CN108149385A - 一种天然纤维增强复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，涉及一种天然纤维增强复合材料的制备方法，其制备步骤包括：原料混合制毡→预成型→排挤空气→成型。本发明的目的在于提供一种天然纤维增强复合材料的制备方法，通过对天然纤维增强复合材料的成型工艺进行改进，将预成型件中的空气尽可能多的排挤出去，对于降低天然纤维增强复合材料内部缺陷，提高天然纤维增强复合材料的各项性能均具有重要的意义。本发明通过天然纤维和热塑性树脂纤维混合制毡，在成型过程中采用阶梯压力，分两个阶段排挤预制件内的空气，可以有效降低天然纤维增强复合材料内部的孔隙率和缺陷，提高力学性能，制备的复合材料可以广泛应用于汽车飞机内饰、建筑装饰、家居用品、电子通信、医疗环保等领域。

Description

一种天然纤维增强复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种天然纤维增强复合材料的制备方法。
背景技术
与玻璃纤维等化学纤维相比，天然纤维以其高比强度、比模量，优良的隔热、隔音、耐冲击、耐摩擦性能、可回收循环利用等优势而被越来越多的消费人群认可。在树脂基复合材料体系中，天然纤维通常是以织物或非织造毡的形式作为增强体存在的。但是天然纤维的密度较小，比较蓬松，其织物或非织造毡中会有大量的空气存在，同时竹麻纤维等天然纤维具有天然的中空结构，同样存在较多的空气，这些空气如果排挤不充分，会在复合材料内部形成气泡，造成内部缺陷，严重影响复合材料的各项性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种天然纤维增强复合材料的制备方法，通过对天然纤维增强复合材料的成型工艺进行改进，将预成型件中的空气尽可能多的排挤出去，对于降低天然纤维增强复合材料内部缺陷，提高天然纤维增强复合材料的各项性能均具有重要的意义。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种天然纤维增强复合材料的制备方法，包括原料混合制毡、预成型、排挤空气、成型；所述排挤空气通过采用阶梯压力，分两个阶段对混合毡料预制件内的空气进行排挤。
所述原料包括天然纤维和热塑性树脂纤维。
所述天然纤维包括竹原纤维、麻纤维、棕榈纤维中的一种。
所述热塑性树脂纤维包括聚丙烯纤维、聚酰胺纤维中的一种。
所述排挤空气是采用阶梯压力，分两个阶段对混合毡料预制件内的空气进行排挤。
所述阶梯压力的第一阶段是将混合毡料预制件在温度100-150℃，压力1-3MPa条件下，保压1-5min，然后卸压保持1-5min；第二阶段是将混合毡料预制件在温度100-150℃，压力3-5MPa条件下，保压1-5min，然后卸压保持1-5min。
所述阶梯压力的两个阶段循环操作1-3次；最后一次加压后，不再卸压，直接热压成型。
更具体地，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料混合：将天然纤维和热塑性树脂纤维分别单独开松1次，然后混合开松1次，得到混合纤维；
(2)复合毡料制备：混合纤维经过非织造工艺得到混合毡料；
(3)预成型：将混合毡料叠加铺层，然后在60-80℃下烘干1-2h，得到混合毡料预制件；
(4)排挤空气：采用阶梯压力，分两个阶段对混合毡料预制件内的空气进行排挤；
(5)热压成型：将排挤空气后的预制件在180-200℃、10-20MPa压力下，保持10-30min，即可成型。
进一步试验方案，所述步骤(4)中，所述阶梯压力的两个阶段循环操作1-3次。
本发明的有益效果在于：通过采用阶梯压力，分两个阶段对预制件内的空气进行排挤，第一阶段压力为1-3MPa，先采用小压力将蓬松的毡料预制件压实，尽可能多的排出空气；第二阶段压力是3-5MPa，采用大压力在不损伤纤维的同时，将预制件及天然纤维内部空气排挤出来。在第一阶段加压过程中，预成型件的外围会被压紧，导致预成型件中心区域的空气向外排出的通道被关闭，只能使预成型件外围的空气被排出。加压后再泄压一段时间，是为了使预成型件中心区域的空气向外围扩散，再通过下一阶段的加压排出，使排气效果更理想。
通过阶梯压力排出预制件内的空气，可以有效降低天然纤维增强复合材料内部的孔隙率和缺陷，提高各项性能，制备的复合材料可以广泛应用于汽车飞机内饰、建筑装饰、家居用品、电子通信、医疗环保等领域。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。这些实施例仅用于详细具体说明本发明的技术方案，并不限制本申请权利要求保护的范围。
实施例1
将质量比例为70％竹原纤维和30％聚丙烯纤维分别单独开松一次，然后再混合开松一次，得到竹原纤维/聚丙烯混合纤维，将混合纤维经过梳理、针刺工艺制成复合毡，然后将复合毡交叉铺层，得到预制件，然后在190℃、15MPa压力下热压20min，即可得到竹原纤维/聚丙烯复合材料。所得复合材料的力学性能如表1所示。
表1各实施例复合材料力学性能对比
实施例2
将质量比例为70％竹原纤维和30％聚丙烯纤维分别单独开松一次，然后再混合开松一次，得到竹原纤维/聚丙烯混合纤维，将混合纤维经过梳理、针刺工艺制成复合毡，然后将复合毡交叉铺层，得到预制件。首先将预制件在150℃、2MPa压力下，排挤空气2min，然后卸压1min，接着将预制件在150℃、4MPa压力下，排挤空气2min，然后卸压1min，此阶梯压力排挤空气操作循环2次。最后一次加压后，不再卸压，直接在190℃、15MPa压力下热压20min，即可得到竹原纤维/聚丙烯复合材料。所得复合材料的力学性能如表1所示。
通过表1可以看出，通过采用阶梯压力，分两个阶段对复合毡预制件内的空气进行排挤，可以将预制件及天然纤维内部空气排挤出来，可以有效降低天然纤维增强复合材料内部的孔隙率和缺陷，有效的提高天然纤维增强复合材料的力学性能。
实施例3
与实施例2不同的是，将预制件在100℃、3MPa压力下，排挤空气5min，然后卸压5min，接着将预制件在100℃、5MPa压力下，排挤空气5min，然后卸压5min，此阶梯压力排挤空气操作不循环。
实施例4
与实施例2不同的是，将预制件在120℃、1MPa压力下，排挤空气1min，然后卸压1min，接着将预制件在120℃、3MPa压力下，排挤空气1min，然后卸压1min，此阶梯压力排挤空气操作循环3次。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种天然纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于：其制备步骤包括：原料混合制毡→预成型→排挤空气→成型；
所述原料包括天然纤维和热塑性树脂纤维；
所述天然纤维包括竹原纤维、麻纤维、棕榈纤维中的一种；
所述热塑性树脂纤维包括聚丙烯纤维、聚酰胺纤维中的一种。
2.根据权利要求1所述一种天然纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述排挤空气是采用阶梯压力，分两个阶段对混合毡料预制件内的空气进行排挤。
3.根据权利要求2所述一种天然纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述阶梯压力的第一阶段是将混合毡料预制件在温度100-150℃，压力1-3MPa条件下，保压1-5min，然后卸压保持1-5min；第二阶段是将混合毡料预制件在温度100-150℃，压力3-5MPa条件下，保压1-5min，然后卸压保持1-5min。
4.根据权利要求2所述一种天然纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述阶梯压力的两个阶段循环操作1-3次；最后一次加压后，不再卸压，直接热压成型。
5.如权利要求1-4所述一种天然纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)原料混合：将天然纤维和热塑性树脂纤维分别单独开松1次，然后混合开松1次，得到混合纤维；
(2)复合毡料制备：混合纤维经过非织造工艺得到混合毡料；
(3)预成型：将混合毡料叠加铺层，然后在60-80℃下烘干1-2h，得到混合毡料预制件；
(4)排挤空气：采用阶梯压力，分两个阶段对混合毡料预制件内的空气进行排挤；
(5)热压成型：将排挤空气后的预制件在180-200℃、10-20MPa压力下，保持10-30min，即可成型。
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