CN110576496A - 一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，包括以下步骤：1）将竹子等天然植物纤维进行氧化、脱糖预处理，制得的连续竹天然纤维；2）将表面改性后的连续竹天然纤维浸渍合成树脂胶黏剂；3）将浸渍合成树脂的竹纤维在模具中进行模压成型，成型固化温度为合成树脂胶黏剂的热固化峰温度，热固化成型后制得植物纤维增强复合材料。本发明提供的一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，生产成本低，力学性能好，声学性能好。

Description

一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法

技术领域

本发明涉及乐器材料技术领域，尤其涉及一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对生活品质要求也相对增加，音乐是反应人类现实生活情感的一种艺术，音乐可以陶冶情操，让人赏心悦目，并未大家带来听觉的享受。尤其是现在国家提倡和推广素质教育，音乐素质教育开始普遍开展，对乐器的需求越来越多，乐器是指可以用各种方法演奏出音色的工具，能够发出乐音，并能进行音乐艺术再创造的器具。乐器包括民族乐器和西洋乐器，乐器的生产不同于一般工业品的生产，他不仅要求产品由合理的精美外观造型，还必须有良好的声学品质，其中包括音色、音乐和规定的音准高度，因而在材质上有非常严格的要求。现在的大多数好的乐器（弹拨、弓弦等）都必须用特定的木材用特定工艺才能制成，导致成本非常高，价格昂贵。即便如此，随着珍稀木材的匮乏，很多传统应用于乐器制造的木材已经禁止砍伐或运输。比如巴西玫瑰木，洪都拉斯桃花心木等等。现在也开始出现人造材料的吉他、小提琴等乐器，大多采用碳纤维材质。

天然纤维复合材料是近年来兴起的一种绿色环保复合材料，它是指以经过预处理的天然纤维和树脂基体通过相关工艺加工成型而成、且具有新的复合结构和优异综合性能的新型材料。由于植物纤维的可再生性、可被环境消纳性，所以天然纤维复合材料是一种极具发展前途的绿色环保材料，具有广阔的市场前景和良好的经济效益和社会效益。竹材是除木材以外的世界第二大森林资源，由于竹子生长快、更新快、分布广、产量高,与木材相比,具有强度高、韧性好、硬度大等特点,是结构材和纤维材的理想原料,在建筑工业、手工业、农业和渔业上。 随着全球对可循环利用材料的不断重视,竹子作为生长快且不占用耕地的绿色材料被广泛使用。天然竹纤维的研究在日本已经进行了多年，1988年,日本ToyoPress有限公司就开发了一种有效地将竹子分裂成纤维的系统,生产的竹纤维可以代替玻璃纤维用于纤维增强复合材料。国内开发天然竹纤维的热潮不断，在竹纤维制备方面也取得了突破。四川阆中棉纺织厂将生长 12-18 个月的慈竹,经过去青,齿轮反复轧压,再进行不完全脱胶,制成竹子束纤维,在棉纺设备上进行纺纱,于 2000年试纺出纱。2005年,浙江农林大学姚文斌、张蔚等在初步揭示竹子热—机械耦合开纤机理的基础上提出了竹纤维裂解开纤的制备技术。

目前竹纤维已经具备工业化生产的条件, 天然竹纤维复合材料因其特有的优势己受到人们的重视,天然竹纤维在纤维增强复合材料中的应用也将日益扩大,但其潜在优势仍没有完全发挥。天然竹纤维与合成纤维相比,除具有强度高、刚度好等优良性能外,还具有抗菌、除臭、隔音、吸湿等性能上的优势,加之具有天然、绿色、环保、可降解等特点，必然成为汽车、建筑等行业的首选材料。

天然纤维复合材料中，纤维作为增强体分散在树脂基体中,起主要的承载作用。所用的植物纤维主要包含纤维素、半纤维素和木质素，含有大量的亲水性基团——羟基，具有很强的极性，而复合的基体树脂通常为非极性、不亲水的聚烯烃树脂，常规的木塑复合材料主要通过植物纤维和树脂基体复合成型；由于羟基间可形成氢键，植物纤维之间有很强的相互作用，使得其在树脂基体中的分散极差，要达到均匀分散较为困难；在成型加工的温度较高时，植物填料易降解变色，同时高分子基体材料也会热降解。因此现有的木塑复合材料难以满足乐器材料的要求。随着珍稀木材的匮乏，很多传统应用于乐器制造的木材已经禁止砍伐或运输，如何开发模仿木材性能和形状且满足乐器声学性能要求的合成材料，成为现代乐器材料发展的迫切需求。本专利结合合成树脂和天然纤维的特点，发明了一种天然纤维增强合成树脂基体的复合材料及其制备技术，发明的天然纤维增强复合材料不仅具有木材的外观和力学性能，还可以满足乐器的声学性能，要求替代传统实木，应用于制备提琴、古筝等传统乐器。

发明内容

以解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，其生产成本低，力学性能好，声学性能好。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，包括以下步骤：

1）将竹子等天然植物纤维进行氧化、脱糖预处理，制得的连续竹天然纤维；

2）将表面改性后的连续竹天然纤维浸渍合成树脂胶黏剂；

3）将浸渍合成树脂的竹纤维在模具中进行模压成型，成型固化温度为合成树脂胶黏剂的热固化峰温度，热固化成型后制得植物纤维增强复合材料。

作为改进，步骤1）包括以下具体步骤：

竹种的选取:竹种包括优选毛竹和慈竹；

竹材软化:将竹片置于蒸煮池中,往池中注入软化液,保证竹片完全被软化液浸没；

机械开纤:按照预定参数处理，将浸泡好的竹片取出清洗干净，放入常压蒸煮容器中蒸煮1小时，再将蒸煮好的竹片取出, 采用竹纤维开纤设备在竹片厚度处从中间破开沿竹片纵向一分为二,靠近竹青处的部分统称为竹青,靠近竹黄的部分统称为竹黄，再将分离后的竹青、竹黄分别用压辊碾压,靠物理机械作用将连接在一起的纤维束分散开来,将碾压好的纤维用设备在单向作用力下反复梳理成连续纤维状，将单向长竹纤维沿同一方向均匀排列,用缝纫机和涤纶线把竹纤维缝合成具有一定宽度的均匀单向纤维毡。

作为改进，步骤2）中合成树脂胶黏剂可以采用酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基树脂及不饱和树脂等基体树脂，优选酚醛树脂和环氧树脂胶黏剂；

酚醛树脂胶黏剂的制备其组份以及重量份数为 ：酚醛树脂 70 ～ 80 份，防老剂 2～3 份，分散剂 3 ～ 4 份，相容剂 3 ～ 5 份，增塑剂 0.5 ～ 1.5 份，阻燃剂 4 ～6份，促进剂 0.5 ～ 1 份，填料 9 ～ 12 份；

所述的酚醛树脂包括采用碱性催化剂制备的热固性酚醛树脂，游离醛含量不超过树脂固体的 5％， 优选苯酚与甲醛 (37％或 50％的溶液 ) 制备，苯酚量的 15％亦可由甲酚、二甲酚、聚苯基酚代替；

所述的填料包括粒径在1000-4000目的粘土、滑石粉、白恶粉、方解石及碳化硅，优选2000-3000目的滑石粉与碳化硅。

作为改进，所述的防老剂为防老剂 264 或防老剂 4010，所述的分散剂为六偏磷酸钠，所述的相容剂为 MBS，所述的增塑剂为乙酸双硬脂酰胺，所述的阻燃剂为八溴二苯乙烷。

作为改进，所述的合成树脂胶黏剂的步骤为：将一半量的酚醛树脂、防老剂、增塑剂、阻燃剂加入搅拌釜，搅拌均匀后得到甲组份，按配方将另一半量的酚醛树脂、固化剂、相容剂、促进剂、SEBS 加入搅拌釜，升温至 80℃后搅拌 30 分钟，得到乙组份，将乙组份、分散剂加入甲组份中，搅拌均匀后得到酚醛树脂胶粘剂。

作为改进，步骤3）的具体实施步骤为：

用手糊工艺将一定比例的酚醛树脂胶黏剂均匀地涂在制备好的各层单向竹纤维毡上，将各层涂好酚醛树脂胶黏剂的竹原纤维毡按照一定角度平行排列，制成单向纤维板胚；然后将单向纤维板胚还放至液压机模具中,先在一定压强条件下室温冷压5min，使树脂均匀地渗透到纤维毡中，然后取出模具；随后将模具移入一定温度的液压机中，5M化压30min；然后将温度升至80℃,5M化压90min，热压完成后,保压60-180min后即可取出复合材料；最后将制备好的复合材料放置24h,然后放入95°C烘箱中烘2h,完成后固化。

本发明的有益效果是：

本发明使不仅保持了木材的外观和力学性能，还可以满足乐器的声学性能，替代了传统实木，应用于制备提琴、古筝等传统乐器，制备的酚醛树脂胶黏剂具有耐热性好、粘接强度高、耐老化性能好及电绝缘性优良，且价廉易用，其极性大、粘接力强 ，刚性大，耐水、耐油、耐化学介质、耐霉菌；生产成本低。

具体实施方式

下面用具体实施例说明本发明，并不是对本发明的限制。

实施例一

将毛竹竹片置于蒸煮池中,往池中注入软化液,保证竹片完全被软化液浸没，然后将浸泡好的竹片取出清洗干净，放入常压蒸煮容器中蒸煮1小时，再将蒸煮好的竹片取出，采用竹纤维开纤设备在竹片厚度处从中间破开沿竹片纵向一分为二，分别用压辊碾压，靠物理机械作用将连接在一起的纤维束分散开来，将碾压好的纤维用设备在单向作用力下反复梳理成连续纤维状，将单向长竹纤维沿同一方向均匀排列，用缝纫机和涤纶线把竹纤维缝合成具有一定宽度的均匀单向纤维毡。

将35kg的酚醛树脂、3kg的防老剂264、1kg的乙酸双硬脂酰胺、12kg的碳化硅（3000目），5kg的八溴二苯乙烷加入搅拌釜，搅拌均匀后得到甲组份；按称取35kg的酚醛树脂、10kg的固化剂、4kg的相容剂MBS、1kg的促进剂、加入搅拌釜，升温至 80℃后搅拌 30 分钟，得到乙组份，将乙组份、4kg六偏磷酸钠的加入甲组份中，搅拌均匀后得到酚醛树脂胶粘剂。

用手糊工艺将5kg的酚醛树脂胶黏剂均匀地涂在10公斤制备好的各层单向竹纤维毡上，将各层涂好胶黏剂的竹原纤维毡按照一定角度平行排列,制成单向纤维板胚；然后将单向纤维板胚还放至液压机模具中，先在一定压强条件下室温冷压5min，使树脂均匀地渗透到纤维毡中,然后取出模具；随后将模具移入60℃的液压机中，在5MPa的压力下压30min；然后将温度升至80℃，5MPa下保压90min后即可取出复合材料。最后将制备好的复合材料放置24h,然后放入95°C烘箱中烘2h，完成后固化，制得制备酚醛树脂仿木复合材料板；该酚醛树脂仿木复合材料板可作为乐器材料用的板材。

实施例二

毛竹单向纤维毡的制备同实施例1。

将35kg的环氧树脂E51、10kg的聚丙二醇二缩水甘油醚、1kg的乙酸双硬脂酰胺、12kg的碳化硅（3000目）、5kg的八溴二苯乙烷加入搅拌釜，搅拌均匀后得到甲组份；按称取7.5kg的异佛尔酮二胺、7.5kg的聚醚氨D230、加入搅拌釜，室温下搅拌 30 分钟，得到乙组份，将乙组份、2kg六偏磷酸钠的加入甲组份中，搅拌均匀后得到环氧树脂胶粘剂。

用手糊工艺将5kg的环氧树脂胶黏剂均匀地涂在10公斤制备好的各层单向竹纤维毡上，将各层涂好胶黏剂的竹原纤维毡按照一定角度平行排列,制成单向纤维板胚；然后将单向纤维板胚还放至液压机模具中,先在一定压强条件下室温冷压5min，使树脂均匀地渗透到纤维毡中,然后取出模具;随后将模具移入60℃的液压机中,在5MPa的压力下压30min;然后将温度升至80℃，5MPa下保压90min后即可取出复合材料。最后将制备好的复合材料冷却至室温,然后放入100°C烘箱中烘2h,完成后固化，制得制备环氧树脂仿木复合材料板。该环氧树脂仿木复合材料板可作为乐器材料用的板材。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将竹子等天然植物纤维进行氧化、脱糖预处理，制得的连续竹天然纤维；

2）将表面改性后的连续竹天然纤维浸渍合成树脂胶黏剂；

3）将浸渍合成树脂的竹纤维在模具中进行模压成型，成型固化温度为合成树脂胶黏剂的热固化峰温度，热固化成型后制得植物纤维增强复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，其特征在于，步骤1）包括以下具体步骤：

竹种的选取:竹种包括优选毛竹和慈竹；

竹材软化:将竹片置于蒸煮池中,往池中注入软化液,保证竹片完全被软化液浸没；

机械开纤:按照预定参数处理，将浸泡好的竹片取出清洗干净，放入常压蒸煮容器中蒸煮1小时，再将蒸煮好的竹片取出, 采用竹纤维开纤设备在竹片厚度处从中间破开沿竹片纵向一分为二,靠近竹青处的部分统称为竹青,靠近竹黄的部分统称为竹黄，再将分离后的竹青、竹黄分别用压辊碾压,靠物理机械作用将连接在一起的纤维束分散开来,将碾压好的纤维用设备在单向作用力下反复梳理成连续纤维状，将单向长竹纤维沿同一方向均匀排列,用缝纫机和涤纶线把竹纤维缝合成具有一定宽度的均匀单向纤维毡。

3.根据权利要求1所述的一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，其特征在于，步骤2）中合成树脂胶黏剂可以采用酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基树脂及不饱和树脂等基体树脂，优选酚醛树脂和环氧树脂胶黏剂；

酚醛树脂胶黏剂的制备其组份以及重量份数为 ：酚醛树脂 70 ～ 80 份，防老剂 2～3 份，分散剂 3 ～ 4 份，相容剂 3 ～ 5 份，增塑剂 0.5 ～ 1.5 份，阻燃剂 4 ～6份，促进剂 0.5 ～ 1 份，填料 9 ～ 12 份；

所述的酚醛树脂包括采用碱性催化剂制备的热固性酚醛树脂，游离醛含量不超过树脂固体的 5％， 优选苯酚与甲醛 (37％或 50％的溶液 ) 制备，苯酚量的 15％亦可由甲酚、二甲酚、聚苯基酚代替；

所述的填料包括粒径在1000-4000目的粘土、滑石粉、白恶粉、方解石及碳化硅，优选2000-3000目的滑石粉与碳化硅。

4.根据权利要求3所述的一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，其特征在于，所述的防老剂为防老剂 264 或防老剂 4010，所述的分散剂为六偏磷酸钠，所述的相容剂为MBS，所述的增塑剂为乙酸双硬脂酰胺，所述的阻燃剂为八溴二苯乙烷。

5.根据权利要求3所述的一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，其特征在于，所述的合成树脂胶黏剂的步骤为：将一半量的酚醛树脂、防老剂、增塑剂、阻燃剂加入搅拌釜，搅拌均匀后得到甲组份，按配方将另一半量的酚醛树脂、固化剂、相容剂、促进剂、SEBS 加入搅拌釜，升温至 80℃后搅拌 30 分钟，得到乙组份，将乙组份、分散剂加入甲组份中，搅拌均匀后得到酚醛树脂胶粘剂。

6.根据权利要求1所述的一种用于乐器竹纤维材料的纤维板制备方法，其特征在于，步骤3）的具体实施步骤为：

用手糊工艺将一定比例的酚醛树脂胶黏剂均匀地涂在制备好的各层单向竹纤维毡上，将各层涂好酚醛树脂胶黏剂的竹原纤维毡按照一定角度平行排列，制成单向纤维板胚；然后将单向纤维板胚还放至液压机模具中,先在一定压强条件下室温冷压5min，使树脂均匀地渗透到纤维毡中，然后取出模具；随后将模具移入一定温度的液压机中，5M化压30min；然后将温度升至80℃,5M化压90min，热压完成后,保压60-180min后即可取出复合材料；最后将制备好的复合材料放置24h,然后放入95°C烘箱中烘2h,完成后固化。