，采用热压法制备复合材料，复合材料的拉伸强度提高近1倍，拉伸样条的断裂面几乎无纤维拔出，属于脆性断裂，黄麻纤维束和聚乳酸基体之间出现孔穴，制备过程中聚乳酸分子量分布变化很小。
中国专利申请200910196696.9以粉末型和颗粒型的聚乳酸并采用织物型麻纤维层层铺设的方法，通过热压成型工艺制得具有较好力学性能的聚乳酸基麻纤维复合板，由于粉末型和颗粒型的聚乳酸良好的渗透性和较大的比表面积，同时通过化学改性，提高了麻纤维与聚乳酸树脂体的界面结合性。
目前，各类产业用纤维增强塑料应同时满足轻量化、节能和环保的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混纺纤维板及其制备方法，本发明利用聚乳酸纤维和天然纤维混纺技术可达到均匀混合和轻量的双重目的，层层叠加可满足板材不同的规格要求，同时在混纺毡层间夹加强层提高整体的力学性能，面层聚乳酸可代替胶黏剂便于再次成型和粘结装饰层，更起到阻隔作用。气压成型工艺效率高，适用于工业化生产。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种混纺纤维板，由混纺纤维毡层层堆叠组坯而成，最外层上下坯面上均设有聚乳酸面层；每两层混纺纤维毡之间有一层加强层，所述加强层由两层聚乳酸层夹一层织物型天然纤维层组成。
优选的，所述混纺纤维板的拉伸强度≥30.0MPa，弯曲强度≥20.0MPa，冲击强度≥100J/m。
优选的，所述混纺纤维板中混纺纤维毡的层数不少于2层。
优选的，所述混纺纤维毡的面密度为100～1800g/m2。
优选的，所述混纺纤维毡是以天然纤维和聚乳酸纤维为原材料混纺制得；混纺纤维毡中的天然纤维含量为1～99wt%。
优选的，所述混纺纤维毡中的天然纤维为短纤维，纤维长度为20～80mm，直径为10～100μm，纤维截面形状为腰圆形、锯齿形或多角形。
优选的，所述混纺纤维毡中的聚乳酸纤维为短纤维，纤维长度为20～80mm，纤度为1～4D，纤维截面形状可为圆形、多角形、多叶形、Y形、哑铃形、扇形或中空形。
优选的，所述混纺纤维毡中的天然纤维为苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、红麻纤维、剑麻纤维、大麻纤维、竹纤维或木纤维中的一种或几种。
优选的，所述加强层中的织物型天然纤维层的面密度为80～300g/m2。
优选的，所述加强层中的织物型天然纤维为苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、红麻纤维、剑麻纤维、大麻纤维、竹纤维或木纤维中的一种或几种。
优选的，所述加强层中的织物型天然纤维层的织物结构为纬平针织物、罗纹织物、双反面织物、空气层类织物、集圈类织物、移圈类织物、波纹组织或嵌花织物中的一种或几种。
优选的，所述聚乳酸面层和加强层中的聚乳酸层为聚乳酸基薄膜、聚乳酸基无纺布中的任一种或两种的层叠，面密度为10-500g/m2。
优选的，所述聚乳酸基薄膜为纯聚乳酸薄膜，或聚乳酸与其它树脂的共混物薄膜，所述其它树脂选自生物质可降解树脂PBAT（己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物）、PHA（聚羟基脂肪酸酯）、PBS（聚丁二酸丁二脂）和PCL（聚己内酯）。
优选的，所述聚乳酸基无纺布为纯聚乳酸长纤或短纤无纺布；或聚乳酸纤维与其它天然纤维的混纺无纺布，其中聚乳酸纤维的含量不低于30wt%，较优的50wt%以上，所述其它天然纤维选自苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、红麻纤维、剑麻纤维、大麻纤维、竹纤维和木纤维。
本发明进一步公开所述的一种混纺纤维板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将天然纤维与聚乳酸纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得混纺纤维毡；
（2）取混纺纤维毡，每两层混纺纤维毡中间夹一层由两聚乳酸层夹一层织物型天然纤维层组成的加强层，层层堆叠组坯后在最外层上下均加聚乳酸面层；
（3）将组坯后的材料放入150-180℃真空烘箱中预热10-20min，迅速移至成型模中，0.3-0.6MPa下气压成型后30-50℃冷却定型。
本发明的技术效果及优点在于：制备方法简单易行，适用于工业化生产，制得的混纺纤维板兼具优良的力学性能和可生物降解性能，适用于环保装潢材、汽车内饰等领域。
附图说明
一种混纺纤维板结构示意图
附图标记：
1、聚乳酸面层；
2、混纺纤维毡；
3、加强层；
4、聚乳酸层；
5、织物型天然纤维层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
一种混纺纤维板，面层为纯聚乳酸薄膜(500g/m2)，芯层为以苎麻短纤维（纤维长度50mm、直径为60μm、截面形状为腰圆形）与聚乳酸短纤维(纤维长度50mm/纤度1.8D/截面形状为圆形)按比例均匀混纺的纤维毡，其中苎麻短纤维含量为40wt%，规格为250g/m2，共6层。在每两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，该加强层由两层聚乳酸无纺布(20g/m2)夹一层纬平针苎麻织物层（80g/m2）构成。
制备过程为：（1）将苎麻短纤维与聚乳酸短纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺制得混纺纤维毡。（2）取6层混纺纤维毡，在每两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，该加强层由两层聚乳酸无纺布夹一层纬平针苎麻织物组成，层层堆叠组坯，在最外层上下表面均加一层纯聚乳酸薄膜，起到一定的阻隔作用，同时可代替胶黏剂，便于再次成型时表面装饰毡与混纺纤维板的粘连；（3）将组坯后的材料放入180℃真空烘箱中预热10min，迅速移至成型模中，0.5MPa下气压成型后50℃冷却定型。
按照标准GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、ASTM D256-2010分别进行性能测试。经测试，所制得的混纺纤维板的拉伸强度68.27MPa，弯曲强度33.99MPa，冲击强度170.69J/m。实施例2
一种混纺纤维板：面层为聚乳酸长纤或短纤无纺布(100g/m2)，芯层为以黄麻短纤维（纤维长度80mm、直径为25μm、截面形状为多角形）与聚乳酸短纤维(纤维长度80mm/纤度1D/截面形状为多角形)按比例均匀混纺的纤维毡，其黄麻纤维含量为50wt%，共4层，规格为200g/m2。在每两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，该加强层由两层纯聚乳酸薄膜(10g/m2)夹一层双反面黄麻织物层（117g/m2）构成。
制备过程为：（1）将黄麻短纤维与聚乳酸短纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺制得混纺纤维毡；（2）取4层混纺纤维毡，在每两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，该加强层由两层纯聚乳酸薄膜夹一层双反面黄麻织物组成，层层堆叠组坯，在最外层上下表面均加一层聚乳酸无纺布；（3）将组坯后的材料放入170℃真空烘箱中预热15min，迅速移至成型模中，0.36MPa下气压成型后45℃冷却定型。
按照标准GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、ASTM D256-2010分别进行性能测试。经测试，所制得的混纺纤维板的拉伸强度55.79MPa，弯曲强度28.23MPa，冲击强度151.94J/m。实施例3
一种混纺纤维板，面层为PBAT改性聚乳酸薄膜(50g/m2)，芯层为以亚麻短纤维（纤维长度20mm、直径为17μm、截面形状为多角形）与聚乳酸短纤维(纤维长度20mm/纤度4D/截面形状为Y形)按比例均匀混纺的纤维毡，其亚麻纤维含量为60wt%，规格为100g/m2，共7层。在每两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，该加强层由两层PBAT改性聚乳酸薄膜(500g/m2)夹一层集圈亚麻织物层（300g/m2）构成。
制备过程为：（1）将亚麻短纤维与聚乳酸短纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺制得混纺纤维毡；（2）取7层混纺纤维毡，在每两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，该加强层由两层PBAT改性聚乳酸薄膜夹一层集圈亚麻织物组成，层层堆叠组坯，在最外层上下表面加一层PBAT改性聚乳酸薄膜；（3）将组坯后的材料放入165℃真空烘箱中预热20min，迅速移至成型模中，0.6MPa下气压成型后35℃冷却定型。
按照标准GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、ASTM D256-2010分别进行性能测试。经测试，所制得的混纺纤维板的拉伸强度58.09MPa，弯曲强度23.74MPa，冲击强度128.26J/m。实施例4
一种混纺纤维板，如图1所示，上下面层为PBAT改性聚乳酸薄膜(300g/m2)，芯层为以苎麻短纤维（纤维长度50mm、直径为28μm、截面形状为哑铃形）与聚乳酸短纤维(纤维长度50mm/纤度2D/截面形状为哑铃形)按比例均匀混纺的纤维毡，其苎麻纤维含量为60wt%，规格为1800g/m2，共3层。在两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，该加强层由两层纯聚乳酸无纺布(50g/m2)夹一层纬平针黄麻织物层（200g/m2）构成。
制备过程为：（1）将苎麻短纤维与聚乳酸纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺制得混纺纤维毡；（2）取2层混纺纤维毡，在两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，该加强层由两层纯聚乳酸无纺布夹一层纬平针黄麻织物组成，堆叠组坯，在最外层上下表面加一层PBAT改性聚乳酸薄膜；（3）将组坯后的材料放入150℃真空烘箱中预热20min，迅速移至成型模中，0.5MPa下气压成型后45℃冷却定型。
按照标准GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、ASTM D256-2010分别进行性能测试。经测试，所制得的混纺纤维板的拉伸强度84.79MPa，弯曲强度68.94MPa，冲击强度221.87J/m。
实施例5
一种混纺纤维板，面层为一层PBAT改性聚乳酸薄膜(20g/m2)和一层聚乳酸无纺布(50g/m2)的叠加，芯层为以苎麻和黄麻混合短纤维（纤维长度50mm、直径为50μm、截面形状均为多角形，质量比1:1）与聚乳酸短纤维(纤维长度51mm/纤度1.8D/截面形状为多叶形)按比例均匀混纺的纤维毡，其中苎麻短纤维含量为40wt%，规格为600g/m2，共3层。在每两层混纺纤维毡中间夹一层加强层；2层加强层中，一层加强层由两层聚乳酸无纺布(20g/m2)夹一层纬平针苎麻织物层（200g/m2）构成，另外一层加强层由两层纯聚乳酸薄膜(40g/m2)夹一层双反面亚麻织物（250g/m2）构成。
制备过程为：（1）将苎麻和黄麻混合短纤维与聚乳酸短纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺制得混纺纤维毡；（2）取3层混纺纤维毡，在每两层混纺纤维毡中间夹一层加强层，一层加强层由两层聚乳酸无纺布夹一层纬平针苎麻织物构成，另外一层加强层由两层纯聚乳酸薄膜夹一层双反面亚麻织物构成，层层堆叠组坯，在最外层上下表面均加PBAT改性聚乳酸薄膜和聚乳酸无纺布的叠加层作为面层，起到一定的阻隔作用，同时可代替胶黏剂，便于再次成型时表面装饰毡与混纺纤维板的粘连；（3）将组坯后的材料放入175℃真空烘箱中预热15min，迅速移至成型模中，0.45MPa下气压成型后50℃冷却定型。
按照标准GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、ASTM D256-2010分别进行性能测试。经测试，所制得的混纺纤维板的拉伸强度57.27MPa，弯曲强度43.09MPa，冲击强度133.62J/m。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混纺纤维板，由混纺纤维毡（2）层层堆叠组坯而成，最外层上下坯面上均设有聚乳酸面层（1）；每两层混纺纤维毡（2）之间有一层加强层（3），所述加强层（3）由两层聚乳酸层（4）夹一层织物型天然纤维层（5）组成。
2.如权利要求1所述的一种混纺纤维板，其特征在于，所述混纺纤维板的拉伸强度≥30.0MPa，弯曲强度≥20.0MPa，冲击强度≥100J/m。
3.如权利要求1所述的一种混纺纤维板，其特征在于，所述混纺纤维板中混纺纤维毡（2）的层数不少于2层，所述混纺纤维毡（2）的面密度为100～1800g/m2。
4.如权利要求1所述的一种混纺纤维板，其特征在于，所述混纺纤维毡（2）是以天然纤维和聚乳酸纤维为原材料混纺制得；所述混纺纤维毡（2）中的天然纤维含量为1～99wt%；所述混纺纤维毡（2）中的天然纤维为短纤维，纤维长度为20～80mm，直径为10～100μm，纤维截面形状为腰圆形、锯齿形或多角形；所述混纺纤维毡（2）中的聚乳酸纤维为短纤维，纤维长度为20～80mm，纤度为1～4D，纤维截面形状为圆形、多角形、多叶形、Y形、哑铃形、扇形或中空形。
5.如权利要求4所述的一种混纺纤维板，其特征在于，所述混纺纤维毡中（2）的天然纤维和加强层（3）中的织物型天然纤维（5）为苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、红麻纤维、剑麻纤维、大麻纤维、竹纤维或木纤维中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种混纺纤维板，其特征在于，所述加强层（3）中的织物型天然纤维层（5）的面密度为80～300g/m2。
7.如权利要求1所述的一种混纺纤维板，其特征在于，所述加强层（3）中的织物型天然纤维层（5）的织物结构为纬平针织物、罗纹织物、双反面织物、空气层类织物、集圈类织物、移圈类织物、波纹组织或嵌花织物中一种或几种。
8.如权利要求1所述的一种混纺纤维板，其特征在于，所述聚乳酸面层（1）和加强层（3）中的聚乳酸层（4）为聚乳酸基薄膜、聚乳酸无纺布中的任一种或两种的层叠，面密度为10-500g/m2。
9.如权利要求8所述的一种混纺纤维板，其特征在于，所述聚乳酸基薄膜为纯聚乳酸薄膜，或聚乳酸与其它树脂的共混物薄膜，所述其它树脂选自生物质可降解树脂PBAT、PHA、PBS和PCL；所述聚乳酸无纺布为纯聚乳酸长纤或短纤无纺布，或聚乳酸纤维与其它天然纤维的混纺无纺布，其中聚乳酸纤维的含量不低于30wt%，所述其它天然纤维选自苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、红麻纤维、剑麻纤维、大麻纤维、竹纤维和木纤维。
10.如权利要求1-9所述的一种混纺纤维板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将天然纤维与聚乳酸纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得混纺纤维毡（2）；
（2）取混纺纤维毡（2），每两层混纺纤维毡（2）中间夹一层由两聚乳酸层（4）夹一层织物型天然纤维层（5）组成的加强层（3），层层堆叠组坯后在最外层上下均加聚乳酸面层（1）；
（3）将组坯后的材料放入150-180℃真空烘箱中预热10-20min，迅速移至成型模中，0.3-0.6MPa下气压成型后30-50℃冷却定型。
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