專利名稱：：阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：夭然纖維復(fù)合材料是利用天然纖維(麻纖維、木纖維等)與熱塑性樹脂或熱固性樹脂基體復(fù)合而成的一種新型復(fù)合材料，屬于綠色環(huán)保型材料。它具有密度低、隔音效果好、性能好、價(jià)格低廉、人體親和性好、可降解等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑、日用消費(fèi)品的包裝材料等領(lǐng)域，高性能天然纖維復(fù)合材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，以劍麻纖維、亞麻纖維、竹纖維、木纖維等天然纖維與酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等熱塑性或熱固性樹脂基體復(fù)合而成的復(fù)合材料已成為國(guó)內(nèi)材料界研究的新領(lǐng)域，部分新型天然纖維復(fù)合材料已得到了應(yīng)用。香蕉是廣西區(qū)內(nèi)大規(guī)模種植的經(jīng)濟(jì)作物，目前全區(qū)香蕉年產(chǎn)量約107.34萬(wàn)噸，占中國(guó)總產(chǎn)量約1/5。長(zhǎng)期以來(lái)人們只食香蕉果肉，香蕉莖葉等則隨意丟棄或堆放。實(shí)際上，香蕉除果肉外，其皮和莖葉也含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，在開發(fā)新型飼料、制藥、造紙及復(fù)合材料等領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用潛力。香蕉纖維蘊(yùn)藏于香蕉樹的韌皮內(nèi)，屬韌皮纖維類，其主要成分為纖維素，半纖維素，木質(zhì)素，灰份，脂蠟質(zhì)和果膠等物質(zhì)。以前由于人們?nèi)狈?duì)這種纖維的用途和提取技術(shù)的了解，這些莖葉被作為農(nóng)業(yè)垃圾丟棄，造成環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)。香蕉莖葉中含有大量的粗纖維，經(jīng)提取、改性可得到優(yōu)質(zhì)纖維素，是一種生態(tài)友好型的天然纖維，可用以加工成強(qiáng)度較高的紙張及食品包裝袋。哥斯達(dá)黎加用香蕉莖纖維制造的一種生態(tài)紙，適用于繪圖、印刷及制作簾子、燈罩、雕刻、藝術(shù)書刊和書的封面等。馬來(lái)西亞研究人員最近也成功地從香蕉樹干中提取纖維并制成了高級(jí)紙張。但一直沒有發(fā)現(xiàn)有提高香蕉纖維及其復(fù)合材料阻燃性能的報(bào)道。隨著高聚物材料生產(chǎn)的發(fā)展，各種塑料、合成橡膠、合成纖維及其制品，在各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。但目前生產(chǎn)和使用的高聚物材料絕大多數(shù)都是可燃的，且燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量大，溫度高，容易因不完全燃燒而冒黑煙，并隨之產(chǎn)生諸如氯化氫、氰化氫、氟化氫、苯乙烯等有毒和腐蝕性氣體，給逃難、救生和消防等工作帶來(lái)了諸多新問題。因此提高材料的阻燃性能成為迫切需要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種阻燃性能好、力學(xué)指標(biāo)高的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹月i復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題-制備本發(fā)明的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的各原料質(zhì)量百分比為-改性阻燃香蕉纖維30%環(huán)氧樹脂25-35%固化劑25-35%阻燃劑5-15%稀釋劑3-5%增韌劑1-3%固化促進(jìn)劑0.2-0.3%制備本發(fā)明的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的方法為采用常規(guī)方法對(duì)香蕉莖葉壓榨、漂白、清洗、烘干提取香蕉纖維，用偶聯(lián)劑對(duì)香蕉纖維進(jìn)行偶聯(lián)改性處理，其特征是用水性阻燃液以噴霧一浸漬一烘干的方式將香蕉纖維進(jìn)行阻燃處理后，再按配方把原料混合均勻，將混合料注入模具內(nèi)，在平板硫化機(jī)上熱壓固化成型，檢驗(yàn)合格得成品。香蕉纖維阻燃處理使用的水性阻燃液成份為(NH》2S043-5%、剛晶P(X3-10%、APP(n〈10)3-10%、貼031-5%，余為水；水性阻燃液的固體含量為12-30%。每40g纖維采用100ml的阻燃液進(jìn)行噴霧2-3次，每次間隔20-30min，再用400ml的阻燃液浸泡，浸泡的時(shí)間為40-60min，浸泡的次數(shù)2-3次。環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂。固化劑為低分子量聚酰胺樹脂。阻燃劑為雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽(MPP)、三聚氰胺氰脲酸鹽(MCA)、季戊四醇、磷酸二氫銨、四溴雙酚A(TBA)、Sb203等。阻燃劑雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽同時(shí)是輔助固化劑。稀釋劑為丙酮。增韌劑為鄰苯二甲酸二丁酯。本發(fā)明阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，很好地解決了香蕉纖維與環(huán)氧樹脂的相容性及阻燃處理技術(shù)等問題，實(shí)現(xiàn)了香蕉莖葉原料的綜合利用，處理了農(nóng)業(yè)廢棄物；制備的復(fù)合材料不僅可有天然木材的外觀，而且質(zhì)量輕，防腐、防潮、防蟲、防火，尺寸穩(wěn)定5性高，可加工性能好，能回收利用，制品成本低。具體實(shí)施方式香蕉纖維的提取可采用如下方法將香蕉莖葉剝成片狀，用雙輥壓榨機(jī)把水份壓出來(lái)，然后采用次氯酸鈉溶液漂白，用稀硫酸酸洗，再用水洗，調(diào)PH值6-7，最后用加白柔軟劑給油。香蕉纖維偶聯(lián)處理可釆用如下方法向乙醇水溶液中加入硅烷偶聯(lián)劑A-174，充分混合l-2個(gè)小時(shí)，然后用醋酸調(diào)節(jié)PH為3-5，把纖維放入上述溶液中浸泡1-2小時(shí)，取出纖維放入恒溫烘箱中在50-7(TC時(shí)烘干為止。香蕉纖維進(jìn)行阻燃處理時(shí)所用的水性阻燃液的組成為(重量百分比)(NH4)2S043-5%、NH4H2P043-10%、APP(n<10)3-10%、H萬(wàn)1-5%，水性阻燃液的固體含量為12-30%。阻燃處理時(shí)可采用噴霧一浸漬一烘干方法噴霧所用的阻燃液的用量為每40g香蕉纖維用100ml的阻燃液；將配好的水性阻燃液倒入噴霧器中，對(duì)香蕉纖維的表面噴霧2-3次，每次間隔20-30min，，使香蕉纖維的表面充分潤(rùn)濕，然后把香蕉纖維放在與噴霧用水性阻燃液成分相同的400ml浸漬液中，浸泡40-60min，浸泡的次數(shù)2-3次。然后在7(TC的恒溫干燥箱中烘干，得改性阻燃香蕉纖維。制備阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料時(shí)，首先按以下配方的質(zhì)量百分比稱取各組分改性阻燃香蕉纖維30%環(huán)氧樹脂25-35%固化劑25-35%阻燃劑5-15%稀釋劑3-5%增韌劑1-3%固化促進(jìn)劑0.2-0.3%所用的環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂，固化劑為低分子量聚酰胺樹脂，稀釋劑為丙酮，增韌劑為鄰苯二甲酸二丁酯，阻燃劑為雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽、三聚氰胺氰脲酸鹽、季戊四醇、磷酸二氫銨、TBA、SbA等，固化促進(jìn)劑為1，2-二甲基咪唑。制備時(shí)先將原料混合均勻，將混合料注入模具內(nèi)，在平板硫化機(jī)上熱壓固化成型，熱壓溫度為120°C~130°C，熱壓時(shí)間為3min7min，壓力為10MPa,然后冷卻出片。在干燥箱中7CTC恒溫加熱5小時(shí)進(jìn)行后處理。獲得產(chǎn)品后進(jìn)行檢測(cè)，項(xiàng)目包括力學(xué)性能的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度等；阻燃性能測(cè)試方法包括了極限氧指數(shù)測(cè)定法、垂直燃燒測(cè)定法等。實(shí)施例1將經(jīng)偶聯(lián)劑A-174偶聯(lián)處理過(guò)的香蕉纖維剪至5mm長(zhǎng)度后，放入真空干燥箱在70'C時(shí)恒溫1小時(shí)；試驗(yàn)分六組進(jìn)行，每組含環(huán)氧樹脂E-44100g、低分子量聚酰胺樹脂650(100g)、丙酮12.5g、鄰苯二甲酸二丁酯5g,固化促進(jìn)劑l，2-二甲基咪唑0.5g，混合均勻；將偶聯(lián)處理過(guò)的香蕉纖維也分為六組，各組香蕉纖維含量分別為該組香蕉纖維和環(huán)氧樹脂、低分子量聚酰胺樹脂、丙酮、鄰苯二甲酸二丁酯、1，2-二甲基咪唑質(zhì)量總和的0%、5%、10%、20%、30%、40%，分別為0、11.46g、24.18g、54.42g、93.28g、145.llg;向每一組上述混合物中分別加入質(zhì)量各異的長(zhǎng)5mm的香蕉纖維，電動(dòng)強(qiáng)力攪拌機(jī)分別攪拌均勻，將各組混合料分別注入模具內(nèi)，在平板硫化機(jī)上熱壓固化成型，熱壓溫度為12(TC，熱壓時(shí)間為5min，壓力為10MPa，冷卻出片。在干燥箱中7(TC恒溫加熱5小時(shí)進(jìn)行后處理。然后進(jìn)行相關(guān)力學(xué)試驗(yàn)。每種試樣測(cè)試5次，具體的力學(xué)性能見表l。表l不同纖維含量的香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能(長(zhǎng)度為5mm)\<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表l可看出香蕉纖維占原料總重超過(guò)30%時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能(除懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度以外)總體呈下降趨勢(shì)。實(shí)施例2方法跟例l相同，只是所加纖維的長(zhǎng)度分別為3mm、5mm、10mm、20raiK30mm、40mm等，含量為10%，即所加纖維的質(zhì)量為24.18g,在平板硫化機(jī)上熱壓固化成型，熱壓溫度為130°C，熱壓時(shí)間為3min，壓力為10MPa,然后冷卻出片。在干燥箱中7(TC恒溫加熱5小時(shí)進(jìn)行后處理。每種試樣測(cè)試5次，具體的力學(xué)性能見表2。表2不同纖維長(zhǎng)度的香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能(含量為10%)\性能拉伸斷裂彎曲壓縮懸臂梁缺口\強(qiáng)度伸長(zhǎng)強(qiáng)度強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度\(MPa)率(％)(MPa)(MPa)(比(KJ/m2)纖維長(zhǎng)^\例為20W3mm30-4013-1540-5040-6010-115mm40-504-555-6080-905-610mm52-603-495-10090-1005-620ram55-652-3105-110110-1204-530羅70-801.5-2.5115-125140-1503-440誦60-701-2100-110110-1252-3由表2可看出香蕉纖維的長(zhǎng)度為30miri左右時(shí)復(fù)合材料的力學(xué)性能最好。實(shí)施例3稱取環(huán)氧樹脂E-44(100g)，低分子量聚酰胺樹脂650(100g)、TBA為30g、Sb20310g，丙酮llg、鄰苯二甲酸二丁酯6.5g、促進(jìn)劑l，2-二甲基咪唑0.8g,把經(jīng)偶聯(lián)、阻燃處理過(guò)的纖維按總質(zhì)量的30%(110.43g)加入。在平板硫化機(jī)上熱壓固化成型，熱壓溫度為120'C，熱壓時(shí)間為6min，壓力為10MPa,然后冷卻出片。在干燥箱中7(TC恒溫加熱5小時(shí)進(jìn)行后處理。其余步驟與實(shí)施例1相同。試樣按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試5次，具體的力學(xué)性能和阻燃性能見表3。實(shí)施例4用的阻燃劑為雙氰胺8g、季戊四醇8g、磷酸二氫銨24g，其余與實(shí)施例3相同。在平板硫化機(jī)上熱壓固化成型，試樣按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試5次，具體的力學(xué)性能和阻燃性能見表3.實(shí)施例5用的阻燃劑為MPP30g、季戊四醇10g,其余與實(shí)施例3相同。試樣按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試5次，具體的力學(xué)性能和阻燃性能見表3。實(shí)施例6用的阻燃劑為三聚氰胺氰脲酸鹽32g，Sb203的用量為8g,其余與實(shí)施例3相同。試樣按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試5次，具體的力學(xué)性能和阻燃性能見表3.表3不同阻燃劑的香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能和阻燃性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，為提高相關(guān)技術(shù)性能的需要，制作時(shí)還可添加其它有關(guān)常規(guī)助劑，如為提高材料的抗老化性能可加抗紫外線劑，為提高材料的加工性能可添加潤(rùn)滑劑、脫模劑，為染色可添加著色劑等。權(quán)利要求1.一種阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其特征是阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中各組分的質(zhì)量百分比為改性阻燃香蕉纖維30％環(huán)氧樹脂25-35％固化劑25-35％阻燃劑5-15％稀釋劑3-5％增韌劑1-3％固化促進(jìn)劑0.2-0.3％。2.—種阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，采用常規(guī)方法對(duì)香蕉莖葉壓榨、漂白、清洗、烘干提取香蕉纖維，用偶聯(lián)劑對(duì)香蕉纖維進(jìn)行偶聯(lián)改性處理，其特征是用水性阻燃液以噴霧一浸漬一烘干的方式將香蕉纖維進(jìn)行阻燃處理后，再按配方把原料混合均勻，將混合料注入模具內(nèi)，在平板硫化機(jī)上熱壓固化成型，檢驗(yàn)合格得成品。3.如權(quán)利要求2所述的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是香蕉纖維阻燃處理使用的水性阻燃液成份為(NH4)2S043-5%、NH4H2P043-10%、APP(n〈10)3-10%、H3B031-5%,余為水；水性阻燃液的固體含量為12-30%;處理方法是每40g香蕉纖維采用100ml的阻燃液進(jìn)行噴霧2-3次，每次間隔20-30min，再用成分相同的水性阻燃液400ml浸泡，浸泡的時(shí)間為40-60min，浸泡的次數(shù)2-3次。4.如權(quán)利要求2所述的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂。5.如權(quán)利要求2所述的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是固化劑為低分子量聚酰胺樹脂。6.如權(quán)利要求2所述的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是阻燃劑為雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽、三聚氰胺氰脲酸鹽、季戊四醇、磷酸二氫銨、TBA、SbA。7.如權(quán)利要求6所述的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是阻燃劑雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽同時(shí)是輔助固化劑。8.如權(quán)利要求2所述的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是稀釋劑為丙酮。9.如權(quán)利要求2所述的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是增韌劑為鄰苯二甲酸二丁酯。10.如權(quán)利要求2所述的阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是固化促進(jìn)劑為l，2-二甲基咪唑。全文摘要一種阻燃香蕉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，各組分的重量百分比為改性阻燃香蕉纖維30％，環(huán)氧樹脂25-35％，固化劑25-35％，阻燃劑5-15％，稀釋劑3-5％，增韌劑1-3％，固化促進(jìn)劑0.2-0.3％。其制備采用常規(guī)方法提取香蕉纖維，對(duì)香蕉纖維偶聯(lián)改性、對(duì)香蕉纖維進(jìn)行阻燃處理后，再按配方把原料混合均勻，熱壓固化成型。本發(fā)明解決了香蕉纖維與環(huán)氧樹脂的相容性及阻燃處理問題，實(shí)現(xiàn)了香蕉莖葉的綜合利用，處理了農(nóng)業(yè)廢棄物；制備的復(fù)合材料不僅可有天然木材的外觀，而且質(zhì)量輕，防腐、防潮、防蟲、防火，尺寸穩(wěn)定性高，可加工性能好，能回收利用，制品成本低。文檔編號(hào)C08J5/04GK101260222SQ200810073548公開日2008年9月10日申請(qǐng)日期2008年4月22日優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日發(fā)明者唐忠平,龐錦英,藝梁,王榮華,莫小翠,莫羨忠申請(qǐng)人:廣西師范學(xué)院