CN110396247A - 复合材料及其制备方法和使用以及车辆部件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开复合材料及其制备方法和使用以及车辆部件及其制备方法。本申请涉及一种用于制备复合材料的方法，包括以下步骤：(i)在缺氧氛围中并且在存在水蒸气的情况下，在130℃至320℃的温度下对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小时；(ii)将经过热处理的天然木质纤维素纤维与处于熔融状态并且熔点小于或等于230℃的至少一种热塑性聚合物混合。还涉及得到的复合材料，其在制备车辆零部件方面的使用，以及一种用于减少来自包括天然木质纤维素的复合材料的挥发性有机化合物气味排放的方法。

Description

复合材料及其制备方法和使用以及车辆部件及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种用于制备基于天然木质纤维素纤维的复合材料的方法， 如此得到的复合材料，以及其使用，尤其是在汽车领域中制造零部件方面的 使用。
【背景技术】
可用于制备汽车用内部零部件的基于木质纤维素天然纤维的各种复合 材料都可从市场购得或在文献中进行了描述。
将基于天然木质纤维素纤维的复合材料用在汽车内部存在的主要障碍 在于，这些复合材料通常会发出气味和挥发性有机化合物(VOC)，并且太 过粘稠导致无法进行注射来制造大型零部件(诸如门板零部件和仪表板)。 VOC包括甲醇、乙酸和糠醛。这些排放物尤其是对于配备有从这样的复合材 料制备的零部件的车辆的驾驶员或乘坐者而言可能造成困扰。
申请US 2013/137798描述了一种用于制备基于热塑性聚合物和木质纤 维素天然纤维的复合材料的方法，其中，该方法包括在缺氧氛围下在高于 160℃的温度下对纤维进行热处理。该热处理降低了纤维对细菌和水分的敏感 度。然而，该方法没有在存在水蒸气的情况下进行。得到的复合材料发出气 味和VOC，这些气味和VOC太明显导致无法满足汽车领域中零部件的制造 规范。
寻求气味和VOC排放降低的基于天然木质纤维素纤维的复合材料。最 普遍的方法是将气味吸收剂或香料引入这些复合材料中，但是这些气味吸收 剂或香料只能掩盖令人不愉快的气味。
因此，寻求用于减少基于天然木质纤维素纤维的复合材料的气味排放和VOC的替代方法，以便制备符合汽车规范的零部件。
该规范不仅包括热机械特性，还包括使得能够以合理的成本制备大型零 部件的可注射性特性。
然而，基于天然木质纤维素纤维的复合材料面临的挑战之一还在于通过 注射成型对这些复合材料赋形的能力，尤其是形成大型零部件的能力。材料 的可注射性必须足以使得可以通过使注射熔融材料所用模具中的注射点的数 目最小来制备大型零部件。事实上，使注射点的数目倍增对所形成的零部件 的成本价格具有直接的影响。
因此需要开发一种能提供减少气味和VOC排放物并且在熔融状态足可 注射的基于天然木质纤维素纤维的复合材料。
【发明内容】
为此，根据第一目的，本发明涉及一种用于制备复合材料的方法，包括 以下步骤：
(i)在缺氧氛围中，在存在水蒸气的情况下，在130℃至320℃优选地 在130℃至300℃的温度下对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小时；
(ii)将经过热处理的天然木质纤维素纤维与熔点小于或等于230℃的至 少一种热塑性聚合物熔体混合。
本发明基于以下发现：步骤(i)的热处理使得可以避免上面提到的缺点 并且可以得到如下复合材料：
相较于包括相同比例的相同组分但其天然木质纤维素纤维未经过步骤 (i)的热处理的复合材料，发出更少的气味和VOC，和/或
相较于包括相同比例的相同组分但其天然木质纤维素纤维未经过步骤 (i)的热处理的复合材料，在熔融状态下更易于注射。
另外，从根据本发明的方法得到的复合材料制备而成的零部件通常具有 热机械特性，尤其是具有刚性、耐冲击性和热阻特性，这些热机械特性符合 汽车规范。
由于不希望受限于特定理论，本发明人假设热处理会使得可以：
至少部分地消除在天然木质纤维素纤维中存在的水、有气味的产物 和VOC(甲醇、乙酸、糠醛等)；
使木质纤维素天然纤维不易吸湿；
部分地降解天然木质纤维素纤维的半纤维素和木质素，半纤维素和木质 素将纤维束保持在一起，并且将这些束内的基本纤维保持在一起，从而使得 可以有利于纤维束和/或基本纤维的单根化，这能将这些纤维束和/或基本纤 维更好地分散在熔融状态的聚合物中。
由于这样将纤维更好地分散在熔融状态的(多种)聚合物中，所以步骤 (ii)中形成的混合物：
会没那么粘稠并且更容易注射；以及
会产生机械特性得到改进的复合材料。
另外，本发明人假定：
缺氧氛围会阻碍纤维的燃烧；以及
水蒸气的存在会参与VOC的蒸发。
因此，水蒸气和热量的共同作用会提供一种具有低气味和VOC排放的 复合材料，并且缺氧氛围会防止通过燃烧引起的纤维降解。
木质纤维素天然纤维主要由纤维素、木质素、半纤维素、果胶组成。各 个纤维是多层复合物的形式，在这种多层复合物中，木质素充当覆盖非常刚 性的结构元素即纤维素的基质。单位纤维，也称为基本纤维或单根纤维，以 纤维束的形式彼此关联。
术语“天然木质纤维素纤维”旨在表示来源于植物源材料的木质纤维素 纤维材料。木质纤维素天然纤维优选地选自由木质纤维素植物纤维组成的组。 天然木质纤维素纤维：
提取自植物的种子或果实，诸如棉、木棉(kapok)、乳草属植物或 椰子；
提取自植物的茎，诸如亚麻、工业大麻、黄麻(jute)、苎麻(ramie) 或洋麻(kenaf)；
提取自植物叶子，诸如剑麻(sisal)、马尼拉麻(Manila hemp)或 麻蕉(abaca)、赫纳昆纤维(henequen)、酒椰叶纤维(raffia)或龙舌 兰(agave)；
提取自植物的树干，诸如木材(“软木材”和“硬木材”)或香蕉；
提取自草本植物，诸如柳枝稷(switchgrass)、芒属植物(miscanthus)、 竹、高粱、细茎针草(esparto)或萨北蓖麻(sabei communis)；或者
提取自农业废料的茎，诸如水稻或小麦。
通常，木粉或木屑不被认为属于木质纤维素天然纤维。
该方法可包括：在步骤(i)之前的制备天然木质纤维素纤维的步骤，该 步骤包括子步骤：
α)将茎浸水，然后
β)对腐烂的茎进行纤维分离，然后筛分以将木质纤维素天然纤维与粗 亚麻分开。
浸水是指使茎“腐坏”，这会引起果胶泥的降解，果胶泥使纤维粘在果 胶泥之间并且使纤维与其它组织粘结。因此，浸水有利于将纤维与茎的其余 部分分开。在欧洲，在场地浸水是一种常用的方法。通常，将茎散开在湿(以 及可能洒有水的)地面上。浸水通常持续20到90天，其中，该持续时间取 决于气象条件和需要的浸水水平。“最小浸水”是浸水20到25天，例如浸 水20天，而“最大浸水”浸水80到90天，例如90天。
纤维分离步骤是对纤维进行机械分开。可以在纤维分离与筛分之间打 磨，尤其是用于将天然木质纤维素纤维的长度减小到需要的长度。
依据复合材料的既定用途，步骤(i)中使用的天然木质纤维素纤维的长 度可在大范围内变化。优选地使用以下纤维：
平均长度在0.1mm至10mm之间，尤其是从0.1mm至3mm，优 选地从0.1mm至2mm；和/或
平均直径在40μm至200μm之间，优选地在50μm至150μm之 间，其中，这种直径对应于来自茎的木质纤维素天然纤维的直径，这种 木质纤维素天然纤维是纤维束的形式。
也可以使用不同的方法来测量天然木质纤维素纤维的平均长度和平均 直径，例如，针对某些纤维，通过光学和电子显微镜来测量。然而，Hi-Res、 MorFI和Metso形态分析通常更为合适。为了具有粗略的质量分布，使用具 有精心限定的孔隙率的筛的振动库(banks)。
平均长度大于10mm的天然木质纤维素纤维通常会在步骤(ii)期间引 起粘稠的混合物，因此更难以注射。另外，通常更难以精确地计量平均长度 大于10mm的纤维，这使得难以向聚合物加入特定量的纤维。然而，为得到 从一个批次到另一个批次在特性上相同的复合材料，该数量必须是可量化的。
此外，从平均长度小于0.1mm的天然木质纤维素纤维制备的复合材料 的热机械特性，尤其是刚性，通常低于从长度大于0.1mm的天然木质纤维 素纤维制备的复合材料的热机械特性。
该方法包括步骤(i)：在缺氧氛围中并且在存在水蒸气的情况下，在 130℃至320℃的温度下对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小时，通 常是在130℃至300℃的温度下热处理2分钟至24小时，尤其是在180℃至 300℃的温度下热处理2分钟至8小时，优选地是在240℃至300℃的温度下 热处理2分钟至30分钟。
步骤(i)中130℃至320℃的温度，特别是130℃至300℃的温度，优选 地是180℃至300℃的温度，优选地是240℃至300℃的温度，和/或1巴(bar) 至50巴的压力，特别是2巴至50巴的压力，优选地是2巴至10巴的压力， 优选地是2巴至5巴的压力，尤其适合取得上面描述的有利效果。天然木质 纤维素纤维的半纤维素通常在180℃开始降解，这引起VOC和气味的排放。 热处理主要降解步骤(i)中使用的木质纤维素天然纤维的半纤维素，通常降 解至少5％，典型地降解至少10％，特别地降解至少15％，优选地降解至少 20％。例如，在步骤(i)之前包括以重量计8.9±0.5％的半纤维素的天然木 质纤维素纤维在步骤(i)之后具有半纤维素的比例以重量计为6.8±0.1％。
热处理在存在水蒸气的情况下进行。水可以完全是蒸汽的形式，或者可 以部分是液体且部分是水汽的形式。
可以液体的形式将水引入并且然后在加热腔中对水进行加热，或者可在 100℃至150℃的温度下，优选地在1巴至50巴的压力下，通常是2巴至50 巴的压力，以蒸汽的形式将水引入加热腔中，然后，可选地，如果在比引入 蒸汽的温度高的温度下执行步骤(i)，则在腔中对水进行加热。优选地，在 步骤(i)期间，连续地将100℃至150℃的温度下的水蒸气引入加热腔中并 且连续地从腔提取在步骤(i)期间形成的气相，从而消除气相，该气相包括或者由水蒸气和VOC组成。用于实施步骤(i)的加热腔优选地包括水蒸气 的入口，设置有用于排出气相的部件的出口，以及可能的惰性气体的入口。 控制进口流量和出口流量使得可以调节腔内的压力，该压力通常为1巴至50 巴，尤其是2巴至50巴，优选地是2巴至10巴，优选地是2巴至5巴。
“缺氧氛围”是指在热处理期间防止空气进入加热腔中，使得腔中的氧 气比例小于空气中的氧气比例，和/或在至少部分或完全惰性的氛围(例如具 有氮气或水蒸气)中进行步骤(i)。通常，进行步骤(i)的氛围具有小于 18％的氧气体积比，例如小于15％、优选地是小于10％，特别是小于3％， 通常是小于2％，优选地是小于0.5％，其中，无氧氛围尤其可取。更高的氧 气比例事实上可能会导致木质纤维素天然纤维着火，或者会导致纤维上存在燃烧点，使纤维陷入至少部分降解。
在步骤(i)中，形成气相，该气相包括水蒸气和VOC，甚或由水蒸气 和VOC组成。
步骤(i)的热处理可分批进行或者连续进行。当连续进行时，可通过任 何方式将纤维放入封罩中，例如通过移动床或流化床、通过螺杆反应器的螺 杆、通过振动、通过转筒。
该方法然后包括步骤(ii)：将经过热处理的天然木质纤维素纤维与处 于熔融状态并且熔化温度小于或等于230℃的至少一种热塑性聚合物混合。 热塑性聚合物(优选地，当是热塑性聚合物的混合物时，各种热塑性聚合物) 具有小于或等于230℃的熔化温度。
有利地，在步骤(i)结束时得到的天然木质纤维素纤维比未进行这种步 骤的天然木质纤维素纤维在更高的温度下降解。事实上，在步骤(i)结束时 得到的天然木质纤维素纤维的降解温度通常大于230℃，而未经过处理的天 然木质纤维素纤维的降解温度通常大约为200℃，这使得难以与熔点大于 180℃的热塑性聚合物混合。根据本发明的方法的步骤(i)因此使得可以与 熔点小于或等于230℃，尤其是140℃至230℃，例如180℃至230℃的热塑 性聚合物制成混合物，这使得可以制备基于与结合未经过处理的木质纤维素 天然纤维使用的聚合物不同的聚合物的复合材料。
优选地，通过挤出来进行步骤(ii)的混合。有利地，在挤出施加的剪 切力参与纤维束和/或基本纤维的单根化，因此能更好地将纤维分散在熔融状 态的聚合物中，这通常意味着在步骤(ii)中形成的混合物：
没那么粘稠并且更容易注射；以及
产生机械特性得到改进的复合材料。
热塑性聚合物(或者各种热塑性聚合物)具体地选择自：
聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯或乙烯和丙烯的共聚物；
苯乙烯聚合物，诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和聚苯乙烯(PS)；
卤代乙烯基聚合物，诸如聚氯乙烯(PVC)；
可生物降解的和/或生物基成分的聚合物，诸如纤维素聚合物(诸如 纤维素乙酸酯)、生物基聚乙烯、生物基聚丙烯、基于增塑淀粉的混合 物、可生物降解的和/或生物基的聚酯(诸如聚乳酸(PLA)、聚羟基烷 酸酯(PHA)和聚丁二酸丁二醇酯)；
聚酰胺，尤其是聚酰胺11、6、6-10和12；以及
热塑性弹性体(TPE)，诸如聚氧化乙烯(POE)、聚苯乙烯-b- 聚丁二烯-b-聚苯乙烯(SBS)、聚苯乙烯-b-聚(乙烯-丁烯)-b-聚苯乙 烯(SEBS)、热塑性聚氨酯聚合物(TPU)、聚醚-b-酰胺(PEBA)， 其中，聚烯烃是优选的，例如聚乙烯、聚丙烯或乙烯和丙烯的共聚物。
通常，热塑性聚合物(或者各种热塑性聚合物)在2.16kg的负荷下在 230℃下具有5至150克(g)/10分钟(min)的熔融指数，尤其是25至150 g/10min，优选地是45至125g/10min，尤其是当热塑性聚合物为聚烯烃时。
常常称为MFI(熔体流动指数)或MFR(熔体流动速率)的术语“流动 指数(FI)”指聚合物的热流动性，诸如，用给定温度下的聚合物熔体在2011 年的国际标准ISO 1133-1中指示的条件下，在2.16kg的负荷下通过在通常 为10分钟的给定时段内标准化的毛细管的流动速率来评估。
优选地，热塑性聚合物(或者其混合物)形成得到的复合材料的基质。 术语“基质”是指复合材料中分散有其它组分的连续相。通常，但并非始终 如此，基质由以大部分比例存在的组分形成。
在步骤(ii)中形成的混合物中(以及因此，在得到的复合材料中)的 热塑性聚合物的质量比通常为40％至80％，尤其是55％至75％。这些比例被 改变，使得步骤(ii)中形成的混合物可易于注射并且使热塑性聚合物(或 者其混合物)能形成得到的复合材料的基质。
步骤(ii)中形成的混合物包括步骤(i)中得到的天然木质纤维素纤维， 天然木质纤维素纤维在混合物中(以及因此，在得到的复合材料中)的质量 比通常为10％至58％，优选地是10％至57.9％，特别是10％至30％。针对更 高的比例，混合物通常非常粘稠且难以注射，这使得难以制备诸如板体插件 之类的大型零部件。对于以重量计小于30％的天然木质纤维素纤维，注射行 为最佳。
步骤(ii)中形成的混合物可包括其它聚合物和/或添加剂，特别是选自 高MFI聚合物、冲击改性剂、增容剂、抗氧化剂(单独使用或作为抗氧化剂 的混合物使用)、VOC清除剂及其混合物。
高MFI聚合物在2.16kg的负荷下在230℃下通常具有500g/10min至 2000g/10min的熔融指数，优选地是500g/10min至1500g/10min。高MFI 聚合物使得可以提高混合物的流动性，从而使得可以注射诸如板体插件之类 的大块。这种聚合物尤其可用于当热塑性聚合物是聚烯烃，特别是聚丙烯或 乙烯和丙烯的共聚物)。
高MFI聚合物通常选择为在结构上接近步骤(ii)中使用的热塑性聚合 物，即，高MFI聚合物的至少一些构成单元与热塑性聚合物的至少一些构成 单元相同。当热塑性聚合物是丙烯均聚物或乙烯和丙烯的共聚物时，优选的 高MFI聚合物是聚丙烯，优选地是聚丙烯均聚物，特别是通过茂金属催化得 到的聚丙烯均聚物。
在步骤(ii)中形成的混合物中(以及因此，在得到的复合材料中)的 高MFI聚合物的质量比通常为0％至20％，通常是0.1％至20％，特别是1％ 至15％，优选地是3％至12％。
术语“冲击改性剂”是指加入材料以便提高抗冲击特性的剂。这些改性 剂是与基质形成多相体系或与基质发生化学反应从而提高其弹力的聚合物或 分子。例如，当热塑性聚合物为聚烯烃时，可以使用乙烯辛烯共聚物作为冲 击改性剂。
加入冲击改性剂使得可以将复合材料的抗冲击性提高高达200％。
在步骤(ii)中形成的混合物中(以及因此，在得到的复合材料中)的 冲击改性剂的质量比通常为0％至20％，特别是1％至20％，优选地是3％至 15％。
术语“增容剂”指具有不同化学结构、对非均质材料的两个组分分别具 有特定亲和力的两端的化合物，从而使得可以改进这两个组分之间的兼容性。
增容剂确保在天然木质纤维素纤维与混合物的其它组分，尤其是热塑性 聚合物之间有良好的亲和力，从而使得可以得到均匀的混合物。
当热塑性聚合物是丙烯均聚物或乙烯和丙烯的共聚物时，增容剂优选地 选择自用马来酸和/或顺丁烯二酸酐接枝的聚烯烃。可以将聚丙烯的(共)聚 合物作为可使用的聚烯烃。
在步骤(ii)中形成的混合物中(以及因此，在得到的复合材料中)的 增容剂的质量比通常为0.5％至10％，尤其是0.5％至5％。
优选地，步骤(ii)中形成的混合物包括以下，甚或由以下组成：
(a)以重量计40％至80％，尤其是以重量计55％至75％的，在2.16kg 的负荷下在230℃下优选地具有5g/10min至150g/10min，尤其是25g/10min 至150g/10min，优选地是45g/10min至125g/10min的熔融指数的(多种) 热塑性聚合物；
(b)以重量计0％至20％，优选地是以重量计0.1％至20％，尤其是3％ 至12％的，在2.16kg的负荷下在230℃下具有500g/10min至2000g/10min， 优选地是500g/10min至1500g/10min的熔融指数的聚合物；
(c)以重量计0％至20％，优选地是以重量计1％至20％，特别是以重 量计3％至15％的冲击改性剂；
(d)以重量计0.5％至10％，特别是以重量计0.5％至5％的增容剂；以 及
(e)以重量计10％至58％，优选地是以重量计10％至57.9％，特别是 以重量计10％至30％的在步骤(i)中得到的天然木质纤维素纤维。
在步骤(ii)中形成的混合物的组分(a)、(b)、(c)和(d)通常 是聚合物。通常，除了组分(a)、(b)、(c)和(d)之外，混合物是不 含聚合物的。
将在步骤(ii)中形成的混合物冷却使得可以得到复合材料。
复合材料可以是颗粒的形式。该方法因此包括在步骤(ii)之后的例如 通过挤出复合进行的造粒步骤。
复合材料可以是成型材料的形式。该方法可包括在步骤(ii)之后的或 在造粒步骤之后的注射成型步骤，以便得到成型材料形式的复合材料。
通常，该方法包括以下步骤：
(i)在缺氧氛围中，在存在水蒸气的情况下，在130℃至320℃，通常 是在130℃至300℃的温度下，对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小 时，尤其是在180℃至300℃的温度下热处理2分钟至8小时，优选地是在 240℃至300℃的温度下热处理2分钟至30分钟；
(ii)将经过热处理的天然木质纤维素纤维与熔化温度为230℃或更低的 至少一种熔化的热塑性聚合物混合；
(iii)将步骤(ii)中得到的混合物造粒以得到颗粒形式的复合材料。
(iv)注射颗粒以得到成型材料形式的复合材料。
优选地，在螺杆挤出机中进行步骤(ii)到(iii)，诸如双螺杆、单螺杆、 行星式挤出机，以及优选地是限制剪切的单螺杆挤出机(Buss类型) 和具有适用于天然木质纤维素纤维的螺杆剖面的挤出机双螺杆。
根据第二目的，本发明涉及可通过该方法得到的复合材料。
复合材料通常是颗粒的形式，这些颗粒一般都能够被用于通过注射制造 零部件。
复合材料通常具有：
如根据VDA 270汽车规范测量的、小于或等于3.5尤其是小于或等 于3.0的气味排放率；和/或
如根据VDA 278汽车规范测量的、小于100μg/g尤其是小于或等 于75μg/g的VOC排放率。
根据第三目的，本发明涉及通过在缺氧氛围中在存在水蒸气的情况下在 130℃至320℃优选地是130℃至300℃的温度下热处理2分钟至24小时得到 的天然木质纤维素纤维的使用，以减少来自包括天然木质纤维素纤维和至少 一种热塑性聚合物(其可以处于固化状态)的复合材料的气味和挥发性有机 化合物的排放。挥发性有机化合物尤其选择自甲醇、乙酸、糠醛及其混合物。
本发明还涉及一种用于减少包括天然木质纤维素纤维和至少一种热塑 性聚合物的复合材料的气味排放和挥发性有机化合物的方法，包括以下步骤：
(i)在缺氧氛围中并且在存在水蒸气的情况下，在130℃至320℃、优 选地在130℃至300℃的温度下对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小 时；
(ii)将经过热处理的所述天然木质纤维素纤维与处于熔融状态并且熔 点小于或等于230℃的至少一种热塑性聚合物混合。
相较于包括相同比例的相同组分但其天然木质纤维素纤维未经过步骤(i)的热处理的复合材料，本复合材料具有减少的气味和VOC排放率。可 使用针对气味排放的VDA 270和针对VOC排放的VDA 278规范来量化这些 排放。
根据第四目的，本发明涉及通过在缺氧氛围中在存在水蒸气的情况下在 130℃至320℃优选地是130℃至300℃的温度下热处理2分钟至24小时得到 的天然木质纤维素纤维的使用，以提高包括木质纤维素天然纤维和至少一种 热塑性聚合物(其可以处于固化状态)的复合材料的刚性。
本发明还涉及一种用于改进包括木质纤维素天然纤维和至少一种热塑 性聚合物的复合材料的硬度的方法，包括以下步骤：
(i)在缺氧氛围中并且在存在水蒸气的情况下，在130℃至320℃优选 地在130℃至300℃的温度下对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小时；
(ii)将经过热处理的天然木质纤维素纤维与处于熔融状态下并且熔点 小于或等于230℃的至少一种热塑性聚合物混合。
相较于包括相同比例的相同组分但其天然木质纤维素纤维未经过步骤 (i)的热处理的复合材料，本复合材料的刚性更好。可通过根据2012年ISO 527标准在23℃下测量弹性模量来表现刚性上的改进。
根据第六目的，本发明涉及通过在缺氧氛围中在存在水蒸气的情况下在 130℃至320℃优选地是130℃至300℃的温度下热处理2分钟至24小时得到 的天然木质纤维素纤维的使用，以提高包括木质纤维素天然纤维和处于熔融 状态下的至少一种热塑性聚合物的复合材料的可注射性。
本发明还涉及一种用于改进包括木质纤维素天然纤维和处于熔融状态 下的至少一种热塑性聚合物的复合材料的可注射性的方法，包括以下步骤：
(i)在缺氧氛围中，在存在水蒸气的情况下，在130℃至320℃优选地 在130℃至300℃的温度下对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小时；
(ii)将经过热处理的天然木质纤维素纤维与处于熔融状态下并且熔点 小于或等于230℃的至少一种热塑性聚合物混合。
可通过螺旋流动测试来测量可注射性，螺旋流动测试是对具有截面厚度 和指定循环流动路径长度(样本大小：1150x5x3mm)的螺旋形模具(例 如，AIM Insert SpiralFlow“Axxicon”模具(3mm))中的树脂的粘度的测 量。模具的横截面是恒定的。在典型注射成型条件下评估复合材料。模具中 的流动长度是复合材料的粘度、注射压力、填充比率和注射温度的函数。为 了比较两种复合材料的可注射性，因此，应该在相同的注射压力、填充速率 和注射温度下进行比较测试。所使用的注射条件确定由被注射到模具中的复 合材料形成的螺旋的最终长度。因为模具中不存在终点，所以不存在保持相。 由于模具的横截面是恒定的，所以流速是恒定的。在不同的测试中通常使用 12、30、40和50cm3/s的流动值。将复合材料熔化注射到最大压力值，该最 大压力值由材料必须到达模具中的所有传感器这一事实来确定。
根据第七目的，本发明涉及上面描述的复合材料在制备车辆零部件优选 地是汽车零部件，尤其是在制备汽车的内部零部件诸如，例如仪表板、门板 等方面的使用。
本发明还涉及一种用于制备车辆零部件的方法，包括：将上面限定的复 合材料注射到模具中。当然，上面描述的实施例是可适用的。本发明还涉及 一种用于制备车辆零部件的方法，包括：上面所限定的步骤(i)和(ii)， 从而得到复合材料；以及将复合材料注射到模具中的步骤(iv')，从而得到 车辆零部件。当然，上面描述的实施例是可适用的。当该零部件制备方法包 括将在步骤(ii)中得到的混合物造粒以得到颗粒形式的复合材料的步骤(iii) 时，步骤(iv')与上面限定的步骤(iv)相同(成型材料形式的复合材料因 此对应于该零部件)。
本发明还涉及可通过该方法得到的车辆零部件。
本发明还涉及可通过复合材料得到的车辆零部件。
【具体实施方式】
将通过下面仅以例示的方式给出的示例来更详细地阐述本发明。
示例
已经在缺氧氛围中并且在存在于步骤(i)中在压力(2巴)和150℃下 注射的水蒸气的情况下，在加热腔中，在260℃下，将源自已经过最小浸水 的纤维的APM TF(长度小于2mm并且直径在40μm至150μm之间) 所提供的工业大麻纤维热处理了10分钟。
在Buss Kneader类型的挤出机中，通过第一Borealis料斗引入51.5kg 的丙烯-乙烯共聚物(Borealis BH345MO)、MFI 45g/10min用作热塑性聚合 物，10kg的聚丙烯均聚物(Borflow HL508FB)、MFI 800g/10min用作高 MFI聚合物，11kg的乙烯-辛烯共聚物冲击改性剂(来自Exxon Mobil Chemical的Exact 8201)以及2.5kg的顺丁烯二酸酐接枝的聚丙烯增容剂(来 自Arkema的Orevac CA100)以及25kg的经过热处理的工业大麻纤维，根 据以上限定的条件，上面这些中的一半借助于位于下游的第二料斗引入。
表1：复合材料的组成
组分 比例[以重量计，％]
丙烯-乙烯共聚物 51.5
均聚物(高MFI聚合物) 10
冲击改性剂 11
增容剂 2.5
经过热处理的工业大麻纤维 25
在以下条件下将混合物挤出复合：
温度：190℃；
压力：5巴至30巴。
复合材料以可用于通过注射生产零部件的颗粒的形式得到。
表2：机械、热和流变特性简况
如表2中的结果所示，相较于用相同的组成但未使用经过热处理的工业 大麻纤维得到的复合材料(未经过步骤(i)，对照例)，从在存在水蒸气的 情况下经过热处理的工业大麻纤维制备而成的复合材料的刚性要高10％，可 注射性要高20％，排放要低20％至30％。
通过对纤维的热处理，所得到的复合材料在220℃下可注射，流动长度 为110cm。因此，该复合材料尤其适合用于制备大型汽车零部件。

Claims (15)

1.用于制备复合材料的方法，包括以下步骤：
(i)在缺氧氛围中并且在存在水蒸气的情况下，在130℃至320℃的温度下对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小时；
(ii)将经过热处理的天然木质纤维素纤维与处于熔融状态并且熔点小于或等于230℃的至少一种热塑性聚合物混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天然木质纤维素纤维：
提取自植物的种子或果实；
提取自植物的茎；
提取自植物叶子；
提取自植物的树干；
提取自草本植物；或者
提取自农业废料的茎。
3.根据权利要求1所述的方法，包括：在步骤(i)之前的制备木质纤维素天然纤维的步骤，该步骤包括以下子步骤：
α)将茎浸水，然后
β)对腐烂的茎进行纤维分离，然后筛分以将所述木质纤维素天然纤维与残留物分开。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天然木质纤维素纤维具有：
0.1mm与10mm之间的平均长度，和/或
40μm与200μm之间的平均直径。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(i)在180℃至300℃的温度下进行2分钟至8小时。
6.根据权利要求1中任一项所述的方法，其中，步骤(i)中的压力为1巴至50巴。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(i)在加热腔中实施：
在100℃与150℃之间的温度下将水蒸气连续地引入所述加热腔中；
从所述加热腔连续地提取在步骤(i)期间形成的气相，使得所述腔中的压力为1巴至50巴。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，其中进行步骤(i)的氛围具有小于18％的氧气体积比。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热塑性聚合物选自：
聚烯烃；
苯乙烯聚合物；
可生物降解的和/或生物基成分的聚合物；
聚酰胺；以及
热塑性弹性体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(ii)中形成的混合物包括：
(a)以重量计40％至80％的热塑性聚合物；
(b)以重量计0至20％的、在2.16kg的负荷下在230℃下熔融指数为500克/10分钟至2000克/10分钟的聚合物；
(c)以重量计0至20％的冲击改性剂；
(d)以重量计0.5％至10％的增容剂；以及
(e)以重量计10％至60％的在步骤(i)中得到的天然木质纤维素纤维。
11.通过根据权利要求1所述的方法可得到的复合材料。
12.用于制备车辆零部件的方法，包括以下步骤：
(i)在缺氧氛围中并且在存在水蒸气的情况下，在130℃至320℃的温度下对天然木质纤维素纤维热处理2分钟至24小时；
(ii)将经过热处理的天然木质纤维素纤维与处于熔融状态并且熔点小于或等于230℃的至少一种热塑性聚合物混合，从而得到复合材料，
(iv')将所述复合材料注射到模具中，从而得到所述车辆零部件。
13.包括根据权利要求11所述的复合材料或可通过根据权利要求12所述的方法得到的车辆零部件。
14.通过在缺氧氛围中在存在水蒸气的情况下在130℃至320℃的温度下热处理2分钟至24小时得到的天然木质纤维素纤维的使用，用以
对包括木质纤维素天然纤维和至少一种热塑性聚合物的复合材料：
减少气味和挥发性有机化合物的排放，和/或
提高刚性。
15.通过在缺氧氛围中在存在水蒸气的情况下在130℃到320℃的温度下热处理2分钟至24小时得到的天然木质纤维素纤维的使用，用以提高包括天然木质纤维素纤维和处于熔融状态的至少一种热塑性聚合物的复合材料的可注射性。
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