[发明专利]天然纤维增强树脂基复合材料界面增容方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料表界面增容处理领域，特别涉及一种天然纤维增强树脂基复合材料表界面的水热增容方法。

背景技术

由于天然纤维表面的极性基团——羟基，表现为亲水性；而树脂表面是非极性的，表现为憎水性，树脂基体与天然纤维之间的界面相容性差，影响了复合材料的力学性能；此外，氢键的作用也导致木纤维之间的作用力增强，从而影响木纤维在树脂基体中的分散。因此，如何改善疏水性树脂基体与亲水性天然木纤维之间的界面相容性是制备性能优良的木塑复合材料的关键。

增容方式可分为物理增容和化学增容。专利CN1934183A公开了美国纳幕尔杜邦公司采用化学增容的纤维素和聚合物组分复合材料组合物，由于加入马来酸酐偶联剂，提高了天然纤维与树脂的相容性，该方法采用化工原料，价格昂贵，加工过程易产生污染。专利CN101629022A公开了一种纤维增强木塑复合材料制备方法，该方法采用硅烷偶联剂进行界面增容，制备的复合材料性能较佳，但增容剂价格较高，不适于规模化生产应用。专利CN 1876724A公开了一种农业秸秆与塑料复合的工艺，该工艺采用丙烯酸-苯乙烯-马来酸酐交替共聚物进行增容，同样存在价格高的问题。专利CN101358037A公开了一种木素纤维材料与塑料复合的方法，其增容方式为混合物质量5-20％的增容剂。专利CN1594409A公开了一种天然植物纤维增强聚丙烯烃塑料板材制备方法，其增容剂用量为3～20％。专利CN201189739Y和CN101229700A公开了一种麻纤维增强塑料复合材料的制备方法，该材料由改性塑料粒子、麻纤维、界面增容剂混合压延而成。专利CN1827701A公开了一种木塑材质的生物质填料制作方法，包括质量百分数为2～6％的增容剂。专利CN 101173079A公开了一种木质纤维-聚氯乙烯复合材料的制备方法，其增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯等物质。专利CN 101608027A公开了一种由植物纤维或粉末、高分子聚合物和增容增塑剂等原料制备复合材料的方法，其增容增塑剂为马来酸酐等物质。专利CN 101955638A公开了一种植物纤维增强聚乳酸发泡材料的制备方法，其增容剂为马来酸酐等。以上方法均为添加化学增容剂对复合材料不同组分进行增容，试剂消耗量大，加工过程有污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种环保清洁、工艺简洁、生产效率高的以天然纤维和树脂为原料的复合材料界面增容方法，采用该方法制备的天然纤维增强树脂基复合材料力学性能佳，加工过程环保，真正实现零排放。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种天然纤维增强树脂基复合材料界面增容方法，包括以下步骤：

1)、天然纤维预处理：

将天然纤维粉碎成长度0.5～2mm的纤维颗粒，将树脂粉碎成粒度0.5～2mm的树脂颗粒；

2)、天然纤维水热处理：

将纤维颗粒放入水热处理反应釜中，并添加作为反应介质的水，然后加热至100～160℃保温5～60min；所述纤维颗粒的干重(即干基纤维的重量)与水的重量比为1∶3～10；

保温结束后，依次进行冷却和固液分离，分离所得的固体烘干至恒重；得处理后纤维颗粒；

3)、混炼复合：

将步骤2)所得的处理后纤维颗粒与步骤1)所得的树脂颗粒按照10～90∶90～10(优选60～90∶10～40)的重量比混合，作为原料；

在原料中加入占原料总重3～10％的阻燃剂后，进行混炼和造粒；得粒子；

4)、成型：

将步骤3)所得的粒子于150～210℃进行成型，得界面增容的天然纤维增强树脂基复合材料。

作为本发明的天然纤维增强树脂基复合材料界面增容方法的改进：阻燃剂为无机阻燃剂、卤系阻燃剂和磷系阻燃剂中的至少一种。无机阻燃剂为尾矿砂或石粉、三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、膨胀性石墨等；卤系阻燃剂为氯化石蜡、氯化铵、十溴二苯乙烷、十溴二苯醚等；磷系阻燃剂为聚磷酸胺、磷酸酯、磷酸一铵、磷酸二铵等。

作为本发明的天然纤维增强树脂基复合材料界面增容方法的进一步改进：步骤2)中先按照20～40℃/min的速率进行升温，然后于100～160℃保温5～60min。

作为本发明的天然纤维增强树脂基复合材料界面增容方法的进一步改进：步骤2)的冷却速率为15～30℃/min；固液分离所得的废液经过滤及净化处理可作为步骤2)的反应介质重新利用。

作为本发明的天然纤维增强树脂基复合材料界面增容方法的进一步改进：步骤4)的成型方式为注塑、挤出或热模压。