專利名稱：一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復合材料，具提涉及一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
我國是一個擁有豐富竹資源而木材資源缺乏的國家，竹材在我國有速生森林的美稱。以竹代木，充分利用竹資源是我國當前還原自然生態(tài)環(huán)境的重要手段。近年來隨著我國工業(yè)化進程的加快，竹制品得到很大關(guān)注和發(fā)展，但竹纖維復合材料的利用大量的還是停留在眾多竹制品加工廢料的處理上。以浙江林學院開發(fā)的竹纖維化竹原纖維的出現(xiàn)，對天然竹資源的利用是一個提高，但如何能更廣泛的利用竹材，提高竹資源的利用率，提高竹纖維復合材料的性能，擴展竹纖維復合材料產(chǎn)品的應用領(lǐng)域等是一個前景廣闊的科研究課題。中國專利94229849公開了各種生產(chǎn)竹纖維復合材料技術(shù)，以竹纖維短纖、顆粒作為增強相，只能作為一般的板材使用，而不能作為結(jié)構(gòu)材料使用，大多數(shù)產(chǎn)品的性能不能讓人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，使用熱熔纖維與連續(xù)竹纖維構(gòu)成增強材料做纖維增強復合材料中的結(jié)構(gòu)相，以長纖維三維紡織結(jié)構(gòu)預成型件作為增強體，熱熔纖維交纏于竹纖維并與上下覆膜構(gòu)成基體而構(gòu)成復合材料，從根本上消除了須晶、短纖、顆粒以及單向和層壓復合材料層間強度低、易分層、抗沖擊性能差、開裂和損傷容限低等缺點和不足，大幅度提高復合材料的強度和剛度，提高復合材料韌性，產(chǎn)品可以應用在需要較高力學性能的領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，它的步驟如下(1)將竹纖維與熱熔性纖維混紡成紗線，包括各種結(jié)構(gòu)紗線的加工方法；(2)通過織造技術(shù)將紗線制成布；(3)模壓成型將布覆上熱熔薄膜，然后鋪設(shè)在模具中，在溫度為高于熱熔纖維熔點溫度5 100°C，壓力為1 90GPa的條件下熱壓5 60分鐘，當竹纖維與熱熔纖維和熱熔薄膜熔融結(jié)合后，停止加熱，冷卻到30 70°C，停止加壓；(4)將冷卻物從模具中脫除，得到竹纖維復合材料。所述步驟(1)中將竹纖維與熱熔性纖維利用紡絲、紡紗、制線或并紗技術(shù)混紡成紗線。所述步驟(1)中竹纖維的量為熱熔性纖維量的1 90%。所述步驟(1)中的熱熔性纖維為聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、滌綸纖維、尼龍纖維或聚酰亞胺纖維。在所述步驟(1)中的竹纖維與熱熔性纖維中添加玻璃纖維或玄武巖纖維，在織造過程中可以添加其他纖維，如玻璃纖維、玄武巖纖維同竹纖維間隔引緯，經(jīng)紗方向間隔排布其他性能的紗，滿足特定的需求。所述步驟O)中的布為無紡布、兩維、三維或多維結(jié)構(gòu)布。所述步驟(3)中的熱熔薄膜為聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、滌綸薄膜、尼龍薄膜或聚酰亞胺薄膜。所述步驟(1)中的熱熔性纖維與步驟(3)中的熱熔薄膜性能相適應當步驟(1) 中使用聚丙烯纖維時，步驟(3)中使用聚丙烯薄膜；當步驟(1)中使用聚乙烯纖維時，步驟 (3)中使用聚乙烯薄膜；當步驟(1)中使用滌綸纖維時，步驟(3)中使用滌綸薄膜；當步驟 (1)中使用尼龍纖維時，步驟(3)中使用尼龍薄膜；當步驟(1)中使用聚酰亞胺纖維時，步驟(3)中使用聚酰亞胺薄膜。熱熔纖維和熱熔薄膜為熱塑性材料。在所述步驟(1)中的熱熔性纖維中添加提高復合材料性能的增容劑如馬來酸酐改性熱熔纖維材料；光觸媒自清潔添加劑納米二氧化鈦、納米氧化鋅；阻燃添加劑石墨、 納米二氧化硅；導電添加劑納米聚苯胺；抗靜電添加劑碳納米管；相變材料添加劑相變材料聚乙二醇；吸波材料添加劑納米氧化鐵，使生產(chǎn)出的竹纖維復合材料具備各種特定的功能，如自清潔、吸波、防輻射、阻燃、導電、抗靜電、抗菌、殺菌。如在熱熔薄膜的上下表面進行噴施納米二氧化鈦顆粒處理，則最終產(chǎn)品將具有自清潔功能。在所述步驟(3)中的熱熔薄膜中添加馬來酸酐、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、石墨、納米二氧化硅、納米聚苯胺、碳納米管、聚乙二醇或納米氧化鐵。所述竹纖維提前進行各種預處理如納米二氧化鈦的真空預浸潤并烘燥處理，納米氧化鋅的抗菌殺菌預處理的真空預浸潤并烘燥等處理，石墨、納米二氧化硅阻燃預處理的真空預浸潤并烘燥處理、納米聚苯胺導電預處理的真空預浸潤并烘燥處理、抗靜電預處理、相變材料預處理及吸波材料預處理等的真空預浸潤并烘燥處理，以提高竹纖維增強復合材料性能。竹纖維復合材料的生產(chǎn)加工的模具根據(jù)產(chǎn)品要求變化，可以是平板、曲面或特定形狀。各材料熔點范圍如下聚丙烯纖維150 180°C ；聚乙烯纖維100 150°C ；滌綸纖維100 280°C ；尼龍纖維100 250°C ；聚酰亞胺纖維250 450°C。由于傳統(tǒng)的復合材料制件為了達到厚度上的要求，絕大多數(shù)采用層合的形式，即用多層二維織物或用纖維纏繞來增加制件的厚度，這種二維分層結(jié)構(gòu)復合材料制件層間存在著純基體區(qū)，受力后，容易產(chǎn)生分層，造成制件損壞，抗沖擊性能不好，做不了主承力部位的結(jié)構(gòu)件，這些都是傳統(tǒng)復合材料最大的弱點。三維技術(shù)是一種新型紡織技術(shù)，理論上可達到任意厚度的織物，纖維在三維空間中沿著多個方向分布并相互交織在一起形成不分層的整體結(jié)構(gòu)，而且有穿過厚度方向的纖維，這是該技術(shù)的最大特點之一。因此由它制成的復合材料制件具有高強度、不分層、基體損傷不易擴展、高抗沖擊性能和綜合力學性能好，以及耐燒蝕、抗高溫、熱絕緣性能好等獨特的優(yōu)點。此外，采用該技術(shù)可以直接制出各種形狀、不同尺寸的整體異型預制件，如圓筒、 錐套體、工型梁、T型梁、盒型梁等，還有一些更加復雜形狀的制件。本發(fā)明的有益效果是天然竹纖維資源豐富，價格低廉；它的密度比金屬纖維及所有的無機纖維都小，而模量和拉伸強度與玻璃纖維相近，以天然竹纖維與熱塑性塑料混合制備的復合材料具備一定的環(huán)境相容性，且具有質(zhì)量輕，尺寸穩(wěn)定性高，成本低，加工性能好和對生產(chǎn)設(shè)備磨損小的特點，在許多領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。提高竹纖維增強熱塑性塑料復合材料的性能，使其應用于承載結(jié)構(gòu)件如機械構(gòu)件，是擴大產(chǎn)品應用范圍的關(guān)鍵所在。本發(fā)明的竹纖維復合材料的拉伸強度> ^Mpa，彎曲強度> 42Mpa，沖擊強度(缺口) > 5.9K/Jm2。本發(fā)明工藝簡單，可實現(xiàn)工業(yè)化，制成的竹纖維復合材料可作為結(jié)構(gòu)材料使用，并且可以根據(jù)特定需要通過添加添加劑使竹纖維復合材料具有清潔、吸波、防輻射、阻燃、導電、抗靜電、抗菌、殺菌的功能。
具體實施例方式實施例1一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，它的步驟如下(1)將竹纖維與聚乙烯纖維利用紡紗技術(shù)混紡成紗線，竹纖維的用量為聚乙烯纖維用量的；(2)將紗線制成兩維結(jié)構(gòu)布；(3)將布覆上聚乙烯薄膜，然后鋪設(shè)在模具中，在溫度為155 280°C，壓力為 90GPa的條件下熱壓5分鐘，當竹纖維與熱熔纖維和熱熔薄膜熔融結(jié)合后，停止加熱，冷卻到60°C，停止加壓；(4)將冷卻物從模具中脫除，得到竹纖維復合材料。上述實施例中，在所述步驟(1)中的熱熔性纖維中添加提高復合材料性能的增容劑如馬來酸酐改性熱熔纖維材料；光觸媒自清潔添加劑納米二氧化鈦或納米氧化鋅；阻燃添加劑石墨或納米二氧化硅；導電添加劑納米聚苯胺；抗靜電添加劑碳納米管；相變材料添加劑相變材料聚乙二醇；吸波材料添加劑納米氧化鐵，使生產(chǎn)出的竹纖維復合材料具備各種特定的功能，如自清潔、吸波、防輻射、阻燃、導電、抗靜電、抗菌、殺菌。如在熱熔薄膜的上下表面進行噴施納米二氧化鈦顆粒處理，則最終產(chǎn)品將具有自清潔功能。在所述步驟(3)中的熱熔薄膜中添加馬來酸酐、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、石墨、納米二氧化硅、納米聚苯胺、碳納米管、聚乙二醇或納米氧化鐵。所述竹纖維提前進行各種預處理如納米二氧化鈦的真空預浸潤并烘燥處理，納米氧化鋅的抗菌殺菌預處理的真空預浸潤并烘燥等處理，石墨、納米二氧化硅阻燃預處理的真空預浸潤并烘燥處理、納米聚苯胺導電預處理的真空預浸潤并烘燥處理、抗靜電預處理、相變材料預處理及吸波材料預處理等的真空預浸潤并烘燥處理，以提高竹纖維增強復合材料性能。實施例2一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，它的步驟如下(1)將竹纖維與滌綸纖維利用并紗技術(shù)混紡成紗線，竹纖維的用量為滌綸纖維用量的90% ；(2)將紗線制成多維結(jié)構(gòu)布；(3)將布覆上滌綸薄膜，然后鋪設(shè)在模具中，在溫度為105 380°C，壓力為IGPa的條件下熱壓60分鐘，當竹纖維與熱熔纖維和熱熔薄膜熔融結(jié)合后，停止加熱，冷卻到 30°C，停止加壓；(4)將冷卻物從模具中脫除，得到竹纖維復合材料。實施例3一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，它的步驟如下(1)將竹纖維與尼龍纖維利用制線技術(shù)混紡成紗線，竹纖維的用量為尼龍纖維用量的20% ；(2)將紗線制成三維結(jié)構(gòu)布；(3)將布覆上熱熔薄膜，然后鋪設(shè)在模具中，在溫度為105 350°C，壓力為90GPa 的條件下熱壓40分鐘，當竹纖維與熱熔纖維和熱熔薄膜熔融結(jié)合后，停止加熱，冷卻到 50°C，停止加壓；(4)將冷卻物從模具中脫除，得到竹纖維復合材料。實施例4一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，它的步驟如下(1)將竹纖維與聚酰亞胺纖維混紡成紗線，竹纖維的用量為聚酰亞胺纖維用量的 50% ；(2)將紗線制成布；(3)將布覆上聚酰亞胺薄膜，然后鋪設(shè)在模具中，在溫度為255 550°C，壓力為 40GPa的條件下熱壓30分鐘，當竹纖維與熱熔纖維和熱熔薄膜熔融結(jié)合后，停止加熱，冷卻到50°C，停止加壓；(4)將冷卻物從模具中脫除，得到竹纖維復合材料。實施例5一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，它的步驟如下(1)將竹纖維與尼龍纖維和玻璃纖維利用制線技術(shù)混紡成紗線，竹纖維的用量為尼龍纖維用量的60%，玻璃纖維的用量為尼龍纖維用量的5% ；(2)將紗線制成三維結(jié)構(gòu)布；(3)將布覆上熱熔薄膜，然后鋪設(shè)在模具中，在溫度為105 350°C，壓力為20GPa 的條件下熱壓40分鐘，當竹纖維與熱熔纖維和熱熔薄膜熔融結(jié)合后，停止加熱，冷卻到 60°C，停止加壓；(4)將冷卻物從模具中脫除，得到竹纖維復合材料。所述步驟(1)中玻璃纖維還可以替換為玄武巖纖維。實施例6竹纖維增強聚丙烯蜂窩墊片將20支含有4%馬來酸酐的聚丙烯纖維長絲與20支竹纖維紗線合股成10支股線，用該股線制成平紋織物，將尺寸20cm*20cm的該平紋織物上下包覆100 μ m厚的含4%馬來酸酐的聚丙烯薄膜，放入平板硫化機的平板模具中，在溫度195°C，壓力5GPa的作用下， 壓制出300 μ m厚度的膜狀平板。冷卻，取出模具，等待下一步加工；循環(huán)以上加工工藝20 次可以得到20張300 μ m厚度的膜狀平板。在該平板正反兩面間隔1. 5cm涂刷0. 5cm寬的粘結(jié)劑，而且正反面涂膠位置錯開。依次疊放堆積成一塊20cm*20cm*0. 5cm的方塊，用刀將方快切成20條lcm*20cm*0. 6cm的長條。在130度溫度下拉伸長條的正反面，并保持形態(tài)穩(wěn)定時急冷，便得到竹纖維增強聚丙烯蜂窩墊片。實施例7三維竹纖維增強聚丙烯汽車用保險杠將6支/500F含有4 %馬來酸酐的聚丙烯纖維長絲與6支竹纖維紗線合股成股線， 將該股線用三維織機制成三維鉸鏈鎖與正交交替結(jié)構(gòu)的1厘米厚的三維織物，其中經(jīng)向墊紗為6支聚丙烯纖維與竹纖維間隔排列，按照汽車用保險杠的尺寸要求織制，將該織物上下包覆500 μ m厚的含4%馬來酸酐的聚丙烯薄膜，膜與織物間均勻填放一定厚度的聚丙烯粉末，然后放入車用保險杠模具中，在溫度215°C，壓力15GPa的作用下，壓制出0. 7cm厚度的車用保險杠。冷卻，將保險杠取出模具，便得到竹纖維增強聚丙烯車用保險杠。實施例8三維竹纖維增強聚丙烯風力發(fā)電用葉片將6支/500F含有4%馬來酸酐的聚丙烯纖維長絲與6支竹纖維紗線合股成股線， 將該股線用三維針織設(shè)備制成三維添充竹纖維混合聚丙烯纖維的無紡布，復合結(jié)構(gòu)的厚度根據(jù)風力發(fā)電用葉片結(jié)構(gòu)要求漸變的三維針織物，其中經(jīng)向墊紗為6支聚丙烯纖維與竹纖維間隔排列(根據(jù)受力分析和風力發(fā)電用葉片設(shè)計的要求可以同時添加相應方向的碳纖維)，按照風力發(fā)電用葉片的尺寸要求織制，將該織物上下包覆500 μ m厚的含4 %馬來酸酐的聚丙烯薄膜，膜與織物間均勻填放一定厚度的碳纖維短纖維與聚丙烯混合粉末，然后放入風力發(fā)電用葉片模具中，在溫度215為。C，壓力50GPa的作用下，壓制出漸變厚度的風力發(fā)電用葉片。冷卻，將風力發(fā)電用葉片取出模具，便得到竹纖維增強聚丙烯風力發(fā)電用葉片。
權(quán)利要求
1.一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于它的步驟如下(1)將竹纖維與熱熔性纖維混紡成紗線；(2)將紗線制成布；(3)將布覆上熱熔薄膜，然后鋪設(shè)在模具中，在溫度為高于熱熔纖維熔點溫度5 100°C，壓力為1 90GPa的條件下熱壓5 60分鐘，當竹纖維與熱熔纖維和熱熔薄膜熔融結(jié)合后，停止加熱，冷卻到30 70°C，停止加壓；(4)將冷卻物從模具中脫除，得到竹纖維復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(1)中將竹纖維與熱熔性纖維利用紡絲、紡紗、制線或并紗技術(shù)混紡成紗線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(1)中竹纖維的質(zhì)量為熱熔性纖維質(zhì)量的1 90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(1)中的熱熔性纖維為聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、滌綸纖維、尼龍纖維或聚酰亞胺纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于在所述步驟(1) 中的竹纖維與熱熔性纖維中添加玻璃纖維或玄武巖纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(3)中的熱熔薄膜為聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、滌綸薄膜、尼龍薄膜或聚酰亞胺薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(1) 中的熱熔性纖維與步驟C3)中的熱熔薄膜性能相適應當步驟(1)中使用聚丙烯纖維時，步驟(3)中使用聚丙烯薄膜；當步驟(1)中使用聚乙烯纖維時，步驟(3)中使用聚乙烯薄膜； 當步驟(1)中使用滌綸纖維時，步驟(3)中使用滌綸薄膜；當步驟(1)中使用尼龍纖維時， 步驟C3)中使用尼龍薄膜；當步驟(1)中使用聚酰亞胺纖維時，步驟C3)中使用聚酰亞胺薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于在所述步驟(1) 中的熱熔性纖維中添加馬來酸酐、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、石墨、納米二氧化硅、納米聚苯胺、碳納米管、聚乙二醇或納米氧化鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于在所述步驟(3) 中的熱熔薄膜中添加馬來酸酐、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、石墨、納米二氧化硅、納米聚苯胺、碳納米管、聚乙二醇或納米氧化鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種竹纖維復合材料的生產(chǎn)方法，它的步驟如下(1)將竹纖維與熱熔性纖維混紡成紗線；(2)通過織造技術(shù)將紗線制成布；(3)模壓成型將布覆上熱熔薄膜，然后鋪設(shè)在模具中熱壓，當竹纖維與熱熔纖維和熱熔薄膜熔融結(jié)合后，停止加熱，冷卻到30～70℃，停止加壓；(4)將冷卻物從模具中脫除，得到竹纖維復合材料。本發(fā)明以天然竹纖維與熱塑性塑料混合制備的復合材料具備一定的環(huán)境相容性，且具有質(zhì)量輕，尺寸穩(wěn)定性高，成本低，加工性能好和對生產(chǎn)設(shè)備磨損小的特點，在許多領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。本發(fā)明的竹纖維復合材料的拉伸強度＞29Mpa，彎曲強度＞42Mpa，沖擊強度(缺口)＞5.9K/Jm2。
文檔編號D06N3/00GK102330358SQ20101022567
公開日2012年1月25日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者任家智, 吳紅艷, 張迎晨, 章偉 申請人:中原工學院