CN106380831B - 竹纤维增强复合材料组合物及竹纤维增强复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种竹纤维增强复合材料的组合物以及竹纤维增强复合材料的制备方法。该组合物包括基体材料、增强材料及辅料，基体材料包括热塑性树脂，增强材料包括竹纤维和贝壳粉，以重量份计，基体材料为25～80重量份，增强材料为10～70重量份。本申请的上述组合物中，竹纤维是可再生资源且具有抗菌除臭作用，而贝壳粉也具有很强的可再生能力，是一种天然的环保材料。以天然产物竹纤维和贝壳粉作为增强材料，并且增强材料与基体材料热塑性树脂按上述比例进行配合，通过竹纤维和贝壳粉与热塑性树脂之间协同作用，使得该组合物所制备的复合材料不仅可降解，性能环保，而且具备较佳的抗拉伸强度、耐高温、隔热性及耐侯性。

Description

竹纤维增强复合材料组合物及竹纤维增强复合材料的制备 方法
技术领域
本发明涉及材料学领域，具体而言，涉及一种竹纤维增强复合材料组合物及竹纤维增强复合材料的制备方法。
背景技术
复合材料应用领域广泛，尤其在汽车、飞机、船舶等领域的内饰材料，家电等领域的外壳制作材料，家具、玩具、托盘、转周箱等领域的生活用品、日常用品的替代材料及建筑、装潢、包装和园林建设、公共场所等领域。
但目前所使用的改性材料多数为从矿产、石油等不可再生的资源中提取合成的塑料或纤维，是不可降解的，而且废弃后给环境带来了相当大的负担。
因而，如何提高这类复合材料的环保性能便成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种竹纤维增强复合材料组合物及竹纤维增强复合材料的制备方法，以解决现有技术中的复合材料环保性能差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种竹纤维增强复合材料组合物，该组合物包括：基体材料、增强材料及辅料，基体材料包括热塑性树脂，增强材料包括竹纤维和贝壳粉，以重量份计，基体材料为25～80重量份，增强材料为10～70重量份。
进一步地，增强材料中竹纤维和贝壳粉的质量比为7：3～1：1，优选热塑性树脂选自尼龙、ABS、PS、PE、PP、PC、SBS、PLA、SEBS以及EVA中的任意一种或多种。
进一步地，辅料包括0.5～3.5重量份的偶联剂，优选偶联剂选自硅烷类、钛酸酯及铝酸酯中的一种或几种；更优选辅料还包括0.1～0.3重量份的抗氧剂，进一步优选抗氧剂选自1010、168、1076、164、264、CA、DNP、DLTP、TNP、TPP及MB中的任意一种或多种。
进一步地，辅料还包括0.1～0.3重量份的抗紫外吸收剂，优选抗紫外吸收剂选自UV-P、UV-O、UV-9、UV-531、UVP-327、RMB、AM-101、GW-540、744及HPT中的任意一种或多种。
进一步地，辅料还包括0.5～5重量份的润滑剂，优选润滑剂选自PE蜡、硬脂酸、石蜡、白油以及酯类化合物中的任意一种或多种。
进一步地，辅料还包括1～7重量份的相容剂，优选所相容剂选自马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝PE蜡、马来酸酐接枝PP蜡、马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝ABS及马来酸酐接枝PS中的任意一种或多种。
根据本发明的另一方面，提供了一种竹纤维增强复合材料的制备方法，该制备方法包括：按照上述任一种竹纤维增强复合材料组合物中的基体材料、增强材料和辅料及其配比混合，得到混合物；将混合物进行挤出造粒，得到半成品；将半成品进行注塑、挤出或模压，得到复合材料。
进一步地，辅料包括偶联剂，混合的步骤包括：将增强材料进行预搅拌，预搅拌的温度为T，80℃≤T＜120℃；向预搅拌的增强材料中加入偶联剂进行第一混合搅拌，得到第一预混物；向第一预混物中加入基体材料及其余辅料进行第二混合搅拌，得到混合物。
进一步地，预搅拌的转速＜1000转/min，第一混合搅拌的转速≥1000转/min，第二混合搅拌的转速≥1000转/min；优选预搅拌的时间为1～3min，第一混合搅拌的时间为3～5min，第二混合搅拌的时间为1～5min。
进一步地，在将各组分混合之前，制备方法还包括制作贝壳粉的步骤，优选制作贝壳粉的步骤包括：将贝壳类产品研磨成400～2500目的粉体，然后将粉体进行干燥，得到贝壳粉；优选地，干燥的温度为280～350℃，干燥的时间为2～4h。
进一步地，在将各组分混合之前，制备方法还包括制作竹纤维的步骤，优选制作竹纤维的步骤包括：采用双氧水对原竹材进行处理，对处理后的竹材进行研磨，得到粉体竹材；对粉体竹材进行干燥，得到干燥竹材；对干燥竹材进行筛分，得到竹纤维；优选地，原竹材为生长期为2～3年的竹子；优选地，双氧水的浓度为5g/L-20g/L，处理的时间为1.5～2.5h；优选地，采用气流烘干的方式对粉体竹材进行干燥，更优选干燥竹材的水分含量小于5wt％；优选地，竹纤维为20～200目的竹纤维。
进一步地，挤出造粒的步骤中，挤出温度为130～240℃。
应用本发明的技术方案，通过以天然产物竹纤维和贝壳粉作为增强材料，并且增强材料与基体材料热塑性树脂按本申请的比例进行配合，通过竹纤维和贝壳粉与热塑性树脂之间协同作用，使得该组合物所制备的复合材料不仅可降解，性能环保，而且具备较佳的抗拉伸强度、耐压、耐高温、隔热性及耐侯性。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术部分所提到的，现有的改性复合材料存在环保性能差的问题，为改善这一状况，在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种竹纤维增强复合材料的组合物，该组合物包括：基体材料、增强材料及辅料，基体材料包括热塑性树脂，增强材料包括竹纤维和贝壳粉，以重量份计，基体材料为25～80重量份，增强材料为10～70重量份。
本申请的上述复合材料的组合物，竹纤维是可再生资源，通过砍伐和维护后将会更加优质生长，且竹子具有抗菌除臭作用。其原料竹子吸收二氧化碳每年268千克/亩、排放氧气192千克/亩。而贝壳粉也具有很强的可再生能力，是一种天然的环保材料。以天然产物竹纤维和贝壳粉作为增强材料，并且增强材料与基体材料热塑性树脂按上述比例进行配合，通过竹纤维和贝壳粉与热塑性树脂之间协同作用，使得该组合物所制备的复合材料不仅可降解，性能环保，而且具备较佳的抗拉伸强度、耐高温性、隔热性及耐侯性。而增加或降低增强材料的配比，复合材料的力学性能、热变形温度等综合性能下降的可能性增加。
在上述组合物的增强材料中，竹纤维和贝壳粉的具体用量比，根据所欲制备的塑料制品的具体性能要求进行合理搭配。在本申请一种优选的实施例中，上述竹纤维和贝壳粉的质量比为7:3～1:1，进一步优选热塑性树脂选自尼龙、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚苯烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、聚乳酸(PLA)以及乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的任意一种或多种。竹纤维和贝壳粉的质量比在上述范围内，以竹纤维为主，这样的好处在于增加了材料的可降解性、韧性以及抗菌性。贝壳粉的加入起到增强抗拉伸强度、耐压性、耐高温性以及耐腐蚀性的有益效果。而上述种类的热塑性树脂可以根据塑料制品的具体性能要求进行合理选择。将竹纤维和贝壳粉的质量比控制在7:3～1:1范围内，竹纤维和贝壳粉两者以协同作用提升复合材料的力学性能，而当贝壳粉的用量超出上述配比，复合材料的降解性能和力学性能都有一定程度的降低。
上述组合物中的辅料的具体种类可以根据需要具体的基体材料和增强材料种类进行合理选择，其选择依据是对基体材料和增强材料都具有相容性，最好还能促进增强材料对基体材料的增强性能。在本申请一种优选的实施例中，上述辅料包括0.5～3.5重量份的偶联剂，优选偶联剂选自硅烷类、钛酸酯及铝酸酯中的一种或几种；更优选辅料还包括0.1～0.3重量份的抗氧剂，根据基体材料进一步优选抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(168)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯(1076)、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷(CA)、硫代二丙酸双月桂酯(DLTP)164、264、DNP、TNP、TPP及MB中的任意一种或多种。少量抗氧剂就可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命，又被称为"防老剂"。
上述优选实施例中，偶联剂的作用是促进增强材料竹纤维和贝壳粉与树脂的结合，有助于材料力学性能的提升(包括拉伸强度、弯曲强度、硬度以及热稳定性)，提升产品表面光泽度。上述偶联剂的用量若小于0.1重量份，增强材料与基体材料之间的结合能力下降，进而使得复合材料的力学性能有所下降。若超过3.5重量份，成本相应增加。根据复合材料制品使用环境或使用对象的不同，对复合材料制品的原料要求也不同。上述优选实施例中含有抗氧剂有助于防止所制备的复合材料制品被氧化或腐蚀。上述用量的抗氧剂既能起到抗热老化作用，又不增加成本。
在某些使用条件下，上述组合物中的辅料还包括0.1～0.3重量份的抗紫外吸收剂，优选抗紫外吸收剂选自UV-P、UV-O、UV-9、UV-531、UVP-327、RMB、AM-101、GW-540、744及HPT中的任意一种或多种。抗紫外吸收剂有助于提高所制备的复合材料制品的抗紫外线辐射功能，延缓光老化，延长产品在室外的使用寿命。0.1～0.3重量份具有抗光老化作用。用量过少，影响最终产品的使用性能。
上述润滑剂的具体种类可以根据基体材料进行选择。在本申请另一种优选的实施例中，上述辅料还包括0.5～5重量份的润滑剂，优选润滑剂选自PE蜡、硬脂酸、石蜡、白油以及酯类化合物中的任意一种或多种。上述重量份的润滑剂有助于增强组合物中的基体材料和增强材料之间的润滑性，进而增强材料的流动性，改进材料的可加工性。复合型润滑剂具有加入量少的优点。若润滑剂用量过量，增强材料与基体材料之间的流动性相应增加，结合能力也会相应下降，力学性能下降的可能性增加。且用量过多造成成本浪费，而用量过少会影响加工性能。
在本申请的上述辅料中，根据增强材料与基体材料之间的相容性强弱，还可以包括1～7重量份的相容剂。相容剂根据基体材料进行选择，而相容剂的加入量根据增强材料的多少进行选择。一般相容剂的用量为增强材料用量的十分之一左右。优选相容剂选自马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝PE蜡、马来酸酐接枝PP蜡、马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝ABS及马来酸酐接枝PS中的任意一种或多种。相容剂与偶联剂有协同作用，促进增强材料与基体树脂的结合，改善材料的力学性能与材料的表观。相容剂的用量继续增加，性能并不继续提升，但会增加成本。用量过少，影响产品的力学性能。
在上述组合物中的辅料，可以是上述任意一种，也可以是多种的组合。
在本申请另一种典型的实施方式中，还提供了一种复合材料的制备方法，该制备方法包括：按照上述任一种复合材料的组合物中基体材料、增强材料和辅料及其配比混合，得到混合物；将混合物进行挤出造粒，得到半成品；将半成品进行注塑、挤出或模压，得到复合材料。
上述制备方法通过利用上述复合材料的组合物，将以天然产物竹纤维和贝壳粉作为增强材料，并将增强材料与基体材料热塑性树脂按上述比例进行配合，通过竹纤维和贝壳粉与热塑性树脂之间的协同作用，使得该组合物所制备的复合材料不仅具备较佳的抗拉伸强度、耐压、耐高温、耐冲击及耐侯性，而且可降解，性能环保。
在将增强材料与基体材料进行混合时，加入上述任意一种或多种辅料作为助剂有助于改善混合材料的结合、流动以及抗环境性能。
上述制备方法中，将组合物中的各成分进行混合的温度根据基体材料及辅料的具体种类而定，以能够使各组分混合均匀为准。在本申请一种优选的实施例中，上述混合的温度为100～120℃，混合的时间为1～5min。
根据所欲使用的贝壳粉的原料不同，在某些情况下，还需提前制备贝壳粉。在一种优选实施例中，在将各组分混合之前，上述制备方法还包括制作贝壳粉的步骤，优选制作贝壳粉的步骤包括：将贝壳类产品研磨成400～2500目的粉体，然后将粉体进行干燥，得到贝壳粉；优选地，干燥的温度为280～350℃，干燥的时间为2～4h。
将贝壳粉控制在400～2500目，有助于有助于贝壳粉与基体树脂的熔合，提升材料的力学性能，改善产品的表观。而将贝壳粉干燥的目的是减少水分，减少水分对材料力学性能的影响，增强材料的力学性能，改善材料的加工性能。具体干燥的温度可以根据需要设定，而将干燥温度和时间控制在上述范围内，能够在有效节约能源的基础上，将贝壳粉中的二氧化碳气体进行排除干净。
上述制备方法中，竹纤维根据原材料的不同，在某些情况下也需要提前制备。在一种优选实施例中，在将各组分混合之前，制备方法还包括制作竹纤维的步骤，优选制作竹纤维的步骤包括：采用双氧水对原竹材进行处理，对处理后的竹材进行研磨，得到粉体竹材；对粉体竹材进行干燥，得到干燥竹材；对干燥竹材进行筛分，得到竹纤维；优选地，原竹材为生长期为2～3年的竹子；优选地，双氧水的浓度为5g/L～20g/L，处理的时间为1.5～2.5h；优选地，采用气流烘干的方式对粉体竹材进行干燥，干燥竹材的水分含量小于5wt％；优选地，竹纤维为20～200目的竹纤维。
采用双氧水对原竹材进行处理，能够在处理竹材中的糖类等杂质时对竹材进行漂白，使产品表面更美观。采用气流烘干的方式对粉体竹材进行干燥相比其他干燥方式，具有能够360度对粉体竹材进行烘干，使粉体竹材受热均匀。而将水份控制在小于5wt％的范围内的目的是在降低能耗的基础上，能够有效的改善产品的表观，增强材料的力学性能对材料力学性能的影响。作为增强材料的竹纤维的目数控制在20～200范围内能够与基体材料更好地熔合，提升材料的力学性能，改善产品的表观。在将原竹材进行双氧水处理之前，可以先去除枝叶，制成4-6公分的宽片，以便得到更好的处理效果。
上述混合步骤中，当辅料中含有偶联剂时，偶联剂的具体加入方式可根据树脂基体材料的不同进行合理设定。本申请一优选实施例按如下方式加入：将增强材料放入80℃(处理温度不应高于120℃)的热混锅中低速混合1～3min后(低速的转速应不高于1000转/min)，加入偶联剂，然后进行高速混合3～5min(高速的转速应在1000转/min以上)。
上述挤出造粒的步骤中的挤出温度，挤出温度根据基体材料进行调节及混合粉体的粘度性能进行合理控制。在本申请一种优选实施例中，上述挤出温度为130～240℃。将温度控制在此范围，能够在将基体树脂熔化的同时不致使竹纤维焦化。
下面将结合具体的实施例来进一步说明本申请的有益效果。
需要说明的是，以下实施例中所使用的竹纤维可以采用废旧的竹材研磨筛分后得到，也可以是按照以下方法对新鲜竹子进行以下处理后得到。同样贝壳粉也可以采用现有粉体，或者采用以下方法制备而成。其余辅料均为市售产品。
(1)竹纤维的制作方法：选用生长期为2～3年的竹材，去除枝叶，制成4～6公分的宽片，经过5g/L～20g/L浓度的双氧水处理2小时后，在一定的条件下进行物理研磨变成竹纤维，再采用气流烘干，烘干后的竹纤维水份应该小于5％。
采用表1中的竹纤维的制备条件，得到3种水分含量不同的干燥竹材。并从水分含量为3wt％的干燥竹材筛分得到100目及150目的竹纤维；从水分含量为5wt％的干燥竹材筛分得到90目和80目的竹纤维；从水分含量为1wt％的干燥竹材筛分得到20目、200目及250目的竹纤维。
表1：
(2)贝壳粉的制作方法：收集贝壳类产品，将其研磨成400-2500目的贝壳粉，再经过300℃烘烤2～4h。
实施例1
按照表2中的原料配比及表3中的原料形成实施例1的竹纤维增强复合材料组合物，先将增强材料置于80℃的热混锅中以900转/min的转速下进行预搅拌1min后，向预搅拌的增强材料中加入偶联剂，接着以1000转/min的转速搅拌3min，得到第一预混物；向第一预混物中加入基体材料及其余所述辅料以1200转/min的转速搅拌5min，得到混合物；
将混合物于230℃下进行挤出造粒，得到半成品；
将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
实施例2
按照表2中的原料配比及表3中的原料形成实施例2的竹纤维增强复合材料组合物，先将增强材料置于110℃的热混锅中以950转/min的转速下进行预搅拌3min后，向预搅拌的增强材料中加入偶联剂，接着以1200转/min的转速搅拌1min，得到第一预混物；向第一预混物中加入基体材料及其余所述辅料以1000转/min的转速搅拌5min，得到混合物；
将混合物于180℃下进行挤出造粒，得到半成品；
将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
实施例3
按照表2中的原料配比及表3中的原料形成实施例1的竹纤维增强复合材料组合物，先将增强材料置于100℃的热混锅中以950转/min的转速下进行预搅拌3min后，向预搅拌的增强材料中加入偶联剂，接着以1000转/min的转速搅拌5min，得到第一预混物；向第一预混物中加入基体材料及其余所述辅料以1200转/min的转速搅拌1min，得到混合物；
将混合物于190℃下进行挤出造粒，得到半成品；
将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
实施例4
按照表2中的原料配比及表3中的原料形成实施例1的竹纤维增强复合材料组合物，先将增强材料置于80℃的热混锅中以800转/min的转速下进行预搅拌3min后，向预搅拌的增强材料中加入偶联剂，接着以1300转/min的转速搅拌3min，得到第一预混物；向第一预混物中加入基体材料及其余所述辅料以1000转/min的转速搅拌4min，得到混合物；
将混合物于160℃下进行挤出造粒，得到半成品；
将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
实施例5
按照表2中的原料配比及表3中的原料形成实施例1的竹纤维增强复合材料组合物，先将增强材料置于85℃的热混锅中以900转/min的转速下进行预搅拌1min后，向预搅拌的增强材料中加入偶联剂，接着以1000转/min的转速搅拌3min，得到第一预混物；向第一预混物中加入基体材料及其余所述辅料以1200转/min的转速搅拌5min，得到混合物；
将混合物于130℃下进行挤出造粒，得到半成品；
将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
实施例6
按照表2中的原料配比及表3中的原料形成实施例1的竹纤维增强复合材料组合物，先将增强材料置于90℃的热混锅中以900转/min的转速下进行预搅拌1min后，向预搅拌的增强材料中加入偶联剂，接着以1000转/min的转速搅拌3min，得到第一预混物；向第一预混物中加入基体材料及其余所述辅料以1200转/min的转速搅拌5min，得到混合物；
将混合物于240℃下进行挤出造粒，得到半成品；
将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
实施例7
按照表2中的原料配比及表3中的原料形成实施例1的竹纤维增强复合材料组合物，先将增强材料置于95℃的热混锅中以900转/min的转速下进行预搅拌1min后，向预搅拌的增强材料中加入偶联剂，接着以1000转/min的转速搅拌3min，得到第一预混物；向第一预混物中加入基体材料及其余所述辅料以1200转/min的转速搅拌5min，得到混合物；
将混合物于170℃下进行挤出造粒，得到半成品；
将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
实施例8～10
按照表2中实施例8-10的原料配比及表3中的原料分别形成实施例8-10的竹纤维增强复合材料组合物，其余制备条件与实施例3相同。
实施例11
按照表2中实施例11的原料配比及表3中的原料分别形成实施例11的竹纤维增强复合材料组合物，其余制备条件与实施例6相同。
实施例12
按照表2中实施例12的原料配比及表3中的原料分别形成实施例12的竹纤维增强复合材料组合物，其余制备条件与实施例5相同。
实施例13
按照表2中实施例13的原料配比及表3中的原料分别形成实施例13的竹纤维增强复合材料组合物，其制备条件是将相容剂、增强材料及基体材料同时混合得到混合物，其余条件与实施例7相同。
对比例1
对比例1采用表2中的配比及表3中的原料，按照与实施例7相同的制备条件进行制备。
对比例2
对比例2采用表2中的配比及表3中的原料，将基体材料与竹纤维混合后进行挤出造粒，得到半成品；将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
对比例3
对比例2采用表2中的配比及表3中的原料，将基体材料与贝壳粉混合后进行挤出造粒，得到半成品；将半成品进行注塑、挤出或模压，得到竹纤维增强复合材料。
表2：
注：上表2中的数值均表示重量kg。
表3：
表3中：a和b均表示目数。
对上述实施例1至13及对比例1所制备的竹纤维增强复合材料进行性能检测。检测方法如下：拉伸强度：ISO 527；弯曲强度：ISO 178；弯曲模量：ISO 178。测试仪器：万能力学试验机。检测结果见表4(注：表4中的“/”前的数值表示实施例的竹纤维增强复合材料的相关性能，“/”后的数值表示实施例中的基体材料的相关性能。箭头↓代表变化率下降，没有箭头的代表变化率升高)。
表4：
从上述表4中可以看出，本申请的实施例1至13通过采用本申请的原料及配方，所制备得到的竹纤维增强复合材料在弯曲强度、拉伸强度及弯曲模量等方面的性能均优于对比例1至3。可见，相比现有技术中单独竹纤维或者竹纤维与其他材料复合联用所制备的竹纤维增强复合材料，本申请的实施例所制备的竹纤维增强复合材料不仅具有可降解、环保的优点，而且也取得了难以预料的上述力学性能。
从上表4还可以看出，竹纤维与贝壳粉对不同基体材料增强的力学性能有所差异。从实施例3、实施例8～10可以看出，对聚苯烯作为基体的材料在上述力学性能方面的改进最为突出。进一步地，从实施例3所制备的竹纤维增强复合材料的性能优于实施例8～10可以看出，不仅竹纤维与贝壳粉的用量比在7:3～5:5的范围内对最终产品的性能有影响，而且，偶联剂与相容剂用量比的协同配合也非常重要，任意一个指标偏离本申请的优选范围，都会对拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量造成不利影响。
从实施例11与实施例6的比较可以看出，仅含有偶联剂而不含有相容剂时，所制备的竹纤维增强复合材料的性能略差。从实施例12与实施例5的比较可以看出，当同时含有偶联剂和相容剂时，所制备的竹纤维增强复合材料在拉伸强度方面的性能差别不大。从实施例13与实施例7的比较可以看出，在不添加任何辅料的情况下，其最终产品的性能尽管有所下降，尤其在弯曲模量方面性能下降较多，但比对比例1至3还是具有难以想象的优势。
而从表4同样可以看出，本申请的实施例所制备的竹纤维复合增强材料的密度绝大部分都有下降，这对运输相同重量的材料而言，改进后的材料的运输总量可以增加，进而可以减少同样重量材料的运输成本。
此外，通过本申请的竹纤维和贝壳粉作为增加材料对各种基体材料进行改进后，其热变形温度、隔热性以及抗紫外性能等也都有显著提升，具体见表5。热变形温度的提高和隔热性的提升提高了材料的热稳定性，可以拓宽材料的应用温度范围，有助于扩大应用领域。而抗紫外性能的提升有助于延长材料的力学性能，从而延长材料的使用寿命。
其中，热变形温度的测量方法为：按照标准ISO 75-1：2004，ISO 75-2：2004进行检测，“/”前面的数值代表各实施例所得的竹纤维增强复合材料的热变形温度，“/”后面的数值为基体材料的热变形温度。隔热性的检测方法为：将材料做成板材，在100℃的温度下(除去EVA、SBS为基体材料的实施例外)加热板材的一面，对比未加热的一面在1min后的温度。“/”前面数值代表竹纤维增强复合材料的测试温度，“/”后面数值为基体材料的测试温度。抗紫外性能的检测方法为GB/T 16422.3-1997中进行检测，以力学性能下降百分比表示(具体以弯曲强度下降为例)，“/”前面的数值代表竹纤维增强复合材料的在紫外线照射后力学性能下降的百分比，“/”后面的数值为基体材料在紫外线照射后力学性能下降的百分比。
表5：
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过以天然产物竹纤维和贝壳粉作为增强材料，并将增强材料与基体材料热塑性树脂按上述比例进行配合，通过竹纤维和贝壳粉与热塑性树脂之间协同作用，使得该组合物所制备的复合材料不仅可降解，性能环保，而且具备较佳的抗拉伸强度、耐高温性、隔热性以及耐侯性。
本申请通过采用产量大、生长周期短并可高度再生的天然材料竹纤维与贝壳粉作为增强材料，天然材料不仅能够大量吸收二氧化碳和释放氧气，平衡全球气温，而且具有较强的降解性。用本申请的复合材料制成板材、型材、线材和各种规格、形状的材料，用于汽车、飞机、船舶等领域的内饰材料，家电等领域的外壳制作材料，家具、玩具、托盘、转周箱等领域的生活用品、日常用品替代材料及建筑、装潢、包装和园林建设、公共场所等领域的使用材料等。
本发明提出的竹纤维与贝壳粉增强复合材料既是材料，又是结构，还是产品，具有健康环保、材料收缩率低、尺寸稳定性高、加工性好、具有天然的抗菌除臭等特点，可广泛用于日用品、汽车、电器、建材、室内装饰等行业，用以替代通用塑料，节省石油等不可再生资源，材料的可降解性，能够缓解白色污染所带来的环境压力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (27)

1.一种竹纤维增强复合材料组合物，其特征在于，所述组合物包括：基体材料、增强材料及辅料，所述基体材料包括热塑性树脂，所述增强材料包括竹纤维和贝壳粉，以重量份计，所述基体材料为25～80重量份，所述增强材料为10～70重量份；所述增强材料中，所述竹纤维和贝壳粉的质量比为7：3～1：1。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述热塑性树脂选自尼龙、ABS、PS、PE、PP、PC、SBS、PLA、SEBS以及EVA中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述辅料包括0.5～3.5重量份的偶联剂。
4.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，偶联剂选自硅烷类、钛酸酯及铝酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述辅料还包括0.1～0.3重量份的抗氧剂。
6.根据权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述抗氧剂选自1010、168、1076、164、264、CA、DNP、DLTP、TNP、TPP及MB中的任意一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述辅料还包括0.1～0.3重量份的抗紫外吸收剂。
8.根据权利要求7所述的组合物，其特征在于，所述抗紫外吸收剂选自UV-P、UV-O、UV-9、UV-531、UVP-327、RMB、AM-101、GW-540、744及HPT中的任意一种或多种。
9.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述辅料还包括0.5～5重量份的润滑剂。
10.根据权利要求9所述的组合物，其特征在于，所述润滑剂选自PE蜡、硬脂酸、石蜡、白油以及酯类化合物中的任意一种或多种。
11.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述辅料还包括1～7重量份的相容剂。
12.根据权利要求11所述的组合物，其特征在于，所相容剂选自马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝PE蜡、马来酸酐接枝PP蜡、马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝ABS及马来酸酐接枝PS中的任意一种或多种。
13.一种竹纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
按照权利要求1至12中任一项所述的竹纤维增强复合材料组合物中的基体材料、增强材料和辅料的配比将各物质混合，得到混合物；
将所述混合物进行挤出造粒，得到半成品；
将所述半成品进行注塑、挤出或模压，得到所述复合材料。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述辅料包括偶联剂，所述混合的步骤包括：
将所述增强材料进行预搅拌，预搅拌的温度为T，80℃≤T＜120℃；
向预搅拌的所述增强材料中加入偶联剂进行第一混合搅拌，得到第一预混物；
向所述第一预混物中加入所述基体材料及其余所述辅料进行第二混合搅拌，得到所述混合物。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述预搅拌的转速＜1000转/min，所述第一混合搅拌的转速≥1000转/min，第二混合搅拌的转速≥1000转/min。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述预搅拌的时间为1～3min，所述第一混合搅拌的时间为3～5min，所述第二混合搅拌的时间为1～5min。
17.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，在将各组分混合之前，所述制备方法还包括制作贝壳粉的步骤。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述制作贝壳粉的步骤包括：将贝壳类产品研磨成400～2500目的粉体，然后将所述粉体进行干燥，得到所述贝壳粉。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为280～350℃，所述干燥的时间为2～4h。
20.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，在将各组分混合之前，所述制备方法还包括制作竹纤维的步骤。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述制作竹纤维的步骤包括：
采用双氧水对原竹材进行处理，
对处理后的竹材进行研磨，得到粉体竹材；
对所述粉体竹材进行干燥，得到干燥竹材；
对干燥竹材进行筛分，得到竹纤维。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述原竹材为生长期为2～3年的竹子。
23.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述双氧水的浓度为5g/L-20g/L，所述处理的时间为1.5～2.5h。
24.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，采用气流烘干的方式对粉体竹材进行干燥。
25.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述干燥竹材的水分含量小于5wt％。
26.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述竹纤维为20～200目的竹纤维。
27.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述挤出造粒的步骤中，挤出温度为130～240℃。
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