CN110271255A - 纤维增强聚乳酸基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维增强聚乳酸基复合材料，其包括聚乳酸膜，以及层叠热压成型于所述聚乳酸膜上的黄麻非织造布。上述纤维增强聚乳酸基复合材料，一方面，采用黄麻纤维增强，黄麻是目前最廉价的天然纤维之一，并且种植量大，来源广泛；重要的是，黄麻具有良好的可生物降解性。另一方面，采用黄麻纤维增强聚乳酸，可降低聚乳酸基体材料密度和复合材料成本，且具有良好的浸润性，均匀性，提高了复合材料的强度。另外，两者层叠热压成型，避免了传统醛类树脂胶粘剂的使用，从根本上解决了醛类对人类身体健康的伤害问题，且复合材料可完全生物降解，不会对环境造成任何影响。本发明还提供了纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法。

Description

纤维增强聚乳酸基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚乳酸复合材料技术领域，涉及一种纤维增强聚乳酸基复合材料及其制备方法。
背景技术
随着经济社会的不断发展，人们的生产和生活对环境产生了严重的污染，因此必须寻找具有生物可降解材料，以缓解环境污染的压力。
近年来，聚乳酸(PLA)以其优异的生物可降解性，在可降解材料领域备受关注。聚乳酸是一种由乳酸单体聚合而成的热塑性树脂，具有优良的生物降解性、生物吸收性和生物相容性且原材料完全可再生。
但是，聚乳酸由于其成本、力学性能的限制，限制了其在生产生活中的应用。
因此，亟需一种新的可降解材料来拓展聚乳酸材料的应用范围。
发明内容
基于此，有必要提供一种纤维增强聚乳酸基复合材料。
一种纤维增强聚乳酸基复合材料，包括聚乳酸膜，以及层叠热压成型于所述聚乳酸膜上的黄麻非织造布。
上述纤维增强聚乳酸基复合材料，一方面，采用黄麻纤维增强，黄麻是目前最廉价的天然纤维之一，并且种植量大，来源广泛；重要的是，黄麻具有良好的可生物降解性。另一方面，采用黄麻纤维增强聚乳酸，可降低聚乳酸基体材料密度和复合材料成本，且具有良好的浸润性，均匀性，提高了复合材料的强度。另外，两者层叠热压成型，避免了传统醛类树脂胶粘剂的使用，从根本上解决了醛类对人类身体健康的伤害问题，且复合材料可完全生物降解，不会对环境造成任何影响，适应社会可持续发展需求。
可选地，所述聚乳酸膜的厚度为0.2mm-0.4mm。
可选地，所述黄麻非织造布为黄麻针刺布。
可选地，所述黄麻针刺布的厚度为0.4mm-0.6mm。
可选地，在所述纤维增强聚乳酸基复合材料中，所述黄麻非织造布的重量占15wt％～30wt％。
本发明还提供了一种纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法。
一种纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
提供黄麻非织造布；
提供聚乳酸膜；
将所述黄麻非织造布与所述聚乳酸膜层叠，然后热压成型。
上述纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，避免了传统醛类树脂胶粘剂的使用，从根本上解决了醛类对人类身体健康的伤害问题，且复合材料可完全生物降解，不会对环境造成任何影响，适应社会可持续发展需求。
可选地，所述热压成型包括：先进行预热压，然后进行二次热压；
所述预热压的温度为170℃-190℃，所述预热压的压力为444psi-666psi，所述预热压的时间为15min-20min；
所述二次热压的温度为170℃-190℃，所述二次热压的压力为666psi-1555psi，所述二次热压的时间为6h-8h。
可选地，所述黄麻非织造布通过如下方法获得：
将分散均匀的黄麻散纤维依次进行开松、混棉、精开松、梳理、交叉铺网、预针刺，以获得黄麻非织造布。
可选地，所述聚乳酸膜通过如下方法获得：
将聚乳酸颗粒在40℃-80℃下干燥，然后将干燥后的聚乳酸颗粒进行热压成膜；其中，热压的温度为170℃-190℃，热压的压力为222psi-444psi，热压的时间为1min-5min。
可选地，在层叠之前，用5wt％-10wt％的碱液对所述黄麻非织造布进行脱胶处理。
附图说明
图1为本发明一实施例的纤维增强聚乳酸基复合材料的热压成型的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种纤维增强聚乳酸基复合材料，包括聚乳酸膜，以及层叠热压成型于所述聚乳酸膜上的黄麻非织造布。
其中，聚乳酸膜作为纤维增强聚乳酸基复合材料的基底，是纤维增强聚乳酸基复合材料的主要材料。相对于与其他生物可降解塑料相比，聚乳酸具有良好的光泽性和透明度，是少有的具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。聚乳酸除了具有优良的生物降解性之外，还具有良好的生物吸收性和生物相容性且原材料完全可再生。采用聚乳酸膜作为基底，从而使纤维增强聚乳酸基复合材料的基底具有良好的生物可降解性。
可选地，聚乳酸膜的厚度为0.2mm-0.4mm。当然，可以理解的是，本发明并不局限于此。
其中，黄麻非织造布的主要作用是，用于增强聚乳酸基底。黄麻非织造布中含有大量的黄麻纤维，黄麻纤维是目前最廉价的天然纤维之一，其具有较高的比强度和模量，且密度较低；并且黄麻种植量大，生长周期短，来源广泛；重要的是，黄麻纤维具有良好的可生物降解性，从而使整个纤维增强聚乳酸基复合材料整体均可以生物降解。另外，黄麻非织造布，由于没有经线纬线之分，成布的纤维杂乱无序，经向纬向性能差别不大，表现出各向同性，可以进一步提高纤维增强聚乳酸基复合材料的性能。
可选地，黄麻非织造布为黄麻针刺布。黄麻针刺布是采用针刺法生产的黄麻非织造布。
更进一步地，黄麻针刺布的厚度为0.4mm-0.6mm。当然，可以理解的是，本发明并不局限于此。
可选地，在所述纤维增强聚乳酸基复合材料中，所述黄麻非织造布的重量占15wt％～30wt％。这样可以进一步提高纤维增强聚乳酸基复合材料的性能。
在一优选实施方式中，黄麻非织造布位于中间，在黄麻非织造布的两面各有一层聚乳酸膜；也即两层聚乳酸膜中间夹有一层黄麻非织造布。当然，可以理解的是，本发明并不局限于此，可以根据实际情况的不同，选择其它黄麻非织造布与聚乳酸膜的层合结构。
在一优选实施方式中，纤维增强聚乳酸基复合材料为层合板，层合板的厚度为2mm～4mm。当然，可以理解的是，厚度并不局限于此。
上述纤维增强聚乳酸基复合材料，一方面，采用黄麻纤维增强，黄麻是目前最廉价的天然纤维之一，并且种植量大，来源广泛；重要的是，黄麻具有良好的可生物降解性。另一方面，采用黄麻纤维增强聚乳酸，可降低聚乳酸基体材料密度和复合材料成本，且具有良好的浸润性，均匀性，提高了复合材料的强度。另外，两者层叠热压成型，避免了传统醛类树脂胶粘剂的使用，从根本上解决了醛类对人类身体健康的伤害问题，且复合材料可完全生物降解，不会对环境造成任何影响，适应社会可持续发展需求。
本发明还提供了一种纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法。
一种纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
提供黄麻非织造布；
提供聚乳酸膜；
将所述黄麻非织造布与所述聚乳酸膜层叠，然后热压成型。
其中，黄麻非织造布可以通过如下方法获得：
将分散均匀的黄麻散纤维依次进行开松、混棉、精开松、梳理、交叉铺网、预针刺，以获得黄麻非织造布。
为进一步提高纤维增强聚乳酸基复合材料的性能，可选地，在层叠之前，用5wt％-10wt％的碱液对所述黄麻非织造布进行脱胶处理。用碱液浸泡，可以去除黄麻表面的胶质或杂质，随后用去离子水洗净干净并烘干备用。
在本发明中，碱液可以是氢氧化钠溶液。当然，可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际情况的不同，亦可以选择其它碱液。
在本发明中，黄麻非织造布的烘干温度优选为40℃-80℃。这样可以有效控制其含水率在5％～12％。
其中，聚乳酸膜可以通过如下方法获得：
将聚乳酸颗粒在40℃-80℃下干燥，然后将干燥后的聚乳酸颗粒进行热压成膜；其中，热压的温度为170℃-190℃，热压的压力为222psi-444psi，热压的时间为1min-5min。
聚乳酸颗粒干燥的目的是，控制其含水率在5％～12％。
在一优选实施方式中，将干燥后的聚乳酸颗粒在170℃-190℃下，先进行初次热压加工，初次热压的压力为222psi-333psi，时间为2min-3min；然后进行再次热压加工，再次热压的压力为333psi-444psi，时间为1min-2min。
优选地，可以将聚乳酸颗粒与碱液处理之后的黄麻非织造布一起在烘箱中干燥。这样可以进一步减少制造过程中的能耗。
参见图1，其中，将黄麻非织造布4与聚乳酸膜3层叠，也就是说，将黄麻非织造布4与聚乳酸膜3交叠分层铺装，其目的是预摆放出层合结构；层叠之后的热压成型，将黄麻非织造布4与聚乳酸膜3结合在一起，得到纤维增强聚乳酸基复合材料5。
在一个具体实施例中，热压在热压机中进行，热压机的上下模具均为钢板1，在热压时，在钢板1与待热压的部件之间铺设有聚四氟乙烯膜2。
可选地，所述热压成型包括：先进行预热压，然后进行二次热压；所述预热压的温度为170℃-190℃，所述预热压的压力为444psi-666psi，所述预热压的时间为15min-20min；所述二次热压的温度为170℃-190℃，所述二次热压的压力为666psi-1555psi，所述二次热压的时间为6h-8h。经过预热压以及二次热压可以使黄麻非织造布与聚乳酸膜之间结合更加牢靠，黄麻纤维与聚乳酸基体之间不易出现空隙，可以有效增强复合材料的性能。
上述纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，避免了传统醛类树脂胶粘剂的使用，从根本上解决了醛类对人类身体健康的伤害问题，且复合材料可完全生物降解，不会对环境造成任何影响，适应社会可持续发展需求。
以下结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
黄麻非织造布的制备：
将分散均匀的黄麻散纤维依次进行开松、混棉、精开松、梳理、交叉铺网、预针刺，以获得0.4mm厚的黄麻非织造布。
用5wt％的氢氧化钠溶液处理黄麻非织造布，随后用去离子水洗净干净并在80℃下烘干6h备用。
聚乳酸膜的制备：
将聚乳酸颗粒均置于80℃烘箱中干燥6h，将烘干完的聚乳酸颗粒在温度170℃，压力222psi下热压2min，再将压强增至444psi，热压1min，得到厚0.2mm的聚乳酸膜。
将聚乳酸膜与黄麻非织造布采用交叉铺压式铺装后在170℃，666psi下预压15min，再将压强增至1555psi热压8h，最后经冷却固化后，得到厚度为2mm的层合板。最后裁边入库。
实施例2
黄麻非织造布的制备：
将分散均匀的黄麻散纤维依次进行开松、混棉、精开松、梳理、交叉铺网、预针刺，以获得0.6mm厚的黄麻非织造布。
用10wt％的氢氧化钠溶液处理黄麻非织造布，随后用去离子水洗净干净并在60℃下烘干4h备用。
聚乳酸膜的制备：
将聚乳酸颗粒均置于60℃烘箱中干燥4h，将烘干完的聚乳酸颗粒在温度180℃，压力300psi下热压3min，再将压强增至400psi，热压2min，得到厚0.3mm的聚乳酸膜。
将聚乳酸膜与黄麻非织造布采用交叉铺压式铺装后在180℃，444psi下预压20min，再将压强增至999psi热压6h，最后经冷却固化后，得到厚度为4mm的层合板，最后裁边入库。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种纤维增强聚乳酸基复合材料，其特征在于，包括聚乳酸膜，以及层叠热压成型于所述聚乳酸膜上的黄麻非织造布。
2.根据权利要求1所述的纤维增强聚乳酸基复合材料，其特征在于，所述聚乳酸膜的厚度为0.2mm-0.4mm。
3.根据权利要求1所述的纤维增强聚乳酸基复合材料，其特征在于，所述黄麻非织造布为黄麻针刺布。
4.根据权利要求3所述的纤维增强聚乳酸基复合材料，其特征在于，所述黄麻针刺布的厚度为0.4mm-0.6mm。
5.根据权利要求1所述的纤维增强聚乳酸基复合材料，其特征在于，在所述纤维增强聚乳酸基复合材料中，所述黄麻非织造布的重量占15wt％～30wt％。
6.一种纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供黄麻非织造布；
提供聚乳酸膜；
将所述黄麻非织造布与所述聚乳酸膜层叠，然后热压成型。
7.根据权利要求6所述的纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，其特征在于，
所述热压成型包括：先进行预热压，然后进行二次热压；
所述预热压的温度为170℃-190℃，所述预热压的压力为444psi-666psi，所述预热压的时间为15min-20min；
所述二次热压的温度为170℃-190℃，所述二次热压的压力为666psi-1555psi，所述二次热压的时间为6h-8h。
8.根据权利要求6所述的纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，其特征在于，所述黄麻非织造布通过如下方法获得：
将分散均匀的黄麻散纤维依次进行开松、混棉、精开松、梳理、交叉铺网、预针刺，以获得黄麻非织造布。
9.根据权利要求6所述的纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸膜通过如下方法获得：
将聚乳酸颗粒在40℃-80℃下干燥，然后将干燥后的聚乳酸颗粒进行热压成膜；其中，热压的温度为170℃-190℃，热压的压力为222psi-444psi，热压的时间为1min-5min。
10.根据权利要求6所述的纤维增强聚乳酸基复合材料的制备方法，其特征在于，在层叠之前，用5wt％-10wt％的碱液对所述黄麻非织造布进行脱胶处理。
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