專利名稱：改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于植物纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，天然植物纖維作為復(fù)合材料增強(qiáng)體的優(yōu)勢越來越引起人們的關(guān)注。竹材具有天然的螺旋增韌結(jié)構(gòu)，竹纖維具有很高的強(qiáng)度和模量，單根毛竹纖維縱向拉伸強(qiáng)度可達(dá)143(Tl690MPa，拉伸模量達(dá)到320(T3460MPa，但竹纖維的密度僅為1. 38g/cm3左右，竹纖維具有高比強(qiáng)度(1036 1224MPa · cm3/g)和比模量(75廣887MPa · cm3 /g)的優(yōu)良特性。竹子生長周期短，資源豐富(我國現(xiàn)有竹林總面積6300多萬畝，占全世界竹林總面積的三分之一)，價格低廉。不飽和聚酯是最重要的樹脂基復(fù)合材料基體之一，廣泛應(yīng)用在船舶、汽車、建筑、運動器材以及家具等領(lǐng)域。目前不飽和聚酯約占全部熱固性樹脂市場銷售份額的40%。因此，采用竹纖維作為增強(qiáng)體，以模壓工藝制備高強(qiáng)度的竹纖維/不飽和聚酯復(fù)合材料是開發(fā)高附加值的竹纖維產(chǎn)品的新途徑。目前在植物纖維/塑料復(fù)合材料領(lǐng)域，大量的研究著眼于提高纖維與塑料基體的結(jié)合強(qiáng)度。通常，植物纖維是作為復(fù)合材料的填充材料，其提高復(fù)合材料性能的程度有限。由于植物纖維是親水性的，而作為熱固性樹脂的不飽和聚酯是憎水性的，二者之間的界面結(jié)合強(qiáng)度很低。盡管有些研究采用硅烷、丙烯酸酐類偶聯(lián)劑來改善纖維與樹脂之間的界面結(jié)合，但提高程度仍然有限，而且一些偶聯(lián)劑用量大，復(fù)合材料的強(qiáng)度與成本無法與玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料競爭。另外，由于植物纖維體積蓬松，而纖維表面改性劑體積相對較小，要使改性劑能均勻地包覆纖維表面，制備過程中通常使用有機(jī)溶劑溶解改性劑，然后再噴灑在纖維表面；而有機(jī)溶劑通常易揮發(fā)，使用有機(jī)溶劑不僅污染周圍環(huán)境，其回收利用也是復(fù)合材料制備過程中的難題。因此，研發(fā)新的植物纖維改性劑特別是不采用有機(jī)溶劑的纖維表面改性方法以提高纖維與樹脂基體的相容性是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中植物纖維與樹脂界面結(jié)合強(qiáng)度低，制備出的復(fù)合材料力學(xué)性能不好，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度不高等問題。本發(fā)明方法制備的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料和改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料均具有很好的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料采用化學(xué)竹漿纖維與不飽和聚酯樹脂及引發(fā)劑熱壓成型，得到化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料。所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料的各原料組分的質(zhì)量份數(shù)是化學(xué)竹漿纖維50-60份；不飽和聚酯樹脂50-60份；引發(fā)劑0. 5-0. 6份。其中采用的不飽和聚酯樹脂(UPE)由Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物，購自美國Ashland Chemical公司)和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯，購自美國Ashland
4Chemical公司)樹脂混合而成；所述的混合過程是稱取Aropol 7030樹脂和LP-4016樹脂于混合設(shè)備中攪拌25-35min，然后依次加入苯乙烯和硬脂酸鋅，繼續(xù)攪拌100-140min后即得不飽和聚酯樹脂；所述的各組分的質(zhì)量份數(shù)是=Aropol 7030樹脂900-920份，LP-4016 樹脂400-440份，苯乙烯60-80份，硬脂酸鋅60-65份。引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯。本發(fā)明的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料的制備方法(1)將毛竹化學(xué)漿板用裁紙刀剪切成如mX4cm規(guī)格的紙片，在室溫下置于蒸餾水中浸泡4- ，然后把浸泡過的紙片用打漿機(jī)疏解5-15min，使紙片完全分離為紙漿纖維；用帶有金屬過濾網(wǎng)的方形抄紙器將紙漿濾水后抄成20cmX 20cm規(guī)格的濕紙坯，然后置于100_105°C烘箱中烘至絕干；(2)按原料配比稱取不飽和聚酯樹脂和引發(fā)劑，混合后攪拌0. 5-2min,使之混合均勻；(3)干燥后的竹漿坯從烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷卻至室溫，把步驟(2)的不飽和聚酯樹脂與引發(fā)劑混合物均勻涂敷在竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫下以3-4MPa的壓力冷壓3-8min，使樹脂滲透入竹漿坯中；然后熱壓機(jī)升溫至100-120°C在3-4MPa壓力下預(yù)熱壓8-12min ；繼續(xù)升溫至140-160° C，同時壓力也提升到4-5MPa熱壓25-35min ；熱壓完成后模具隔熱保壓90-120min，并使之自然冷卻至室溫。本發(fā)明的改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料采用改性劑對化學(xué)竹漿纖維進(jìn)行改性后， 將改性的化學(xué)竹漿纖維與UPE樹脂及引發(fā)劑熱壓成型，得到改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料。 所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料的各原料組分的質(zhì)量份數(shù)是改性化學(xué)竹漿纖維80-100份； 不飽和聚酯樹脂80-100份；引發(fā)劑1-1. 25份。采用的不飽和聚酯樹脂(UPE)由Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物，購自美國Ashland Chemical公司)和 LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯，購自美國Ashland Chemical公司)樹脂混合而成； 引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯；改性劑采用N-羥甲基丙烯酰胺；英文名為=N-Methylol Acrylamide,即NMA，分子式為C4H7N02。改性過程為將化學(xué)竹漿纖維在100_105°C條件下烘至絕干，將占化學(xué)竹漿纖維質(zhì)量廣5%的改性劑與催化劑稀硫酸混合并溶解于蒸餾水中， 然后均勻噴灑在竹漿纖維表面，在100-105°C烘箱中烘至絕干后取出，即得改性化學(xué)竹漿纖維；所述的稀硫酸的質(zhì)量為改性劑的絕干質(zhì)量的3-7% ；所述的稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12% ； 所述的蒸餾水的體積與竹漿纖維的質(zhì)量比為ImL :lg。本發(fā)明的改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料的制備方法為(1)將毛竹化學(xué)漿板用裁紙刀剪切成4cmX4cm規(guī)格的紙片，在室溫下置于蒸餾水中浸泡4_8h，然后把浸泡過的紙片用打漿機(jī)疏解lOmin，使紙片完全分離為紙漿纖維。用帶有金屬過濾網(wǎng)的方形抄紙器將紙漿濾水后抄成20cmX 20cm規(guī)格的濕紙坯，然后置于100_105°C烘箱中烘至絕干；(2)按原料配比稱取不飽和聚酯樹脂和引發(fā)劑，混合后攪拌0. 5-2min,使之混合均勻；(3)干燥后的改性竹漿坯從烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷卻至室溫，把步驟(2)的不飽和聚酯樹脂與引發(fā)劑混合物均勻涂敷在改性竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫下以3-4MPa的壓力冷壓3-8min，使樹脂滲透入竹漿坯中；然后熱壓機(jī)升溫至100-120°C在3_4MI^壓力下預(yù)熱壓 8-12min ；繼續(xù)升溫至140-160° C，同時壓力也提升到4_5MPa熱壓25_35min ；熱壓完成后模具隔熱保壓90-120min，并使之自然冷卻至室溫。本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于本發(fā)明采用優(yōu)化的工藝參數(shù)組合纖維與UPE樹脂的用量比(質(zhì)量比)為1 1，熱壓溫度150°c，熱壓時間30min，以模壓工藝可制備力學(xué)性能較好的化學(xué)竹漿纖維/不飽和聚酯復(fù)合材料。采用N-羥甲基丙烯酰胺對化學(xué)竹漿纖維進(jìn)行改性，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及彎曲模量有顯著的提高。


圖1是UPE及UPE與化學(xué)竹漿纖維混合物的示差掃描量熱分析(DSC)曲線圖。圖2是NMA用量對復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響。圖3是NMA用量對復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響。圖4是NMA用量對復(fù)合材料彎曲模量的影響。圖5是化學(xué)竹漿纖維/UPE復(fù)合材料拉伸斷面SEM圖像。其中(a)纖維未處理；(b) 5%NMA用量處理纖維。圖6是不同處理的化學(xué)竹漿纖維經(jīng)無水醋酸乙酯抽提后的FT-IR圖譜。其中圖中上邊的曲線為化學(xué)竹漿纖維未經(jīng)任何處理(對照)由無水醋酸乙酯抽提后的FIlR圖譜；中間的曲線為化學(xué)竹漿纖維經(jīng)NMA處理后，再經(jīng)無水醋酸乙酯抽提后的FIlR圖譜；下方的曲線為純NMA的FIlR圖譜。圖7為化學(xué)竹漿纖維與NMA以及UPE之間化學(xué)反應(yīng)式。圖中CP代表化學(xué)竹漿纖維；UPE代表不飽和聚酯；styrene為苯乙烯；TBPB為過氧化苯甲酸叔丁酯；NMA為N-羥甲
基丙烯酰胺。
具體實施例方式實施例1
原料化學(xué)竹漿纖維(CP)由福建邵武中竹紙業(yè)有限公司提供；不飽和聚酯樹脂(UPE) 由Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物，購自美國Ashland Chemical 公司)和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯，購自美國Ashland Chemical公司)樹脂混合而成；引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)；改性劑N-羥甲基丙烯酰胺(NMA)與苯乙烯均由美國Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)公司提供；其他化學(xué)試劑是通過商業(yè)途徑購買并直接使用?；瘜W(xué)竹漿纖維復(fù)合材料
原料不飽和聚酯樹脂(UPE)由Aropol 7030樹脂(60%飽和聚酯與40%苯乙烯混合物) 和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯)樹脂混合而成。混合過程中稱取的Aropol 7030樹脂質(zhì)量為910g，LP-4016樹脂質(zhì)量為420g ；先將兩種樹脂倒入1500mL玻璃杯中攪拌30min， 然后依次加入70g的苯乙烯和63g的硬脂酸鋅，繼續(xù)攪拌120min后即形成最后備用的不飽和聚酯樹脂。制備方法竹化學(xué)漿板用裁紙刀剪切成kmX4cm規(guī)格的紙片，在室溫下置于蒸餾水中浸泡4h以上，然后把浸泡過的紙片用打漿機(jī)疏解lOmin，使紙片完全分離為紙漿纖維。用帶有金屬過濾網(wǎng)的方形抄紙器將紙漿濾水后抄成20cmX20cm規(guī)格的濕紙坯，然后置于103° C烘箱中烘至絕干。稱取UPE以及占UPE質(zhì)量1%比例(0. Sg)的TBPB，混合后用玻棒攪勻lmin。干燥后的竹漿坯從烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷卻至室溫時，把 UPE與TBPB混合物均勻涂敷在竹纖維漿坯的兩表面，然后移至鋼模中，在室溫以及3. 24MPa 壓力下冷壓5min，使樹脂滲透入紙坯中。然后熱壓機(jī)升溫至110° C在3. 24MI^下預(yù)熱壓 IOmin ；繼續(xù)升溫至150° C，同時壓力也提升到4. 32MPa熱壓30min。熱壓完成后模具隔熱保壓lOOmin，并使之自然冷卻至室溫。所述制備過程中，化學(xué)竹漿纖維與UPE的用量比，按照質(zhì)量比為1 1 ；所述引發(fā)劑的用量為不飽和聚酯樹脂質(zhì)量的1%。改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料
采用占竹纖維質(zhì)量1%用量的改性劑NMA (干重)對化學(xué)竹漿纖維進(jìn)行改性，將改性的化學(xué)竹漿纖維與不飽和聚酯及引發(fā)劑熱壓成型，得到改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料。改性劑采用N-羥甲基丙烯酰胺(即NMA)，改性過程為將化學(xué)竹漿纖維在103°C條件下烘至絕干， 將占化學(xué)竹漿纖維質(zhì)量1%的改性劑NMA與10%濃度的稀硫酸混合液體溶解于蒸餾水中，稀硫酸用量(10%濃度)為NMA干重的5% ；蒸餾水用量按照每80g竹漿纖維用SOmL蒸餾水計算，然后用噴壺均勻噴灑在竹漿纖維表面，在103°C烘箱中烘至絕干后取出，得到改性的化學(xué)竹漿纖維；采用的UPE樹脂由Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物)和 LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯)樹脂混合而成；引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)。制備方法稱取80g的UPE以及占UPE質(zhì)量1%比例的TBPB，混合后用玻棒攪勻lmin。將干燥后的改性竹纖維漿坯從烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷卻至室溫時，把UPE與TBPB混合物均勻涂敷在改性竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫以及 3. 24ΜΙ^壓力下冷壓5min，使樹脂滲透入紙坯中。然后熱壓機(jī)升溫至110° C在3. 24ΜΙ^下預(yù)熱壓IOmin ；繼續(xù)升溫至150° C，同時壓力也提升到4. 32MPa熱壓30min。熱壓完成后模具隔熱保壓lOOmin，并使之自然冷卻至室溫。所述制備過程中，改性的化學(xué)竹漿纖維與UPE 的用量比，按照質(zhì)量比為1 1 ；所述引發(fā)劑的用量為不飽和聚酯樹脂質(zhì)量的1%。實施例2
原料化學(xué)漿纖維(CP)由福建邵武中竹紙業(yè)有限公司提供；不飽和聚酯樹脂(UPE)由 Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物)和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯)樹脂混合而成，由美國Ashland Chemical公司提供；引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯 (TBPB)以及改性劑N-羥甲基丙烯酰胺NMA、苯乙烯均由美國Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)公司提供；其他化學(xué)試劑是通過商業(yè)途徑購買并直接使用?；瘜W(xué)竹漿纖維復(fù)合材料
原料不飽和聚酯樹脂(UPE)由Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物)和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯)樹脂混合而成。
制備方法竹化學(xué)漿板用裁紙刀剪切成4cmX4cm規(guī)格的紙片，在室溫下置于蒸餾水中浸泡4h以上，然后把浸泡過的紙片用打漿機(jī)疏解lOmin，使紙片完全分離為紙漿纖維。 用帶有金屬過濾網(wǎng)的方形抄紙器將紙漿濾水后抄成20cmX 20cm規(guī)格的濕紙坯，然后置于 103° C烘箱中烘至絕干。稱取UPE以及占UPE質(zhì)量1%比例(0.8g)的TBPB，混合后用玻棒攪勻lmin。干燥后的竹纖維漿坯從烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷卻至室溫時， 把UPE與TBPB混合物均勻涂敷在竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫以及3. 24MPa 壓力下冷壓5min，使樹脂滲透入紙坯中。然后熱壓機(jī)升溫至110° C在3. 24MI^下預(yù)熱壓 IOmin ；繼續(xù)升溫至150° C，同時壓力也提升到4. 32MPa熱壓30min。熱壓完成后模具隔熱保壓lOOmin，并使之自然冷卻至室溫。所述制備過程中，化學(xué)竹漿纖維與UPE的用量比，按照質(zhì)量比為1 1 ；所述引發(fā)劑的用量為不飽和聚酯樹脂質(zhì)量的1%。改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料
采用占竹纖維質(zhì)量3%用量的改性劑NMA對化學(xué)竹漿纖維進(jìn)行改性后，將改性的化學(xué)竹漿纖維與不飽和聚酯及引發(fā)劑熱壓成型，得到改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料。改性劑采用 N-羥甲基丙烯酰胺即NMA，改性過程為將化學(xué)竹漿纖維在103°C條件下烘至絕干，將占化學(xué)竹漿纖維質(zhì)量3%的改性劑NMA與10%濃度的稀硫酸混合液體溶解于蒸餾水中，稀硫酸用量(10%濃度)為NMA干重的5% ；蒸餾水用量按照每80g竹漿纖維用SOmL蒸餾水計算，然后均勻噴灑在竹漿纖維表面，在103°C烘箱中烘至絕干后取出，得到改性的化學(xué)竹漿纖維；采用的UPE樹脂由Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物)和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯)樹脂混合而成；引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)。制備方法稱取80g的UPE以及占UPE質(zhì)量1%比例(0. 8g)的TBPB，混合后用玻棒攪勻lmin。干燥后的改性竹纖維漿坯從烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷卻至室溫時，把UPE與TBPB混合物均勻涂敷在改性竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫以及 3. 24ΜΙ^壓力下冷壓5min，使樹脂滲透入紙坯中。然后熱壓機(jī)升溫至110° C在3. 24ΜΙ^下預(yù)熱壓IOmin ；繼續(xù)升溫至150° C，同時壓力也提升到4. 32MPa熱壓30min。熱壓完成后模具隔熱保壓lOOmin，并使之自然冷卻至室溫。所述制備過程中，改性的化學(xué)竹漿纖維與UPE 的用量比，按照質(zhì)量比為1 1 ；所述引發(fā)劑的用量為不飽和聚酯樹脂質(zhì)量的1%。實施例3
原料化學(xué)竹漿纖維(CP)由福建邵武中竹紙業(yè)有限公司提供；不飽和聚酯樹脂(UPE) 由Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物)和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯)樹脂混合而成，由美國Ashland Chemical公司提供；引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)以及改性劑N-羥甲基丙烯酰胺即NMA、苯乙烯均由美國Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)公司提供；其他化學(xué)試劑是通過商業(yè)途徑購買并直接使用?；瘜W(xué)竹漿纖維復(fù)合材料
原料不飽和聚酯樹脂(UPE)由Aropol 7030樹脂(60%飽和聚酯與40%苯乙烯混合物) 和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯)樹脂混合而成?；旌线^程中稱取的Aropol 7030樹脂質(zhì)量為910g，LP-4016樹脂質(zhì)量為420g ；先將兩種樹脂倒入1500mL玻璃杯中攪拌30min， 然后依次加入70g的苯乙烯和63g的硬脂酸鋅，繼續(xù)攪拌120min后即形成最后備用的不飽和聚酯樹脂。制備方法竹化學(xué)漿板用裁紙刀剪切成4cmX4cm規(guī)格的紙片，在室溫下置于蒸餾水中浸泡4h以上，然后把浸泡過的紙片用打漿機(jī)疏解lOmin，使紙片完全分離為紙漿纖維。 用帶有金屬過濾網(wǎng)的方形抄紙器將紙漿濾水后抄成20cmX 20cm規(guī)格的濕紙坯，然后置于 103° C烘箱中烘至絕干。稱取80g的UPE以及占UPE質(zhì)量1%比例(0. 8g)的TBPB，混合后用玻棒攪勻lmin。干燥后的竹纖維漿坯從烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷卻至室溫時，把UPE與TBPB混合物均勻涂敷在竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫以及3. 24MPa 壓力下冷壓5min，使樹脂滲透入紙坯中。然后熱壓機(jī)升溫至110° C在3. 24MI^下預(yù)熱壓 IOmin ；繼續(xù)升溫至150° C，同時壓力也提升到4. 32MPa熱壓30min。熱壓完成后模具隔熱保壓lOOmin，并使之自然冷卻至室溫。所述制備過程中，化學(xué)竹漿纖維與UPE的用量比，按照質(zhì)量比為1 1 ；所述引發(fā)劑的用量為不飽和聚酯樹脂質(zhì)量的1%。改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料
采用占竹纖維干重5%用量的改性劑NMA對化學(xué)竹漿纖維進(jìn)行改性后，將改性的化學(xué)竹漿纖維與不飽和聚酯及引發(fā)劑熱壓成型，得到改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料。改性劑采用
8N-羥甲基丙烯酰胺即NMA，改性過程為將化學(xué)竹漿纖維在103°C條件下烘至絕干，將占化學(xué)竹漿纖維質(zhì)量5%的改性劑NMA與10%濃度的稀硫酸混合液體溶解于蒸餾水中，稀硫酸用量(10%濃度)為NMA干重的5% ；蒸餾水用量按照每80g竹漿纖維用SOmL蒸餾水計算，然后用噴壺均勻噴灑在竹漿纖維表面，在103°C烘箱中烘至絕干后取出，得到改性的化學(xué)竹漿纖維；采用的UPE樹脂由Aropol 7030樹脂(60%不飽和聚酯與40%苯乙烯混合物)和LP-4016 (主要成分為聚醋酸乙酯)樹脂混合而成；引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)。制備方法稱取80g的UPE以及占UPE質(zhì)量1%比例(0. 8g)的TBPB，混合后用玻棒攪勻lmin。將干燥后的改性竹纖維漿坯從烘箱中取出后用塑料密封袋包好后待冷卻至室溫時，把UPE與TBPB混合物均勻涂敷在改性竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫以及 3. 24ΜΙ^壓力下冷壓5min，使樹脂滲透入紙坯中。然后熱壓機(jī)升溫至110° C在3. 24ΜΙ^下預(yù)熱壓IOmin ；繼續(xù)升溫至150° C，同時壓力也提升到4. 32MPa熱壓30min。熱壓完成后模具隔熱保壓lOOmin，并使之自然冷卻至室溫。所述制備過程中，改性的化學(xué)竹漿纖維與UPE 的用量比，按照質(zhì)量比為1 1 ；所述引發(fā)劑的用量為不飽和聚酯樹脂質(zhì)量的1%。實施例4
(I)UPE固化溫度的確定
采用示差掃描量熱儀分析確定UPE固化溫度室溫下稱取20g的UPE與0. 2g的TBPB 混合均勻后置于冰箱中備用，另用刀片刮取20g的化學(xué)竹漿纖維并在瑪瑙研缽中粉碎后與 20g的UPE以及0. 2g的TBPB混合均勻后置于冰箱中備用。分別稱量10 mg左右的兩種樣品置于鋁質(zhì)樣品池中，起始溫度30°C，以升溫速率10°C /min加熱到300°C，DSC曲線如圖1 示。由圖1可見，在134. 33°C處純UPE與TBPB混合物曲線有一明顯的放熱峰，可以推斷此區(qū)域即為UPE的固化反應(yīng)范圍，固化從110°C左右開始到160°C左右結(jié)束。由UPE與TBPB、 竹纖維混合物的DSC曲線，可見混合物的放熱峰約為132°C，無大的變化。因此，設(shè)定復(fù)合材料的熱壓溫度為150°C左右。(2)復(fù)合材料板力學(xué)性能測試
復(fù)合材料制成啞鈴型試樣(規(guī)格IOOmmX 12mmX3. Omm)以測試?yán)煨阅埽粡澢阅軠y試樣品為長條狀(規(guī)格60 mmX12mmX3. 0mm)o拉伸測試依據(jù)ASTM D 3039-06以及ASTM D 638-4進(jìn)行；彎曲測試依據(jù)ASTM D 790-03標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。所有測試都在Sintech MTS力學(xué)試驗機(jī)(Enuclaw，WA)上完成。NMA用量對復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響
由圖2知，與對照(拉伸強(qiáng)度為58. 94MPa)比較，NMA用量為的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度 (64. 72MPa)提高10. 1%，NMA用量為3%的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度(71. 66MPa)提高21. 6%，NMA 用量為5%的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度(73. 02MPa)提高23. 9%。NMA用量對復(fù)合材料彎曲性能的影響
由圖3知，與對照(彎曲強(qiáng)度為115. IOMPa)比較，NMA用量為1 %的復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度(1 . 20MPa)提高11. 4%，用量為3%與5%的復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度分別為144. 78MPa、 151. 44MPa，與對照比較分別提高25. 8%與31. 6%。由圖4知，與對照(彎曲模量為7. 4IGPa) 比較，NMA用量為的復(fù)合材料彎曲模量(7. 48GPa)提高0. 9% ；用量為3%與5%的復(fù)合材料彎曲模量分別提高14. 2%與22. 7%。(3)復(fù)合材料拉伸斷裂表面掃描電鏡(SEM)分析采用Quanta 600 FEG電鏡對復(fù)合材料的拉伸斷裂表面進(jìn)行分析，樣品表面鍍金處理 (厚度8-lOnm)。由圖5 (a)可見，纖維未經(jīng)改性劑處理的復(fù)合材料拉伸斷面有許多孔隙以及單個被拔脫的纖維；這些孔隙可能是由于樹脂與纖維結(jié)合較薄弱，纖維從樹脂基體中被拔脫后留下的。由圖5 (b)可見經(jīng)過NMA改性后的竹纖維/UPE復(fù)合材料斷面中纖維與樹脂之間的界面較模糊，雖有部分纖維露在外面，但其表面殘留著許多基體顆粒。可見，纖維拔脫時伴隨著基體塑料一起脫離，無拔脫留下的孔洞，斷裂部位不在兩相界面之間，表明纖維與樹脂結(jié)合較好。(4)化學(xué)竹漿纖維改性前后傅立葉紅外光譜(FT-IR)分析
不同處理的化學(xué)竹漿纖維經(jīng)無水醋酸乙酯抽提后的FT-IR圖譜，見圖6。由圖6可見 經(jīng)過NMA處理過的竹纖維，在1662CHT1處有一明顯的吸收峰，這只能是來自NMA中的C=O鍵的伸縮振動引起的；在1536CHT1處也有一明顯的特征峰，這也只能是來自NMA中的N—H鍵的彎曲振動引起的。而未經(jīng)過NMA處理的竹纖維紅外圖譜則沒有這些特征峰，這表明經(jīng)過改性后，NMA與竹纖維表面之間確實形成了共價鍵結(jié)合。當(dāng)改性的竹纖維與不飽和聚酯熱壓復(fù)合時，NMA另一端的不飽和雙鍵就被引入到不飽和聚酯反應(yīng)體系中。作為UPE固化時的引發(fā)劑，TBPB在受熱時會分解釋放出自由基，UPE與改性竹纖維端基中的不飽和雙鍵均可能受自由基的作用而斷裂，從而在竹纖維、UPE與苯乙烯之間產(chǎn)生交聯(lián)作用，這種反應(yīng)可進(jìn)一步引起UPE的鏈?zhǔn)骄酆?，從而進(jìn)一步促進(jìn)了 UPE的固化，也提高了 UPE與化學(xué)竹漿纖維的結(jié)合。NMA與UPE之間的反應(yīng)過程如圖7所示。這是纖維經(jīng)過NMA改性后，力學(xué)性能得以提高的機(jī)理。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，其特征在于所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料是由化學(xué)竹漿纖維與不飽和聚酯樹脂及引發(fā)劑通過熱壓成型工藝得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，其特征在于所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料的各原料組分的質(zhì)量份數(shù)是化學(xué)竹漿纖維50-60份；不飽和聚酯樹脂50-60份； 引發(fā)劑0. 5-0. 6份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，其特征在于所述不飽和聚酯樹脂由Aropol 7030樹脂和LP-4016樹脂混合而成；所述的Aropol 7030樹脂是不飽和聚酯與苯乙烯的質(zhì)量比為60:40組成的混合物；所述的LP-4016樹脂的主要成分為聚醋酸乙酯； 所述的混合過程是稱取Aropol 7030樹脂和LP-4016樹脂于混合設(shè)備中攪拌25-35min， 然后依次加入苯乙烯和硬脂酸鋅，繼續(xù)攪拌100-140min后即得不飽和聚酯樹脂；所述的各組分的質(zhì)量份數(shù)是Aropol 7030樹脂900-920份，LP-4016樹脂400-440份，苯乙烯60-80 份，硬脂酸鋅60-65份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，其特征在于所述引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯。
5.一種如權(quán)利要求1所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的制備方法的具體步驟如下(1)將毛竹化學(xué)漿板用裁紙刀剪切成4cmX4cm規(guī)格的紙片，在室溫下置于蒸餾水中浸泡4-8h，然后把浸泡過的紙片用打漿機(jī)疏解5-15min，使紙片完全分離為紙漿纖維；用帶有金屬過濾網(wǎng)的方形抄紙器將紙漿濾水后抄成20cmX20cm規(guī)格的濕紙坯，然后置于 100-105°C烘箱中烘至絕干；(2)按原料配比稱取不飽和聚酯樹脂和引發(fā)劑，混合后攪拌0.5-2min，使之混合均勻；(3)干燥后的竹漿坯從烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷卻至室溫，把步驟(2)的不飽和聚酯樹脂與引發(fā)劑混合物均勻涂敷在竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫下以3-4MPa的壓力冷壓3-8min，使樹脂滲透入竹漿坯中；然后熱壓機(jī)升溫至100-120°C在 3-4MPa壓力下預(yù)熱壓8-12min ；繼續(xù)升溫至140-160° C，同時壓力也提升到4_5MPa熱壓 25-35min ；熱壓完成后模具隔熱保壓90-120min，并使之自然冷卻至室溫。
6.一種改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，其特征在于所述的改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料是由改性化學(xué)竹漿纖維與不飽和聚酯樹脂及引發(fā)劑通過熱壓成型的工藝得到的；所述的改性化學(xué)竹漿纖維是采用改性劑對化學(xué)竹漿纖維進(jìn)行改性后得到的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，其特征在于所述的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料的各原料組分的質(zhì)量份數(shù)是改性化學(xué)竹漿纖維80-100份；不飽和聚酯樹脂 80-100份；引發(fā)劑1-1. 25份。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，其特征在于所述改性劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)是45-50%的N-羥甲基丙烯酰胺溶液；所述的改性過程為將化學(xué)竹漿纖維在 100-105°C條件下烘至絕干，將占化學(xué)竹漿纖維質(zhì)量廣5%的改性劑與催化劑稀硫酸混合并溶解于蒸餾水中，然后均勻噴灑在竹漿纖維表面，在100-105°C烘箱中烘至絕干后取出，即得改性化學(xué)竹漿纖維；所述的稀硫酸的質(zhì)量為改性劑的絕干質(zhì)量的3-7% ；所述的稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12% ；所述的蒸餾水的體積與竹漿纖維的質(zhì)量比為ImL :lg。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，其特征在于所述不飽和聚酯樹脂主要由Aropol 7030樹脂和LP-4016樹脂混合而成；所述的Aropol 7030樹脂是不飽和聚酯與苯乙烯的質(zhì)量比為60:40組成的混合物；所述的LP-4016樹脂的主要成分為聚醋酸乙酯；所述的混合過程是稱取Aropol 7030樹脂和LP-4016樹脂于混合設(shè)備中攪拌25-35min，然后依次加入苯乙烯和硬脂酸鋅，繼續(xù)攪拌100-140min后即得不飽和聚酯樹脂；所述的各組分的質(zhì)量份數(shù)是=Aropol 7030樹脂900-920份，LP-4016樹脂400-440份， 苯乙烯60-80份，硬脂酸鋅60-65份；所述的引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯。
10. 一種如權(quán)利要求6所述的改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的制備方法的具體步驟如下(1)將毛竹化學(xué)漿板用裁紙刀剪切成4cmX4cm規(guī)格的紙片，在室溫下置于蒸餾水中浸泡4-他，然后把浸泡過的紙片用打漿機(jī)疏解lOmin，使紙片完全分離為紙漿纖維；用帶有金屬過濾網(wǎng)的方形抄紙器將紙漿濾水后抄成20cmX 20cm規(guī)格的濕紙坯，然后置于100_105°C 烘箱中烘至絕干；(2)按原料配比稱取不飽和聚酯樹脂和引發(fā)劑，混合后攪拌0.5-2min，使之混合均勻；(3)干燥后的改性竹漿坯從烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷卻至室溫，把步驟(2)的不飽和聚酯樹脂與引發(fā)劑混合物均勻涂敷在改性竹漿坯的兩表面，然后移至鋼模中在室溫下以3-4MPa的壓力冷壓3-8min，使樹脂滲透入竹漿坯中；然后熱壓機(jī)升溫至100_120°C在 3-4MPa壓力下預(yù)熱壓8-12min ；繼續(xù)升溫至140-160° C，同時壓力也提升到4_5MPa熱壓 25-35min ；熱壓完成后模具隔熱保壓90-120min，并使之自然冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料及其制備方法。采用改性劑對竹漿纖維進(jìn)行改性后，將改性的竹漿纖維與不飽和聚酯及引發(fā)劑熱壓成型，得到改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料，該方法制備的化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料和改性化學(xué)竹漿纖維復(fù)合材料均具有很好的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量。
文檔編號C08L51/00GK102408530SQ201110270460
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者劉文地, 李開暢, 溫曉蕓, 邱仁輝, 陳婷婷 申請人:福建農(nóng)林大學(xué)