[发明专利]一种天然纤维复合材料板材及其制作方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子改性技术领域，尤其是涉及一种天然纤维复合材料板材及其制作方法和应用。

背景技术

玻璃纤维增强复合材料已经广泛用于工业，生活制品的生产，但是玻璃纤维用于树脂增强，也暴露出诸多缺点。首先，玻璃纤维较脆，在加工中易断裂，纤维长径比不能很大，所以增强效果有限；其次，在加工中玻璃纤维会对设备产生较大的磨损，使设备元件更新周期短，另外玻璃纤维还会给操作者带来健康坊卖弄的威胁，最后，玻璃纤维不可降解，其制品废弃后对环境的污染也比较大。

近年来，天然纤维增强复合材老成为复合材料研究的一个新领域，具备代替玻璃纤维增强复合材料的潜力，天然纤维是自然界的产物，可再生，可降解，相对玻璃纤维来说是一种更加环保的材料。其次，天然纤维具有较高的强度，其必强度是玻璃纤维的50％～80％，而且比模量高于玻璃纤维，因此用于制备复合材料同样可以得到较高的力学性能。此外，还具有低成本，低密度的优点。目前利用天然纤维粗纤与热固性树脂进行复合，形成的热固性板材，不具有热塑性性能，韧性差，加工后容易断裂，吸水后易变形，而且比重大，刚性不强，所以针对天然纤维制备热塑性复合材料的研究受到重视。由于天然纤维在200摄氏度左右容易发生降解，目前通用的增强材料的基体树脂有聚乙烯，聚丙烯，ABS，聚氯乙烯，聚乳酸等。但是天然纤维的极性较大，而通用的基体树脂极性较低，或者是非极性材料，而且树脂的黏度非常大，所以天然纤维对热塑性树脂进行增强时，天然纤维很难充分的分散在树脂中，并且复合材料中天然纤维与树脂的浸渍效果非常差。

天然纤维与树脂的相容性差，增加两相界面结合强度是改善强度的重要方法。而目前对天然纤维进行预处理，可以改善其最终的复合材料基质的粘结性。目前通用的方法是利用NaOH溶液对天然纤维进行刻蚀，增加表面粗糙度；另外处理天然纤维的方法包括利用偶联剂对其进行表面处理，或者是利用等离子对其进行处理。而目前对基体进行改性的方法，是在树脂中加入极性改性材料，改善树脂的极性。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种天然纤维/热塑性树脂复合材料板材。

本发明的第二个目的是提供一种天然纤维/热塑性树脂复合材料板材的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种天然纤维/热塑性树脂复合材料板材的用途。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种天然纤维复合材料板材，由包含以下重量百分含量的原料制成：

所述的热塑性树脂优选为36％～54％；所述的天然纤维优选为54％～36％。

所述的热马来酸酐接枝物优选为2.5％～9％；所述的偶联剂优选为0.5％～1％。

所述的热塑性树脂为热塑性树脂加工成纤维状的产物，热塑性树脂原料包括聚乙烯、聚丙烯、基于聚乙烯的多聚物树脂、基于聚丙烯的多聚物树脂、聚乳酸或其他熔点在200℃以下的树脂。

所述的热塑性树脂的纤维为棉型、毛型或中长条型纤维，或者是低熔点双组分皮芯纤维、三维卷曲中空纤维。

所述的天然纤维选自大麻纤维、棉纤维、竹纤维、苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、丝纤维和/或其混合纱。

所述的天然纤维优选大麻纤维、苎麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维和/或其混合纱。

由于木质素和半纤维素对于作为增强体的天然纤维的耐热性和机械性能强度不能得到充分提高，天然纤维纤维素含量不小于60％。

所述的马来酸酐接枝物为马来酸酐对热塑性树脂进行接枝，并将其与未经接枝的该热塑性树脂加工成的纤维状产物，所述的热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、基于聚乙烯的多聚物树脂或基于聚丙烯的多聚物树脂。

所述的马来酸酐接枝物中的接枝率为1％。

所述的偶联剂选自乙烯基硅烷偶联剂或氨基硅烷偶联剂。

所述的乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

所述的氨基硅烷偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2(氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷或N-2(氨乙基)3-氨丙基三乙氧基硅烷。

天然纤维复合材料板材的制作方法，包括以下步骤：

(1)将马来酸酐接枝物与热塑性树脂进行高速混合，混合均匀后，制备规格为1～100旦粗细的纤维状，优选规格为1～50旦，更优选1～5旦细度的纤维；然后进行短切处理至长度为10～150mm，优选规格为20～100mm，更优选规格为30～80mm，更优选规格为35～50mm，形成条状；