CN109988359A - 一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，该复合材料采用聚丙烯、竹纤维为主要成分，选择半纤维素酶、冰醋酸、硅烷偶联剂等材料，对竹纤维进行处理。该复合材料具体制备步骤包括：1)竹纤维的酶处理；2)竹纤维硅烷偶联剂接枝处理；3)竹纤维/聚丙烯复合材料制备。本发明首先对竹纤维进行酶处理，然后对竹纤维进行表面接枝处理，接枝采用的硅烷偶联剂起“桥梁”作用，提高了竹纤维与聚丙烯之间的连接性。采用半纤维素酶处理竹纤维，旨在去除竹纤维表面的半纤维素，同时配合清洗等步骤进一步改善纤维界面。同时，采用该方法制备的复合材料对比传统用强碱等化学试剂处理的竹纤维复合材料更加环保。

Description

一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别涉及一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
汽车内饰作为车身系统的重要组成部件，有着广阔的市场前景。所谓的汽车内饰主要是指汽车内部所用到的汽车产品，涉及到汽车内部的方方面面，比如汽车车门内饰板、汽车坐垫，汽车脚垫等等都是汽车内饰产品。这部分零部件不光只有装饰作用，他们所涉及到的功能性、安全性、以及工程属性是非常丰富的。近年来，对于汽车内饰复合材料的研究是汽车内饰材料领域的研究重点。一般来说，汽车内饰材料以聚丙烯和/或聚酯以及天然纤维的复合为主，该复合材料在强度、韧性等性能方面都有很大的提升空间。
天然纤维主要包括有麻纤维、竹纤维、棉花、蚕丝、动物毛等，其中植物纤维在生产、生活中应用可谓涉及的方方面面。南方地区盛产毛竹，利用这一丰富资源，通过一些简单的处理，将竹纤维制备成复合材料并应用于汽车内饰领域，这将是一个很值得研究的方向。同时，这种因地制宜的做法，也能进一步的提高资源的利用率。
发明内容
为解决上述问题本发明提供了一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)竹纤维的酶处理：取去离子水用冰醋酸将溶液的PH调至4.5～5.5，倒入0.1-2重量份的半纤维素酶，混匀；称取80-150重量份竹纤维倒入上述溶液，在30-60℃下反应0.5-3 h，取出干燥；
2)竹纤维硅烷偶联剂接枝处理：将竹纤维裁短；再称取2-10份的γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷混入质量比为4:1的无水乙醇-去离子水溶液中，混合，放置2-4 h；再冰醋酸将溶液的PH调至4.5～5.5；将竹纤维浸泡于溶液中，室温下浸置24-48 h，不时进行搅拌；然后取出拧干，置于110-120℃恒温鼓风干燥箱中固化0.5-1.5 h；固化完成后烘干；
3)竹纤维/聚丙烯复合材料制备：将烘干后的改性竹纤维80-150份与聚丙烯200-350份，在190-200℃的条件下利用密炼机进行密炼，使其混合均匀；随后再在60-70℃真空烘箱中干燥2-4 h，即可获得竹纤维/聚丙烯复合材料。
进一步的改进，所述步骤1）中取出干燥，具体步骤为将竹纤维取出、拧干转移至60-70℃恒温鼓风干燥箱中干燥8-12 h。
进一步的改进，所述步骤2）中竹纤维裁短为2mm~5mm。
进一步的改进，所述步骤2）中固化完成后在60-70℃恒温鼓风干燥箱中干燥8-12h。
本发明有益效果为：
本发明先将竹纤维进行半纤维素酶预处理，然后利用γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂作为竹纤维和聚丙烯之间的“桥梁”，提高了竹纤维/聚丙烯复合材料界面粘合性能。通过优化制备工艺过程，得到高强度、高韧性的竹纤维/聚丙烯复合材料。依据ISO527-2-5A标准检测，本复合材料耐拉伸强度大于47Mpa（见图1、图2）。
附图说明
图1 竹纤维/聚丙烯复合材料拉伸强度数据。
图2 竹纤维/聚丙烯复合材料拉伸特性曲线。
具体实施方式
实施例1
(1)竹纤维的酶处理：用烧杯量取300mL去离子水，然后用冰醋酸将溶液的PH调至4.5～5.5，倒入0.1份的半纤维素酶，磁力搅拌30 min。称取80份竹纤维倒入上述溶液，并在30℃恒温烘箱中反应0.5 h，待反应结束将竹纤维取出、拧干转移至60℃恒温鼓风干燥箱中干燥8 h。
(2)竹纤维硅烷偶联剂接枝处理：将半纤维素酶处理后的竹纤维用剪刀剪成2mm~5mm的短纤维。另外再称取2份的γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷混入质量比为4:1的无水乙醇/去离子水溶液中，轻轻搅拌均匀，放置2h；然后用冰醋酸将硅烷偶联剂溶液的PH调至4.5～5.5；将裁剪好的竹纤维浸泡于配置好的硅烷偶联剂溶液中，室温下浸置24 h，不时进行搅拌；然后取出、拧干，置于110℃恒温鼓风干燥箱中固化0.5h；固化完成，将温度下调至60℃并干燥8h。
(3)竹纤维/聚丙烯复合材料制备：将烘干后的改性竹纤维80份与聚丙烯200份，在190℃的条件下利用密炼机进行密炼，使其混合均匀；随后再在60℃真空烘箱中干燥2h，即可获得竹纤维/聚丙烯复合材料。
实施例2
(1)竹纤维的酶处理：用烧杯量取350mL去离子水，然后用冰醋酸将溶液的PH调至4.5～5.5，倒入1份的半纤维素酶，磁力搅拌45 min。称取120份竹纤维倒入上述溶液，并在45℃恒温烘箱中反应1.5 h，待反应结束将竹纤维取出、拧干转移至65℃恒温鼓风干燥箱中干燥10h。
(2)竹纤维硅烷偶联剂接枝处理：将半纤维素酶处理后的竹纤维用剪刀剪成2mm~5mm的短纤维。另外再称取6份的γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷混入质量比为4:1的无水乙醇/去离子水溶液中，轻轻搅拌均匀，放置3 h；然后用冰醋酸将硅烷偶联剂溶液的PH调至4.5～5.5；将裁剪好的竹纤维浸泡于配置好的硅烷偶联剂溶液中，室温下浸置36 h，不时进行搅拌；然后取出、拧干，置于115℃恒温鼓风干燥箱中固化1 h；固化完成，将温度下调至65℃并干燥10h。
(3)竹纤维/聚丙烯复合材料制备：将烘干后的改性竹纤维120份与聚丙烯280份，在195℃的条件下利用密炼机进行密炼，使其混合均匀；随后再在65℃真空烘箱中干燥3h，即可获得竹纤维/聚丙烯复合材料。
实施例3
(1)竹纤维的酶处理：用烧杯量取400mL去离子水，然后用冰醋酸将溶液的PH调至4.5～5.5，倒入1份的半纤维素酶，磁力搅拌60 min。称取150份竹纤维倒入上述溶液，并在60℃恒温烘箱中反应3 h，待反应结束将竹纤维取出、拧干转移至70℃恒温鼓风干燥箱中干燥12h。
(2)竹纤维硅烷偶联剂接枝处理：将半纤维素酶处理后的竹纤维用剪刀剪成2mm~5mm的短纤维。另外再称取10份的γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷混入质量比为4:1的无水乙醇/去离子水溶液中，轻轻搅拌均匀，放置4 h；然后用冰醋酸将硅烷偶联剂溶液的PH调至4.5～5.5；将裁剪好的竹纤维浸泡于配置好的硅烷偶联剂溶液中，室温下浸置48 h，不时进行搅拌；然后取出、拧干，置于120℃恒温鼓风干燥箱中固化1.5h；固化完成，将温度下调至70℃并干燥12h。
(3)竹纤维/聚丙烯复合材料制备：将烘干后的改性竹纤维150份与聚丙烯350份，在200℃的条件下利用密炼机进行密炼，使其混合均匀；随后再在70℃真空烘箱中干燥4 h，即可获得竹纤维/聚丙烯复合材料。

Claims (4)

1.一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)竹纤维的酶处理：取去离子水用冰醋酸将溶液的PH调至4.5～5.5，倒入0.1-2重量份的半纤维素酶，混匀；称取80-150重量份竹纤维倒入上述溶液，在30-60℃下反应0.5-3 h，取出干燥；
2)竹纤维硅烷偶联剂接枝处理：将竹纤维裁短；再称取2-10份的γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷混入质量比为4:1的无水乙醇-去离子水溶液中，混合，放置2-4 h；再冰醋酸将溶液的PH调至4.5～5.5；将竹纤维浸泡于溶液中，室温下浸置24-48 h，不时进行搅拌；然后取出拧干，置于110-120℃恒温鼓风干燥箱中固化0.5-1.5 h；固化完成后烘干；
3)竹纤维/聚丙烯复合材料制备：将烘干后的改性竹纤维80-150份与聚丙烯200-350份，在190-200℃的条件下利用密炼机进行密炼，使其混合均匀；随后再在60-70℃真空烘箱中干燥2-4 h，即可获得竹纤维/聚丙烯复合材料。
2.如权利要求1所述的一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中取出干燥，具体步骤为将竹纤维取出、拧干转移至60-70℃恒温鼓风干燥箱中干燥8-12 h。
3.如权利要求1所述的一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中竹纤维裁短为2mm~5mm。
4.如权利要求1所述的一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中固化完成后在60-70℃恒温鼓风干燥箱中干燥8-12 h。
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