[发明专利]一种用作环保型复合材料增强体的苎麻纤维的改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料及其制备领域，具体涉及的是一种用作环保型复合材料增强体的苎 麻纤维的改性方法。

背景技术

近年来，随着国际能源日益紧张和与日俱增的环境问题，节能环保技术的研究越来越受 到重视。天然植物纤维具有比重轻、强度高、模量高、价格低廉、可生物降解等优越的特性， 采用自然界丰富的天然植物纤维代替传统的玻璃纤维等增强聚合物基复合材料，可制得环境 友好型和可回收利用的生态复合材料，具有广阔的应用前景。在麻类植物纤维中苎麻性能尤 为突出，其纤维素含量高、强度大、纤维长度长、属于高性能的天然植物纤维，很适合做树 脂基复合材料的增强体。

由于苎麻纤维素大分子间和大分子内存在大量的氢键，对纤维素的形态和反应性影响较 大，其结晶度和取向度高，在常温下不溶于水和一般的有机溶剂，也不溶于稀碱溶液，纤维 素可以进行一系列涉及到羟基反应，包括纤维素的酯化、醚化、接枝共聚和交联等化学反应， 并且与氧化剂等接触时，会发生氧化，生成一系列与原来纤维结构不同的物质。此外，苎麻 纤维特殊的疏松多孔的三维结构使得纳米细微颗粒很容易进入苎麻纤维的微观结构，并与苎 麻纤维结合，提高苎麻纤维的力学性能和疏水性，有利于提高纤维与基体材料的相容性，使 纤维起到有效增强复合材料的作用。

目前，我国绿色复合材料在航空制造领域已初见成效，但是总的来说可降解复合材料在 我国还处于研究阶段，还未实行完全的产业化。苏州大学的王溪繁等人采用竹原纤维织物和 PLA薄膜用热压工艺制作成复合材料，用NaOH溶液和硅烷偶联剂对竹原纤维进行表面改性 处理，提高了复合材料的界面性能，复合材料综合力学综合性能优良。国外关于天然纤维可 降解复合材料及其制品的研究开发工作开展较早，已经进入产业化阶段，并且应用领域越来 越广。BASF公司采用剑麻、黄麻、亚麻等纤维为增强材料，以热塑性树脂为基体，制备出 天然纤维毡复合材料，应用于轿车的内饰件、吸噪声板、备用轮罩等。美国专利“汽车顶棚” (专利号5942321公布日1999年8月24日)采用黄麻、剑麻纤维代替传统的玻璃纤维生产 出性能良好的噪声小表面柔软和热绝缘的汽车顶棚。DieuTV等人(Studyonpreparationof polymercompositesbasedonPPreinforcedbyjutefibers)发现黄麻经过室温20℃、质量分数 0.4％的碱溶液处理后，纤维与树脂之间的界面粘结改善，复合材料的力学性能提高。

苎麻纤维作为环保材料受到越来越多的重视，应用也越来越广泛，但苎麻纤维结晶度和 取向度高，吸湿性良好，力学性能一般，纤维外表平直、粗硬、无卷曲、断裂伸长率和强度 低，故苎麻纤维作为复合材料增强体，在应用之前要进行改性处理，进行脱胶和非极性处理， 使其具备良好的疏水性能和力学性能，提高纤维与树脂基体的相容性，使纤维起到有效增强 复合材料性能的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种使复合材料增强体苎麻纤维疏水性提高的改性方法，以改善纤 维与树脂基体之间的相容性，提高复合材料的力学性能。

为了实现以上目的，本发明采用了下列技术方案：用作环保型复合材料增强体的苎麻纤 维的改性方法，包括有以下步骤：

(1)将苎麻纤维裁剪至300×300mm大小，用浓碱对苎麻纤维进行浸泡预处理，浸泡时 间为30min-150min，调节pH至中性后用蒸馏水洗涤，室温下自然晾干，得到初步处理的苎 麻纤维；

(2)将纳米二氧化硅置于硅烷偶联剂KH-570的乙醇水溶液中，磁力搅拌20-30min，将 初步处理过的苎麻纤维浸泡在上述溶液中，浸泡时间为45min-90min，取出室温下自然晾干 后，再在烘箱中进一步烘干，得到改性处理的苎麻纤维。

按上述方案，步骤(1)所述苎麻纤维为21S*21S/52*58/63＂纯苎麻平纹布。

按上述方案，步骤(1)所述浓碱溶液采用浓度为0.75-2.25mol/L的NaOH溶液。

按上述方案，步骤(1)所述碱液浸泡时间为30-150min。

按上述方案，步骤(1)所述用来调节pH的溶液为0.5mol/L～2mol/L的盐酸溶液。

按上述方案，步骤(2)所述硅烷偶联剂的用量为苎麻纤维质量的1％-7％，纳米二氧化 硅的用量为苎麻纤维质量的1％-10％。