CN112372774A - 竹基纤维复合材料及其连续化制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种竹基纤维复合材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：利用胶黏剂将所述竹纤维化单板进行碾压浸渍，得到浸渍产物；对所述浸渍产物进行干燥，得到干燥产物；对所述干燥产物进行缝纫处理后，至少得到第一竹基材料和第二竹基材料；对第一竹基材料和第二竹基材料进行组坯，得到成型体；对所述成型体进行热压，得到竹基纤维复合材料坯料；对所述竹基纤维复合材料坯料进行功能化后处理，得到竹基纤维复合材料。本发明的竹基纤维复合材料的制备方法简单易行，原料易于获取，能够实现连续化成型制造，生产效率高。

Description

竹基纤维复合材料及其连续化制备方法
技术领域
本发明涉及一种竹基纤维复合材料及其制备方法，具体涉及一种竹基纤维复合材料连续成型制造方法，属于木质材料领域。
背景技术
我国是世界上最大的竹材资源拥有国，也是世界上最大的竹制品生产国，目前我国的竹产业生产规模以及技术水平均居世界前列。随着人们的环保意识越来越强，竹材已经是世界公认的具有可持续发展特征的环保材料，因此竹产业今年来在我国得到了快速发展。
竹基纤维复合材料是以我国丰富的竹材资源为原料，通过定向重组与酚醛(PF)树脂复合而成的一种新型天然高分子复合材料，因密度较高、质量大又被称为重竹。竹基纤维复合材料制造技术克服了竹材自身壁薄、中空、直径小等缺点，解决了竹青竹黄难以胶合的问题，具有原材料利用率高、力学性能好、保留竹材纹理和环境友好等优点，被视为竹材高效利用的重要途径之一。
从2009年至今，竹基纤维复合材料产品迅猛发展，逐渐成为了竹材产业发展的主流品种。其应用领域也从室内地板、家具、装饰材料等中端产品，逐渐拓展到户外铺地材料、园林景观建筑和交通设施材料、高强度工程材料和高耐候性材料等高端高附加值产品。但是，如图1所示，现有的竹基纤维复合材料生产属于劳动密集型生产，生产效率低无法实现连续化生产，加工成本高。并且制备得到的现有的竹基纤维复合材料属于易燃、可燃性建筑材料。
引用文献1公开了一种结构用竹基纤维复合材的新用途、建筑物及其建造方法。其采用所述结构用竹基纤维复合材作为材料制作建筑物，其中，所述结构用竹基纤维复合材为：将竹子经过取丝、碳化、干燥、浸胶、压制、固化、脱模的过程生产而成，并经裁切、铣型、开孔、表面板处理的加工，形成的复合材料。这种生产方式作为典型的竹基纤维复合材料冷压生产工艺，主要存在竹子取丝后需要采用碳化罐进行碳化生产，该工序为在封闭密封空间内进行高温高压处理，使整个生产工艺被分割，无法连续。同时后期需要人工整理或运输进行间歇式干燥，且浸胶阶段需要将干燥好的竹丝进行整理放入笼框进行浸入式浸胶，后期需要人工整理进行干燥处理方能进行压制成型工艺，同时后期没有进行功能化处理，所制产品属于可燃制品，在结构上应用大受限制。
引用文献2公开了一种薄壁竹材制备竹重组材的方法，其包括如下步骤：该方法用碱对薄壁竹片进行蒸煮，然后进行疏解、浸胶、铺装、热压。这种生产方式作为典型的竹基纤维复合材料热压生产工艺同时辅助提高胶合强度的处理方式，该方法在浸胶阶段采用真空加压浸渍同样属于在封闭密封空间内进行高压处理，使整个加工过程变为间歇式。同时在疏解工艺后需要增加单独的干燥处理使竹材含水率降低才能使胶黏剂渗透到竹材结构中，且由于采用竹束进行铺装，在铺装过程中需要将片状竹篾铺装时呈厚度方向相叠层积、宽度方向平铺，属于劳动密集型生产，制备方法复杂，生产效率低且无法实现连续化生产。
引用文献：
引用文献1：CN111236430A
引用文献2：CN108127753A
发明内容
发明要解决的问题
鉴于现有技术中存在的技术问题，例如：制备方法复杂，生产效率低且无法实现连续化生产等问题，本发明提供了一种竹基纤维复合材料的连续化制备方法。该制备方法简单易行，能够实现连续化成型制造，生产效率高。
进一步地，本发明还提供了一种竹基纤维复合材料，其利用本发明的制备方法制备得到，该竹基纤维复合材料的强度高，防霉防虫效果好，阻燃性能优异。
用于解决问题的方案
本发明提供了一种竹基纤维复合材料的制备方法，所述竹基纤维复合材料包含多个竹纤维化单板，其包括以下步骤：
利用胶黏剂将所述竹纤维化单板进行碾压浸渍，得到浸渍产物；
对所述浸渍产物进行干燥，得到干燥产物；
对所述干燥产物进行缝纫处理后，至少得到第一竹基材料和第二竹基材料；
对第一竹基材料和第二竹基材料进行组坯，得到成型体；
对所述成型体进行热压，得到竹基纤维复合材料坯料；
对所述竹基纤维复合材料坯料进行功能化后处理，得到竹基纤维复合材料。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述竹纤维化单板的含水率为20％～50％；和/或
所述缝纫处理中，所使用的缝纫线为29.5tex/3sz～9.5tex/3sz棉缝纫线，线迹长度为0.05mm～20.00mm，松紧度指数为100mN以上。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述胶黏剂包含水溶性浸渍酚醛树脂；所述水溶性浸渍酚醛树脂的重均分子量范围为500～1000Da；优选地，所述胶黏剂中，水溶性浸渍酚醛树脂的质量浓度为20-40％。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述碾压浸渍包括将竹纤维化单板碾压后浸渍，然后再进行碾压的步骤；优选地，经碾压后，所述浸渍产物的含水率为20％～40％。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述干燥包括蒸汽加热干燥、炉气加热干燥、除湿干燥、热泵干燥中的一种或两种以上的组合；优选地，干燥后，所述干燥产物的含水率为8-15％。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述热压的温度为130-150℃，所述热压的压力为3-10MPa；所述热压的时间为1-3min/mm。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述功能化后处理包括利用涂料对所述竹基纤维复合材料坯料进行涂装；优选地，所述涂料的涂装量为40-200g/m2。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述涂料包括阻燃材料、防霉剂和助剂，以所述涂料的质量份数为100份计，所述阻燃材料的加入量为10-20份，防霉剂为10-40份，助剂为50-70份。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述阻燃材料包括水性溴碳环氧树脂、超支化聚合物改性石墨烯和膨胀石墨粉蒙脱土中的一种或两种以上的组合；和/或
所述防霉剂包括戊唑醇、丙环唑和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的一种或两种以上的组合。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述助剂包括溶剂、表面活性剂和紫外吸收剂；优选地，以所述助剂的质量份数为100份计，所述溶剂的加入量为50-70份，表面活性剂为10-20份，紫外吸收剂为10-30份。
本发明还提供一种竹基纤维复合材料，其根据本发明所述的制备方法制备得到。
根据本发明所述的竹基纤维复合材料，其中，所述竹基纤维复合材料的密度0.80-1.30g/cm3，静曲强度为80-300MPa，防霉等级为0-1级。
发明的效果
本发明的竹基纤维复合材料的制备方法简单易行，原料易于获取，能够实现连续化成型制造，生产效率高。
进一步地，本发明的竹基纤维复合材料，其利用本发明的制备方法制备得到，该竹基纤维复合材料的强度高，防霉防虫效果好，阻燃性能优异。
附图说明
图1示出了现有的竹基纤维复合材料生产工艺；
图2示出了本发明的一种实施方式的竹基纤维复合材料生产工艺；
图3示出了本发明的实施例1-3以及对照例1在UV辐照前后的SEM图像。
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：
本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中，如没有特殊声明，则“多”、“多种”、“多个”等中的“多”表示2或以上的数值。
本说明书中，所述“基本上”、“大体上”或“实质上”表示于相关的完美标准或理论标准相比，误差在5％以下，或3％以下或1％以下。
本说明书中，如没有特别说明，则“％”均表示质量百分含量。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
本说明书中，“常温”、“室温”的温度可以为10-40℃。
第一方面
本发明的第一方面提供了一种竹基纤维复合材料的制备方法，所述竹基纤维复合材料包含多个竹纤维化单板，其包括以下步骤：
利用胶黏剂将所述竹纤维化单板进行碾压浸渍，得到浸渍产物；
对所述浸渍产物进行干燥，得到干燥产物；
对所述干燥产物进行缝纫处理后，至少得到第一竹基材料和第二竹基材料；
对第一竹基材料和第二竹基材料进行组坯，得到成型体；
对所述成型体进行热压，得到竹基纤维复合材料坯料；
对所述竹基纤维复合材料坯料进行功能化后处理，得到竹基纤维复合材料。
<碾压浸渍>
利用胶黏剂对所述竹纤维化单板分别进行碾压浸渍，得到浸渍产物。
对于竹纤维化单板的来源，其可以是以竹材为原料，通过机械疏解的方式获得。通过机械疏解可以有效去除蜡青和黄膜，并且实现疏解竹纤维，加工后竹材成网状竹片帘，竹片帘纵向不断裂，横向松散而交错相连，保持了竹材纤维的排列方向，以便于制备竹基纤维复合材料。其中竹片帘的含水率为20％～50％，对于机械疏解的方式，可以是本领域常用的机械疏解的方式。具体地，可以采用竹材去青、去黄疏解设备进行疏解。例如：可以是专利文件CN101733794A中所公开的去青、去黄疏解机或CN101486214A中所公开的疏解机，一般而言，纤维化单板的宽度为8-30cm。
在一些具体的实施方案中，所述碾压浸渍包括将所述竹纤维化单板碾压后浸渍，然后再进行碾压的步骤。其中，碾压浸渍是将竹纤维化单板先进行第一道碾压然后利用胶黏剂浸渍，然后再进行第二道碾压。其中第一道碾压工序是为了降低纤维化单板的含水率，将竹材内的自由水挤压流失，然后将配置好的胶黏剂进行浸渍处理，使胶黏剂代替自由水填充到竹材细胞以及单板裂隙中，第二道碾压工序是为了控制胶黏剂的浸渍程度，实现整张化竹单板的浸渍可控。
在一些具体的实施方案中，所述的碾压的压力为2MPa～30MPa，例如：5MPa、8MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa等；碾压后，所述竹纤维化单板的含水率为20～40％，例如：22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％等。
对于胶黏剂，在一些具体的实施方案中，本发明的所述胶黏剂包含水溶性浸渍酚醛树脂，其中水溶性酚醛树脂是以氢氧化钠为催化剂制得的酚醛树脂水溶液，本发明的胶黏剂可以以水为溶剂，能够减少污染，价格低廉，对人体危害小。具体地，在本发明中，胶黏剂中的水溶性浸渍酚醛树脂的质量浓度为20-40％，例如：22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％等；碾压后，水溶性浸渍酚醛树脂的含量(以100％计)占碾压后的竹纤维化单板的含量的5％-20％，例如：8％、10％、12％、15％、18％等。
作为优选，在本发明中，所述水溶性浸渍酚醛树脂的重均分子量范围为500～1000Da。水溶性浸渍酚醛树脂的分子量大小是影响浸渍工艺的主要因素之一，分子量太大，树脂不易渗入竹纤维化单板内部，造成浸渍不均匀而后期出现跳丝现象；但分子量太小，树脂本身不稳定，同时树脂全部渗入竹纤维化单板内部，固化不完全，影响材料的胶合性能。
进一步地，本发明需要对浸渍产物进行干燥，得到干燥产物。所述干燥包括蒸汽加热干燥、炉气加热干燥、除湿干燥、热泵干燥中的一种或两种以上的组合，干燥温度不超过70℃，例如：30℃、40℃、50℃、60℃等；干燥时间为30～180min，例如：40min、60min、80min、100min、120min、140min、160min等；干燥设备为网带式干燥机；干燥后，所述干燥产物的含水率为8～15％，例如：9％、10％、11％、12％、13％、14％等。
<竹基材料>
本发明是对所述干燥产物进行缝纫处理后，至少得到第一竹基材料和第二竹基材料。
对于缝纫处理，在本发明中，是进行整张化缝纫处理，即将浸渍产物平行排列然后进行整张化缝纫处理，从而得到竹基材料。其中，所述缝纫处理中，所使用的缝纫线为29.5tex/3sz～9.5tex/3sz棉缝纫线，线迹长度为0.05mm～20.00mm，松紧度指数为100mN以上。
需要说明的是，本发明的竹基材料至少包括第一竹基材料和第二竹基材料，其实际上可以包括多个竹基材料以满足本发明对密度的要求，例如：5个，10个、15个、20个、25个、30个、40个、50个、100个等等。
<组坯>
本发明通过对第一竹基材料和第二竹基材料进行组坯，从而得到成型体。本发明对第一竹基材料和第二竹基材料之间的组坯不作特别限定，组坯时，只要所述第一竹基材料的纤维与第二竹基材料的纤维可以呈大致平行或大致垂直即可，也就是说，可以为全纵铺装或纵横相错的铺装。这里组坯的第一竹基材料和第二竹基材料不限于2个，可以是多个。例如：5个，10个、15个、20个、25个、30个、40个、50个、100个等等。
一般而言，当含有多个竹基材料时，为了美观，可以所有竹基材料的纤维均呈大致平行，或者所有竹基材料的纤维均呈大致垂直。在本发明中，所述组坯的密度可以为0.80-1.30g/cm3。进一步地，对于组坯的数量，本发明不作特别限定，在确定密度后，根据重量进行组坯。
进一步地，对所述成型体进行热压，得到竹基纤维复合材料坯料。具体地，在本发明中，所述热压的温度为130-150℃，例如，135℃、140℃、145℃等；热压的压力为3-10MPa，例如：4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa等；所述热压的时间为1-3min/mm，例如：1.2min/mm、1.8min/mm、2min/mm、2.2min/mm、2.5min/mm、2.8min/mm等。
<功能化处理>
本发明通过对所述竹基纤维复合材料坯料进行功能化后处理，得到竹基纤维复合材料。
在一些具体的实施方案中，所述功能化后处理包括对所述竹基纤维复合材料坯料利用涂料进行涂装的步骤。具体地，本发明采用的涂装方式为刷涂、喷涂或辊涂中的一种或者两种以上的组合。
作为优选，在本发明中，所述涂料的涂装量为40-200g/m2，例如：60g/m2、80g/m2、100g/m2、120g/m2、140g/m2、160g/m2、180g/m2。之后采用干燥方式使涂料在所述竹基纤维复合材料坯料的表面形成涂层；其中，所述干燥为自然干燥或加热干燥中的一种或多种，一般而言，加热干燥温度为100℃以下，例如：30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃等；干燥时间为20-180min，例如：40min、60min、80min、100min、120min、140min、160min等。
在一些具体的实施方案中，鉴于竹基纤维复合材料功能化的问题，本发明涂装采用的涂料包括阻燃材料、防霉剂和助剂，以所述涂料的质量份数为100份计，所述阻燃材料的加入量为10-20份，防霉剂为10-40份，助剂为50-70份。具体地，所述阻燃材料的加入量可以是12份、14份、16份、18份等；所述防霉剂的加入量可以是15份、20份、25份、30份、35份等；助剂可以是53份、57份、60份、63份、68份等。
使用本发明的涂料既具有溶剂型超薄型防火涂料高光泽，防虫性能好，抗紫外老化能力强，耐水性好，附着力强，防火等级高、干燥速度快等特点，又以水为介质，具有水性涂料的各种优点，符合涂料行业发展低污染、环境友好型涂料。
在一些具体的实施方式中，所述阻燃材料包括水性溴碳环氧树脂、超支化聚合物改性石墨烯和膨胀石墨粉蒙脱土中的一种或两种以上的组合；优选地，所述防霉剂包括戊唑醇、丙环唑和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的一种或两种以上的组合。
在另一些具体的实施方式中，所述助剂包括溶剂、表面活性剂和紫外吸收剂，以所述助剂的质量份数为100份计，所述溶剂的加入量为50-70份，表面活性剂为10-20份，紫外吸收剂为10-30份。具体地，所述溶剂的加入量可以是52份、55份、58份、60份、62份、65份、68份等；所述表面活性剂的加入量可以是12份、14份、16份、18份等；助剂可以是53份、57份、60份、63份、68份等。
助剂的作用主要是能够起到提高涂料的抗紫外老化，增加涂料分散渗透能力，提高涂料的交联质量。
在一些具体的实施方式中，所述溶剂包括水、环己烷、异丙醇和无水乙醇中的一种或两种以上的组合；所述表面活性剂包括二烷基苯磺酸钙和脱水山梨醇脂肪酸酯中的一种或两种以上的组合；所述紫外吸收剂包括有机紫外吸收剂和无机紫外吸收剂中的一种或两种以上的组合。
具体地，所述有机紫外吸收剂包括2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和/或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；所述无机紫外吸收剂包括纳米二氧化钛和/或纳米氧化锌。
在一些具体的实施方案中，所述紫外吸收剂为复合紫外吸收剂，其可以包括有机紫外吸收剂和无机紫外吸收剂。通过使用复合紫外吸收剂，可以使助剂的功能得到最有效的发挥。
具体地，所述复合紫外吸收剂可以是2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑与纳米二氧化钛的复合物(可记作苯丙三唑(BTZ)/纳米二氧化钛(TiO2))、2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑与纳米氧化锌的复合物(可记作苯丙三唑(BTZ)/纳米氧化锌(ZnO))、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮与纳米二氧化钛的复合物(可记作二苯甲酮(BP)/纳米二氧化钛(TiO2))以及2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮与纳米氧化锌的复合物(可记作二苯甲酮(BP)/纳米氧化锌(ZnO))中的一种或两种以上的组合。
进一步地，复合紫外吸收剂中的纳米二氧化钛是通过加入纳米二氧化钛分散液实现的，所述纳米二氧化钛的平均粒径可以是1-100nm，优选5-40nm，更优选10-20nm；所述纳米二氧化钛分散液是将纳米二氧化钛置于醇类溶剂中形成的，所述醇类溶剂可以是异丙醇、乙醇、丙醇等任何可行的醇类溶剂；具体地，在纳米二氧化钛分散液中，纳米二氧化钛的质量浓度为10-30％。优选地，该复合紫外吸收剂中，有机紫外吸收剂与纳米二氧化钛分散液的质量比为1:0.5～2。
复合紫外吸收剂中的纳米氧化锌通过加入纳米氧化锌分散液实现的。所述纳米氧化锌的平均粒径可以是1-100nm，优选10-50nm，更优选20-40nm；所述纳米氧化锌分散液是将纳米氧化锌置于醇类溶剂中形成的，所述醇类溶剂可以是异丙醇、乙醇、丙醇等任何可行的醇类溶剂；具体地，在纳米氧化锌分散液中，纳米氧化锌的质量浓度为10-30％。优选地，该复合紫外吸收剂中，有机紫外吸收剂与纳米氧化锌分散液的质量比为1:0.5～2。
对于涂料的制备方法具体可以是：将阻燃材料、防霉剂和助剂快速搅拌混合，进而得到涂料，其中搅拌温度为室温，搅拌速度为120-200rpm，搅拌时间为20-60min。
第二方面
本发明的第二方面提供了一种竹基纤维复合材料，其根据本发明第一方面所述的制备方法制备得到。
进一步地，所述竹基纤维复合材料的密度为0.80-1.30g/cm3，例如：0.90g/cm3、1.0g/cm3、1.1g/cm3、1.2g/cm3；28h水煮吸水厚度膨胀率为2-10％，例如：3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％等；静曲强度为80-300MPa，例如：100MPa、120MPa、180MPa、200MPa、220MPa、250MPa、280MPa等；防霉等级为0-1级，防火等级为B1级，抗紫外老化能力能够保证一年不变色。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。
实施例中，紫外吸收剂UV-326(BTZ)：2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑，CAS号3896-11-5，杭州帝盛进出口有限公司；
紫外吸收剂UV-531(BP)：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，CAS登录号1843-05-6，杭州帝盛进出口有限公司；
纳米二氧化钛分散液(TiO2)：粒径10～20nm，20％异丙醇溶液，天津佰玛科技有限公司；
纳米氧化锌分散液(ZnO)：粒径30nm，20％异丙醇溶液，天津佰玛科技有限公司。
苯丙三唑(BTZ)/纳米二氧化钛(TiO2)为紫外吸收剂UV-326(BTZ)与纳米二氧化钛分散液(TiO2)的复合物，两者的质量比为1:1。
苯丙三唑(BTZ)/纳米氧化锌(ZnO)为紫外吸收剂UV-326(BTZ)与纳米氧化锌分散液(ZnO)的复合物，两者的质量比为1:1。
二苯甲酮(BP)/纳米二氧化钛(TiO2)为紫外吸收剂UV-531(BP)与纳米二氧化钛分散液(TiO2)的复合物，两者的质量比为1:1。
实施例中，水溶性浸渍酚醛树脂的重均分子量约为760Da。
实施例1
将竹材疏解为竹纤维化单板，竹纤维化单板的宽度为10cm，含水率为35％。然后利用胶黏剂将所述将纤维化单板进行碾压后浸渍在胶黏剂中，然后再进行碾压，得到浸渍产物。其中，碾压压力为20MPa。胶黏剂为水溶性浸渍酚醛树脂的水溶液，其中水溶性浸渍酚醛树脂的质量浓度为30％；碾压后，浸渍产物的含水率为26.80％，水溶性浸渍酚醛树脂的质量含量(以100％计)占碾压后浸渍产物的质量含量的15％。
然后采用网带式干燥机对浸渍产物进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为80min，得到干燥产物。干燥后，干燥产物的含水率为12％。
将干燥产物平行排列然后进行整张化缝纫处理，从而得到竹基材料。其中，所述缝纫处理中，所使用的缝纫线为29.5tex/3sz棉缝纫线，线迹长度为10.00mm，松紧度指数为200mN。
然后将干燥产物采用全纵层层平行铺装组坯，铺张密度为1.10g/cm3，然后进行热压成型，热压温度为135℃，所述热压的时间为1.0mm/min，热压压力为4.0MPa，得到竹基纤维复合材料坯料。
成型后利用涂料对竹基纤维复合材料坯料进行功能化涂装处理，得到竹基纤维复合材料。具体采用的涂装方式为辊涂，所述涂料的涂装量为80g/m2，采用的干燥方式为加热干燥，其中，干燥温度为80℃，干燥时间为40min。
本实施例1的涂料中，采用的阻燃材料膨胀石墨粉蒙脱土为20份，防霉剂戊唑醇为20份，助剂为60份。其中，所述助剂包括50份溶剂水、20份表面活性剂二烷基苯磺酸钙和30份紫外吸收剂苯丙三唑(BTZ)/纳米二氧化钛(TiO2)。该涂料的制备方法为将阻燃材料、防霉剂和助剂快速搅拌混合，得到涂料，其中搅拌温度为室温，搅拌速度为120rpm，搅拌时间为30min。
实施例2
将竹材疏解为竹纤维化单板，竹纤维化单板的宽度为10cm，含水率为35％，然后利用胶黏剂将所述将纤维化单板进行碾压后浸渍在胶黏剂中，然后再进行碾压，得到浸渍产物。其中，碾压压力为15MPa。胶黏剂为水溶性浸渍酚醛树脂的水溶液，其中胶黏剂中水溶性浸渍酚醛树脂的质量浓度为25％，碾压后，浸渍产物的含水率为24.30％，水溶性浸渍酚醛树脂的含量(以100％计)占碾压后竹基材料的含量的15％。然后采用网带式干燥机对浸渍产物进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为60min，得到干燥产物。干燥后，干燥产物的含水率为12％。
将干燥产物平行排列然后进行整张化缝纫处理，从而得到竹基材料。其中，所述缝纫处理中，所使用的缝纫线为20.5tex/3sz棉缝纫线，线迹长度为10.00mm，松紧度指数为200mN。
然后将干燥产物采用全纵层层平行铺装组坯，铺张密度为1.10g/cm3，然后进行热压成型，热压温度为135℃，所述热压的时间为1.0mm/min，热压压力为4.0MPa，得到竹基纤维复合材料坯料。
成型后利用涂料对竹基纤维复合材料坯料进行功能化涂装处理，得到竹基纤维复合材料。具体采用的涂装方式为辊涂，所述涂料的涂装量为120g/m2，采用的干燥方式为加热干燥，其中，干燥温度为100℃，干燥时间为40min。
本实施例2的涂料中，采用的阻燃材料膨胀石墨粉蒙脱土为20份，防霉剂戊唑醇为30份，助剂为50份。其中，所述助剂为50份溶剂无水乙醇、20份表面活性剂二烷基苯磺酸钙和30份紫外吸收剂苯丙三唑(BTZ)/纳米氧化锌(ZnO)。该涂料的制备方法为将阻燃材料、防霉剂和助剂快速搅拌混合，得到涂料，其中搅拌温度为室温，搅拌速度为120rpm，搅拌时间为60min。
实施例3
将竹材疏解为竹纤维化单板，竹纤维化单板的宽度为10cm，含水率为35％。将利用胶黏剂将所述竹纤维化单板进行碾压后浸渍在胶黏剂中，然后再进行碾压，得到浸渍产物。其中，碾压压力为25MPa。胶黏剂为水溶性浸渍酚醛树脂的水溶液，其中胶黏剂中水溶性浸渍酚醛树脂的质量浓度为35％；碾压后，浸渍产物的含水率为21.30％，水溶性浸渍酚醛树脂的含量(以100％计)占碾压后浸渍产物的含量的15％。然后采用网带式干燥机对浸渍产物进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为40min，得到干燥产物。干燥后，干燥产物的含水率为12％。
将干燥产物平行排列然后进行整张化缝纫处理，从而得到竹基材料。其中，所述缝纫处理中，所使用的缝纫线为18.5tex/3sz棉缝纫线，线迹长度为15.00mm，松紧度指数为250mN。
然后将干燥产物采用全纵层层平行铺装组坯，铺张密度为1.10g/cm3，然后进行热压成型，热压温度为135℃，所述热压的时间为1.0mm/min，热压压力为4.0MPa，得到竹基纤维复合材料坯料。
成型后利用涂料对竹基纤维复合材料坯料进行功能化涂装处理，得到竹基纤维复合材料坯料。具体采用的涂装方式为辊涂，所述涂料的涂装量为100g/m2，采用的干燥方式为加热干燥，其中，干燥温度为80℃，干燥时间为60min，得到竹基纤维复合材料。
本实施例3的涂料中，采用的阻燃材料水性溴碳环氧树脂为10份，防霉剂5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮为30份，助剂为60份。其中，所述助剂为50份溶剂异丙醇、20份表面活性剂脱水山梨醇脂肪酸酯和30份紫外吸收剂二苯甲酮(BP)/纳米二氧化钛(TiO2)。该涂料的制备方法为将阻燃材料、防霉剂和助剂快速搅拌混合，得到涂料，其中搅拌温度为室温，搅拌速度为120rpm，搅拌时间为60min。
对照例1
将竹材疏解为竹纤维化单板，竹纤维化单板的宽度为10cm，含水率为35％，将竹纤维化单板进行碳化处理，碳化温度135℃，碳化时间为40min，然后将碳化竹纤维化单板进行干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为8h，干燥后单板的含水率为8％。
采用水溶性浸渍酚醛树脂对碳化纤维化单板进行浸渍处理，所述的浸渍质量浓度为20％，所述的浸渍时间为30min，浸渍后共混水溶性浸渍酚醛树脂的含量(以100％固含量计)占竹基材料预浸料总质量的15％，然后对预浸料进行干燥处理，干燥温度为65℃，干燥时间为120min，干燥后预浸料产物的含水率为12％，然后将浸渍产物采用全纵层层平行铺装组坯，铺张密度为1.10g/cm3，然后进行热压成型，热压温度为135℃，所述热压的时间为1.0mm/min，热压压力为4.0MPa，得到竹基纤维复合材料。
性能测试
1、一般性能测试
按照GB/T 30364-2014《重组竹地板》测试板材的密度和吸水厚度膨胀率，其中吸水厚度膨胀率的处理条件为将试件浸入(100±2)℃热水中泡4h，取出后直接将试件分开平放在(63±3)℃的鼓风干燥箱中干燥20h，再浸入(100±2)℃热水中泡4h，取出后擦去试件表面附着的水，在室温下冷却10min进行测量。测量工作必须在10min完成。煮试件时应将试件全部浸入(100±2)℃热水中。
按照国家标准GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》进行抗弯性能的性能检测。主要测试三点弯曲的静曲强度，是在两点支撑的试件中部施加载荷进行测定。静曲强度是确定试件在最大载荷作用时的弯矩和抗弯截面模量之比。
按照GB/T 18261-2013《防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法》进行防霉效力的测定；
按照GB 8625-2016《建筑材料难燃性试验方法》进行阻燃等级的测定。
表1.竹基纤维复合材料的一般性能指标
Figure BDA0002773263130000161
由表1可以看出，本发明的制备方法制备得到的竹基纤维复合材料的吸水厚度膨胀率较低，静曲强度高，防霉效力优异，阻燃等级能够达到B1级。
2、抗变色使用寿命测试
材料抗变色使用寿命(涂层对竹基纤维复合材料基材的有效保护时间)为UV辐照致使竹材基材ΔE*≥6的时间。随着UV辐照时间的延长，竹材基材表面颜色逐渐发生变化。人类肉眼可感知的色差约为ΔE*＝3～6，结果如表2所示。
具体地，测试方法为，采用色度仪测试试样在UV辐照过程中同一位置色度值，每个试样表面测试6个位置。参照ASTM E1347-06，计算试样CIELAB色度体系下的色度参数，色差参数(ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*)计算参照以下公式，结果如下表2所示。
Figure BDA0002773263130000162
Figure BDA0002773263130000163
Figure BDA0002773263130000164
Figure BDA0002773263130000165
Lo *、ao *、bo *和Lt *、at *、bt *分别为试样未老化和紫外加速老化t小时后的色度参数值。
表2.竹基纤维复合材料的抗变色使用寿命
Figure BDA0002773263130000166
由表2可以看出，本发明的实施例1-3的竹基纤维复合材料的抗变色性能优于对照例1，因此，本发明的竹基纤维复合材料的抗变色使用寿命长，能够保持抗紫外老化能力一年不变色。
3、表面形貌测试
本发明比较了实施例1-3以及对照例1的UV辐照前后的表面形貌，结果如图3所示。
由图3可以看出，500h辐照后，对照例1出现严重的裂纹，反映了辐照后发生了剧烈光氧化降解。本发明实施例在辐照后均未出现裂纹，说明本发明功能化处理在抑制竹基纤维复合材料表面辐照后降解开裂更有效。
4、能耗效率测算
总体能耗的计算方法为：Q1+Q2，其中Q1为吸热阶段吸收的热量；Q2为汽化热。
吸热阶段：
吸收的热量是指，水分从常温(比如30℃)升到干燥温度(60℃)，需要吸收的热量。
吸热阶段计算公式：Q1＝C×m×(t-t0)
其中，Q1表示吸收的热量；
c表示物质的比热容；
m表示水的质量；
t0表示物体原来的初始温度；
t表示吸热后的最终的温度。
汽化热：
汽化热是指，水分在干燥温度汽化需要的汽化热量。
汽化热计算公式：Q2＝R×m
其中，Q2表示汽化热；
R表示汽化潜热(KJ/kg)；
m表示水的质量。
注：1、水的比热约4200焦耳/(千克×摄氏度)，(近似值，随温度不同，比热有小的变化，比如60摄氏度4185焦耳/(千克×摄氏度)，98摄氏度4213.4焦耳/(千克×摄氏度)；
2、汽化潜热通过汽化潜热查询表查询得到。
本发明实施例1-3以及对照例1的总体能耗效率如下表3所示：
表3.竹基纤维复合材料的节能节效
Figure BDA0002773263130000181
由表3可以看出，本发明的实施例1-3的竹基纤维复合材料在整个制造过程最耗能的干燥阶段较对照例1相比，具有明显的节能效率，同时，整个竹基纤维复合材料实现了制造过程连续化，避免了原有生产工艺的间歇式生产，生产效率得到大幅提高。因此，本发明的竹基纤维复合材料的制备方法简单易行，原料易于获取，能够实现连续化成型制造，生产效率高。
需要说明的是，尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案，但本领域技术人员能够理解，本发明应不限于此。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (12)

1.一种竹基纤维复合材料的制备方法，所述竹基纤维复合材料包含多个竹纤维化单板，其特征在于，包括以下步骤：
利用胶黏剂将所述竹纤维化单板进行碾压浸渍，得到浸渍产物；
对所述浸渍产物进行干燥，得到干燥产物；
对所述干燥产物进行缝纫处理后，至少得到第一竹基材料和第二竹基材料；
对第一竹基材料和第二竹基材料进行组坯，得到成型体；
对所述成型体进行热压，得到竹基纤维复合材料坯料；
对所述竹基纤维复合材料坯料进行功能化后处理，得到竹基纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述竹纤维化单板的含水率为20％～50％；和/或
所述缝纫处理中，所使用的缝纫线为29.5tex/3sz～9.5tex/3sz棉缝纫线，线迹长度为0.05mm～20.00mm，松紧度指数为100mN以上。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂包含水溶性浸渍酚醛树脂；所述水溶性浸渍酚醛树脂的重均分子量范围为500～1000Da；优选地，所述胶黏剂中，水溶性浸渍酚醛树脂的质量浓度为20-40％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碾压浸渍包括将竹纤维化单板碾压后浸渍，然后再进行碾压的步骤；优选地，经碾压后，所述浸渍产物的含水率为20％～40％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述干燥包括蒸汽加热干燥、炉气加热干燥、除湿干燥、热泵干燥中的一种或两种以上的组合；优选地，干燥后，所述干燥产物的含水率为8-15％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热压的温度为130-150℃，所述热压的压力为3-10MPa；所述热压的时间为1-3min/mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述功能化后处理包括利用涂料对所述竹基纤维复合材料坯料进行涂装；优选地，所述涂料的涂装量为40-200g/m2。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述涂料包括阻燃材料、防霉剂和助剂，以所述涂料的质量份数为100份计，所述阻燃材料的加入量为10-20份，防霉剂为10-40份，助剂为50-70份。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述阻燃材料包括水性溴碳环氧树脂、超支化聚合物改性石墨烯和膨胀石墨粉蒙脱土中的一种或两种以上的组合；和/或
所述防霉剂包括戊唑醇、丙环唑和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的一种或两种以上的组合。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述助剂包括溶剂、表面活性剂和紫外吸收剂；优选地，以所述助剂的质量份数为100份计，所述溶剂的加入量为50-70份，表面活性剂为10-20份，紫外吸收剂为10-30份。
11.一种竹基纤维复合材料，其特征在于，其根据权利要求1-10任一项所述的制备方法制备得到。
12.根据权利要求11所述的竹基纤维复合材料，其特征在于，所述竹基纤维复合材料的密度0.80-1.30g/cm3，静曲强度为80-300MPa，防霉等级为0-1级。
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