CN110561783A - 一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，包括以下步骤：S1、准备材料：所述材料包括：按重量份数比计：编制碳纤维布10‑20份、天然高聚物粉末10‑20份、动物蛋白粉末10‑20份；S2、粉末干燥；本发明所制备的层合板用天然聚合物代替了传统的热固性和热塑性树脂，使得材料在失效和作废后易于处理，对环境无污染，用碳纤维作为增强相，确保了复合材料的强度和力学性能，同时也能在材料失效后回收循环利用，和目前的界面增强方法如等离子处理碳纤维、气相氧化碳纤维等相比，采用从工业废料中可提取的动物蛋白质作为两相的粘结剂，一方面降低了成本，另一方面对工业废料变废为宝，实现了资源的合理利用和对环境的友好。

Description

一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料成形加工技术领域，具体涉及一种基于热压成型工艺的生物质 复合板材的制备方法。
背景技术
天然聚合物是自然界或矿物中由生化作用或光合作用而形成的高分子化合物，广泛存 在于动物、植物或矿物内，而且，它具有生物相容性、可降解性、无毒、环保等优点。
动物蛋白质属于天然化合物，价格便宜，是水溶性的、不含有害成分、不会产生有毒 物质、不会影响人体健康或污染环境。动物蛋白质粘结剂符合整个粘结材料的发展趋势， 符合工业可持续发展模式。动物蛋白质粘结剂是以动物蛋白质胶作为主要原料的一种粘结 剂，其原料近乎属于工业废料，成本低廉加工制备工艺简单，干净、安全、无毒、无害。动物蛋白质粘结剂是一种天然热塑性粘结剂，在固化过程中不会发生不可逆变化，通常在干燥后就能获得较高的强度。
高分子领域复合材料热压成型是通过加热预浸料至基体熔点或软化点以上，并快速放 入合模内加压成型为最终的制品形状的过程。通过热压成型，能得到树脂浸润较好、综合 力学性能优异的层合板，且劳动强度较低，成型周期短，闭模成型生产环境友好。热压成 型是一个加热熔融、冷却固结的物理变化过程，不同的树脂复合材料其各自的加工工艺条 件(加热速率、热压压力、热压温度、热压时间、保温时间、加压时机和冷却速率等)都 有所不同，关键就是针对不同树脂找出合适的工艺参数。而目前广泛用于热压成型的热固 性和热塑性树脂基复合材料普遍存在层间剪切强度不足、废料难以回收处理、污染环境等 问题，为此，我们提出一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，以解决 上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于热压成型工艺的生物质复合 板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备材料：所述材料包括：按重量份数比计：编制碳纤维布10-20份、天然高聚物粉末10-20份、动物蛋白粉末10-20份；
S2、粉末干燥：使用烘干机对天然聚合物粉末进行干燥脱水处理；
S3、碳纤维布带预处理：将动物蛋白粉末溶于水，用蛋白溶液浸渍纤维布；
S4、喷粉处理：将天然聚合物粉末均匀喷涂在浸渍过蛋白质溶液的纤维布两侧；
S5、制备预浸料：将喷粉后的纤维布加热并保温一段时间，保证高聚物与纤维浸渍充 分，并在蛋白质的作用下粘结紧密；
S6、制备单层板：对冷却后的预浸料按规格进行剪裁，得到单层生物质复合材料；
S7、预热热压机：使热压机的温度达到工艺温度并且稳定不变；
S8、热压成型：将板材放入模具加热一定时间，加压并保持适当的压力一定时间，层 合完全后开模取出层合板，冷却得到生物质基复合板材。
本发明作为进一步优选的：在S1中，所述天然高聚物粉末为纤维素、木质素、半纤维素和壳聚糖中的任意一种。
本发明作为进一步优选的：在S2中，使用烘干机对天然聚合物粉末进行干燥脱水处 理时，检测天然聚合物粉末状态，保证天然聚合物粉末不发生粘结成团现象，烘干机烘干 时间为10min-20min。
本发明作为进一步优选的：在S3中，将动物蛋白粉末溶于水时，水的份额按重量份数比计为20-40份，用蛋白溶液浸渍纤维布时，保证纤维布在蛋白质水溶液中浸渍均匀。
本发明作为进一步优选的：在S5中，喷粉后的纤维布加热和保温的时间为5min-10min，加热和保温的温度为60℃-80℃，加热完后，将喷粉后的纤维布冷却至15℃-25 ℃。
本发明作为进一步优选的：在S7中，预热热压机时，将热压机模具温度加热至高于天然聚合物的熔点以上0-20℃。
本发明作为进一步优选的：在S8中，板材放入模具加热的时间为10min-20min，压力值为1.2Mpa-2.2Mpa，压力保持时间为5min-10min。
本发明还提供了一种基于热压成型工艺的生物质复合板材加工用热压机，包括上模和 下模，所述下模的上表面两侧对称固定连接有两个限位板，所述下模的上表面设有两个缓 冲板，两个所述之间设有层合板。
本发明作为进一步优选的：所述下模的底部固定连接有下模支撑板，所述上模的顶部 固定连接有上模支撑板。
本发明作为进一步优选的：所述上模支撑板的底部两侧对称固定安装有两个气缸，所 述气缸的输出轴与所述下模支撑板固定连接。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的 制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明所制备的层合板用天然聚合物代 替了传统的热固性和热塑性树脂，使得材料在失效和作废后易于处理，对环境无污染，用 碳纤维作为增强相，确保了复合材料的强度和力学性能，同时也能在材料失效后回收循环 利用，和目前的界面增强方法如等离子处理碳纤维、气相氧化碳纤维等相比，采用从工业 废料中可提取的动物蛋白质作为两相的粘结剂，一方面降低了成本，另一方面对工业废料 变废为宝，实现了资源的合理利用和对环境的友好。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中热压机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所 描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明保护的范围。
实施例一
本发明提供了如图1所示的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，包 括以下步骤：
S1、准备材料：所述材料包括：按重量份数比计：编制碳纤维布10-20份、天然高聚物粉末10-20份、动物蛋白粉末10-20份；
S2、粉末干燥：使用烘干机对天然聚合物粉末进行干燥脱水处理；
S3、碳纤维布带预处理：将动物蛋白粉末溶于水，用蛋白溶液浸渍纤维布；
S4、喷粉处理：将天然聚合物粉末均匀喷涂在浸渍过蛋白质溶液的纤维布两侧；
S5、制备预浸料：将喷粉后的纤维布加热并保温一段时间，保证高聚物与纤维浸渍充 分，并在蛋白质的作用下粘结紧密；
S6、制备单层板：对冷却后的预浸料按规格进行剪裁，得到单层生物质复合材料；
S7、预热热压机：使热压机的温度达到工艺温度并且稳定不变；
S8、热压成型：将板材放入模具加热一定时间，加压并保持适当的压力一定时间，层 合完全后开模取出层合板，冷却得到生物质基复合板材。
本发明具体的：在S1中，所述天然高聚物粉末为纤维素、木质素、半纤维素和壳聚糖中的任意一种。
通过采用上述方案，纤维素、木质素、半纤维素和壳聚糖等是自然界中来源很广泛的 天然聚合物，具有生物可降解性、生物相容性及安全性等优点，其中壳聚糖这种天然高分 子因为其生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各 业广泛关注。在复合材料领域，壳聚糖也因为其热性能和含有较多活泼的官能团而成为复 合材料可选择的天然聚合物基质之一，通过使用纤维素、木质素、半纤维素和壳聚糖中的 任意一种为原料，利于生产碳纤维复合板材。
本发明具体的：在S2中，使用烘干机对天然聚合物粉末进行干燥脱水处理时，检测天然聚合物粉末状态，保证天然聚合物粉末不发生粘结成团现象，烘干机烘干时间为10min。
通过采用上述方案，可以使聚合物粉末不发生粘结成团，分散性好。
本发明具体的：在S3中，将动物蛋白粉末溶于水时，水的份额按重量份数比计为20-40份，用蛋白溶液浸渍纤维布时，保证纤维布在蛋白质水溶液中浸渍均匀。
通过采用上述方案，可以保持布带的平整。
本发明具体的：在S5中，喷粉后的纤维布加热和保温的时间为5min，加热和保温的温度为60℃，加热完后，将喷粉后的纤维布冷却至15℃。
通过采用上述方案，可以避免加热不足和过热破坏预浸带结构。
本发明具体的：在S7中，预热热压机时，将热压机模具温度加热至高于天然聚合物的熔点以上0-20℃。
通过采用上述方案，可以保证层压时填充物的充分流动。
本发明具体的：在S8中，板材放入模具加热的时间为10min，压力值为1.2Mpa，压力保持时间为5min。
本发明还提供了如图2所示的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材加工用热压 机，包括上模1和下模4，所述下模4的上表面两侧对称固定连接有两个限位板2，所述 下模4的上表面设有两个缓冲板3，两个所述3之间设有层合板6。
本发明具体的：所述下模4的底部固定连接有下模支撑板，所述上模1的顶部固定连 接有上模支撑板。
通过采用上述方案，下模支撑板用于对下模4提供支撑，上模支撑板用于对上模1提 供支撑。
本发明具体的：所述上模支撑板的底部两侧对称固定安装有两个气缸，所述气缸的输 出轴与所述下模支撑板固定连接。
通过采用上述方案，气缸的输出轴可以带动上模向下运动，以对层合板6进行加压。
工作原理：首先准备加工用的原料，原 料为编制碳纤维布、天然高聚物粉末和动物蛋白粉末，然后使用烘干机对天然聚合物粉末 进行干燥脱水处理，接着将动物蛋白粉末溶于水，用蛋白溶液浸渍纤维布，然后将天然聚 合物粉末均匀喷涂在浸渍过蛋白质溶液的纤维布两侧，接着将喷粉后的纤维布加热并保温 一段时间，保证高聚物与纤维浸渍充分，并在蛋白质的作用下粘结紧密，下一步对冷却后 的预浸料按规格进行剪裁，得到单层生物质复合材料，使热压机的温度达到工艺温度并且 稳定不变，最后将板材放入模具加热一定时间，加压并保持适当的压力一定时间，层合完 全后开模取出层合板，冷却得到生物质基复合板材，可以制备得到碳纤维增强天然高分子 聚合物的复合材料层合板。和目前广泛使用的热固性复合材料和热塑性复合材料相比，本 发明所制备的层合板用天然聚合物代替了传统的热固性和热塑性树脂，使得材料在失效和 作废后易于处理，对环境无污染。用碳纤维作为增强相，确保了复合材料的强度和力学性 能，同时也能在材料失效后回收循环利用。和目前的界面增强方法如等离子处理碳纤维、 气相氧化碳纤维等相比，采用从工业废料中可提取的动物蛋白质作为两相的粘结剂，一方 面降低了成本，另一方面对工业废料变废为宝，实现了资源的合理利用和对环境的友好。
实施例二
本发明还提供了如图1所示的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法， 与实施例一不同的是：
使用烘干机对天然聚合物粉末进行干燥脱水处理时，烘干机烘干时间为15min。
喷粉后的纤维布加热和保温的时间为7.5min，加热和保温的温度为70℃，加热完后，将喷粉后的纤维布冷却至20℃。
板材放入模具加热的时间为15min，压力值为1.7Mpa，压力保持时间为7.5min。
实施例三
本发明还提供了如图1所示的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法， 与实施例一不同的是：
使用烘干机对天然聚合物粉末进行干燥脱水处理时，烘干机烘干时间为20min。
喷粉后的纤维布加热和保温的时间为10min，加热和保温的温度为80℃，加热完后， 将喷粉后的纤维布冷却至25℃。
板材放入模具加热的时间为20min，压力值为2.2Mpa，压力保持时间为10min。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素， 而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所 固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概 念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选 实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和 范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之 内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备材料：所述材料包括：按重量份数比计：编制碳纤维布10-20份、天然高聚物粉末10-20份、动物蛋白粉末10-20份；
S2、粉末干燥：使用烘干机对天然聚合物粉末进行干燥脱水处理；
S3、碳纤维布带预处理：将动物蛋白粉末溶于水，用蛋白溶液浸渍纤维布；
S4、喷粉处理：将天然聚合物粉末均匀喷涂在浸渍过蛋白质溶液的纤维布两侧；
S5、制备预浸料：将喷粉后的纤维布加热并保温一段时间，保证高聚物与纤维浸渍充分，并在蛋白质的作用下粘结紧密；
S6、制备单层板：对冷却后的预浸料按规格进行剪裁，得到单层生物质复合材料；
S7、预热热压机：使热压机的温度达到工艺温度并且稳定不变；
S8、热压成型：将板材放入模具加热一定时间，加压并保持适当的压力一定时间，层合完全后开模取出层合板，冷却得到生物质基复合板材。
2.根据权利要求1所述的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于：在S1中，所述天然高聚物粉末为纤维素、木质素、半纤维素和壳聚糖中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于：在S2中，使用烘干机对天然聚合物粉末进行干燥脱水处理时，检测天然聚合物粉末状态，保证天然聚合物粉末不发生粘结成团现象，烘干机烘干时间为10min-20min。
4.根据权利要求1所述的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于：在S3中，将动物蛋白粉末溶于水时，水的份额按重量份数比计为20-40份，用蛋白溶液浸渍纤维布时，保证纤维布在蛋白质水溶液中浸渍均匀。
5.根据权利要求1所述的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于：在S5中，喷粉后的纤维布加热和保温的时间为5min-10min，加热和保温的温度为60℃-80℃，加热完后，将喷粉后的纤维布冷却至15℃-25℃。
6.根据权利要求1所述的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于：在S7中，预热热压机时，将热压机模具温度加热至高于天然聚合物的熔点以上0-20℃。
7.根据权利要求1所述的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于：在S8中，板材放入模具加热的时间为10min-20min，压力值为1.2Mpa-2.2Mpa，压力保持时间为5min-10min。
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的基于热压成型工艺的生物质复合板材加工用热压机，其特征在于，包括上模(1)和下模(4)，所述下模(4)的上表面两侧对称固定连接有两个限位板(2)，所述下模(4)的上表面设有两个缓冲板(3)，两个所述(3)之间设有层合板(6)。
9.根据权利要求8所述的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于：所述下模(4)的底部固定连接有下模支撑板，所述上模(1)的顶部固定连接有上模支撑板。
10.根据权利要求9所述的一种基于热压成型工艺的生物质复合板材的制备方法，其特征在于：所述上模支撑板的底部两侧对称固定安装有两个气缸，所述气缸的输出轴与所述下模支撑板固定连接。
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