CN109822931B - 一种增强型天然纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强型天然纤维复合材料及其制备方法，复合材料包括天然纤维层合板和其表面铺设的增强肋，所述天然纤维层合板是由多层天然纤维布或天然纤维布预浸料逐层铺设并与树脂胶层压固化而成；增强肋是由加捻的天然纤维纱线织成的天然纤维网与树脂胶固化而成；天然纤维布的材质与天然纤维网相同。通过材料复合成型工艺，在天然纤维复合材料表面形成增强肋，从而显著提高了材料的力学特性；得到的复合材料力学性能稳定，模量和强度高，抵抗外部冲击载荷能力强，成本低廉，成型工艺简单易行，便于推广。

Description

一种增强型天然纤维复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料及其制备方法，特别是涉及一种增强型天然纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

随着近年来环境污染的不断加重和人们环境保护意识的日益提高，复合材料正日益向绿色化和低能耗方向发展。相对于传统的合成纤维，天然纤维具有密度低、价格低廉、可降解性、比模量和比强度高等优点。但由于天然纤维均匀性较差，材料内部具有大量随机的天然缺陷和孔洞，其刚度与强度远低于合成纤维。

现有技术中多采用天然纤维的改性处理从而提高天然纤维复合材料的性能，这种方法可以增强纤维与基体结合形成的界面的性能，但同时会大大降低天然纤维的力学性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种增强型天然纤维复合材料及其制备方法，解决现有的天然纤维复合材料刚度和强度差，制备工艺复杂的问题。

技术方案：本发明所述的增强型天然纤维复合材料，所述复合材料包括天然纤维层合板和其表面铺设的增强肋；其中天然纤维层合板是由多层天然纤维布或天然纤维预浸料逐层铺设并与树脂胶层压固化而成；增强肋是由加捻的天然纤维纱线织成的天然纤维网与树脂胶固化而成；天然纤维布的材质与天然纤维网相同。

所述天然纤维网的网格形状为菱形、矩形或者蜂窝形。

所述的增强型天然纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1、将纤维布或预浸料逐层铺设在模具上，加入树脂胶；

2、将纤维网铺贴在步骤1得到的材料表面，加入树脂胶，使其完全浸润胶液；

3、将步骤2得到的材料盖上模具，抽真空、密封、后加热固化。

优化地，为了进一步提高制备得到的复合材料的性能，步骤1中的天然纤维布或天然纤维布预浸料按照[(0/90)(±45)(0/90)(±45)(0/90)]顺序逐层铺设在模具上。

根据不同种类的树脂胶加热温度不同，固化时间相应地也不同，本发明的加热温度为50～60℃，固化时间为10～12小时。

发明原理：本发明通过材料设计的方法提高天然纤维复合材料的强度与刚度，具有天然纤维复合材料的优点，并且充分利用了带有一定捻度的天然纤维纱线的强度和刚度，通过加捻的方式使天然纤维纱横截面间产生相对角位移，从而使得天然纤维纱线具有了一定的刚度和强度。天然纤维布和天然纤维网复合成型工艺进一步加强了天然纤维复合材料各方向的力学性能。通过增强肋来加强的天然纤维复合材料，可充分利用正交结构的结构优势，发挥天然纤维的强度和刚度，以及可通过加捻的方式增强增韧的特性。

选用同材质的天然纤维布和天然纤维网，使得成型后的天然纤维面板与增强肋刚度相匹配，在外界载荷作用下，不易出现明显的应力梯度，保证材料的层间性能，同时不易出现脱粘分层等现象。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点：(1)采用天然纤维布和具有一定捻度的同材质天然纤维纱制成的天然纤维网，通过材料复合成型工艺，在天然纤维复合材料表面形成增强肋，从而显著提高了材料的力学特性；(2)得到的复合材料力学性能稳定，模量和强度高，抵抗外部冲击载荷能力强，成本低廉，成型工艺简单易行，便于推广。

附图说明

图1是天然纤维层合板表面铺设增强肋的横截面示意图；

图2是表面铺设增强肋的复合材料的俯视图；

图3是网孔为菱形的纤维网示意图；

图4是网孔为矩形的纤维网示意图；

图5是网孔为蜂窝形的纤维网示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

本发明的增强型天然纤维复合材料包括天然纤维层合板1和其表面铺设的增强肋2；天然纤维层合板1是由多层天然纤维布或天然纤维布预浸料逐层铺设并与树脂胶层压固化而成；增强肋2是由加捻的天然纤维纱线织成的天然纤维网与树脂胶固化而成；天然纤维布的材质与天然纤维网相同。图1示出了天然纤维层合板的表面铺设增强肋的横截面示意图，图2是表面铺设增强肋的复合材料的俯视图。

天然纤维可以为亚麻纤维、苎麻纤维、棉花、木棉纤维或者是现有技术中的其他天然纤维，也可以是多种纤维组成的混合纤维。

天然纤维网采用无网结工艺编织而成，天然纤维网的网格形状可以是菱形、矩形或者蜂窝形，分别如图3-5所示，也可以采用现有技术中的其他网格形状。

天然纤维以亚麻纤维为例，树脂胶以环氧树脂为例，增强型天然纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将亚麻纤维布按照需要剪裁好，调配好环氧树脂液，将亚麻纤维布按照[(0/90)(±45)(0/90)(±45)(0/90)]顺序逐层铺设在模具上，加入环氧树脂胶液，使纤维布浸润胶液，并将胶刮好；

(2)先将加捻的亚麻纤维纱线纵横交错编织成的亚麻纤维网，如图3所示，纤维网的网格形状为菱形，后将亚麻纤维网铺贴在步骤(1)得到的浸有环氧树脂胶的亚麻纤维布的上表面，理顺后刮好环氧树脂胶，使得亚麻纤维网与亚麻纤维布完全浸润胶液，并刮平；

(3)将步骤(2)得到的材料盖上模具，抽真空后密封，放置于烘箱中加热固化，烘箱的温度设定为55℃，固化时间设为11小时，得到增强型天然纤维复合材料。

本实施例得到的增强型亚麻纤维复合材料相对于对比例1得到的材料，抗弯刚度提高300％，减振性能提高250％，并且抗冲击性能明显优于对比例1。

实施例2：

复合材料的结构与实施例1相同，其制备方法如下：天然纤维以苎麻纤维为例，树脂胶以酚醛树脂为例，增强型天然纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将苎麻纤维预浸料按照需要剪裁好，调配好酚醛树脂液，将苎麻纤维预浸料按照[(0/90)(±45)(0/90)(±45)(0/90)]顺序逐层铺设在模具上，加入酚醛树脂胶液，使预浸料浸润胶液，并刮好酚醛树脂胶；

(2)先将加捻的苎麻纤维纱线采用无网结工艺纵横交错编织成的苎麻纤维网，如图4所示，纤维网的网格形状为矩形，后将苎麻纤维网铺贴在步骤(1)得到的苎麻纤维预浸料的上表面，理顺后刮好酚醛树脂胶，使得苎麻纤维网与苎麻纤维预浸料完全浸润胶液，并刮平；

(3)将步骤(2)得到的材料盖上模具，抽真空后密封，放置于烘箱中加热固化，烘箱的温度设定为60℃，固化温度为11小时，得到增强型天然纤维复合材料。

本实施例得到的增强型苎麻纤维复合材料相对于对比例2得到的材料，抗弯刚度提高300％，减振性能提高250％，并且抗冲击性能明显优于对比例2。

对比例1：

复合材料的结构为仅有天然纤维层合板1，是由多层天然纤维布或天然纤维布预浸料逐层铺设并与树脂胶层压固化而成。

其制备方法如下：以亚麻纤维为例，树脂胶以环氧树脂为例；

(1)将亚麻纤维布按照需要剪裁好，调配好环氧树脂液，将亚麻纤维布按照[(0/90)(±45)(0/90)(±45)(0/90)]顺序逐层铺设在模具上，加入环氧树脂胶液，使纤维布浸润胶液，并将胶刮好；

(2)将步骤(1)得到的材料盖上模具，抽真空后密封，放置于烘箱中加热固化，烘箱的温度设定为55℃，固化时间设为11小时。

对比例2：

复合材料的结构为仅有天然纤维层合板1，是由多层天然纤维布或天然纤维布预浸料逐层铺设并与树脂胶层压固化而成。

其制备方法如下：天然纤维以苎麻纤维为例，树脂胶以酚醛树脂为例；

(1)将苎麻纤维预浸料按照需要剪裁好，调配好酚醛树脂液，将苎麻纤维预浸料按照[(0/90)(±45)(0/90)(±45)(0/90)]顺序逐层铺设在模具上，加入酚醛树脂胶液，使预浸料浸润胶液，并刮好酚醛树脂胶；

(2)将步骤(1)得到的材料盖上模具，抽真空后密封，放置于烘箱中加热固化，烘箱的温度设定为60℃，固化温度为11小时。

Claims (3)

1.一种增强型天然纤维复合材料，其特征在于：所述复合材料包括天然纤维层合板(1)和其表面铺设的增强肋(2)，所述天然纤维层合板(1)是由多层天然纤维布或天然纤维布预浸料逐层铺设并与树脂胶层压固化而成；所述增强肋(2)是由加捻的天然纤维纱线织成的天然纤维网与树脂胶固化而成；所述天然纤维布的材质与天然纤维网相同；

所述天然纤维为亚麻纤维或苎麻纤维，天然纤维网采用无网结工艺织造而成；

该增强型天然纤维复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将纤维布或预浸料逐层铺设在模具上，加入树脂胶；

(2)将纤维网铺贴在步骤(1)得到的材料表面，加入树脂胶，使其完全浸润胶液；

(3)将步骤(2)得到的材料盖上模具，抽真空、密封、后加热固化；

步骤(1)中的纤维布或预浸料按照[(0/90)(±45)(0/90)(±45)(0/90)]顺序逐层铺设在模具上，步骤(3)中加热温度为50～60℃，固化时间为10～12小时。

2.根据权利要求1所述的增强型天然纤维复合材料，其特征在于：天然纤维网的网格形状为菱形、矩形或者蜂窝形。

3.根据权利要求1所述的增强型天然纤维复合材料，其特征在于：所述天然纤维层合板和增强肋中的天然纤维均为亚麻纤维。

Images