本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種長(zhǎng)竹原纖維增強(qiáng)不飽和聚酯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增多，人們的生活起居產(chǎn)品需求逐漸增加，復(fù)合材料和木材用量也隨之增加，從而使資源短缺愈演愈烈，同時(shí)環(huán)境污染形勢(shì)也日漸嚴(yán)峻。為了更好的保護(hù)環(huán)境同時(shí)滿足人們需求，綠色環(huán)保纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成為研究的熱點(diǎn)。我國(guó)是世界竹資源最豐富的國(guó)家，被譽(yù)為“竹子王國(guó)”。目前，全國(guó)自然竹林面積約為500多萬(wàn)公頃，每年可砍伐的毛竹達(dá)5億-6億根，年產(chǎn)竹材450多萬(wàn)噸。竹子生長(zhǎng)速度快，一般3-5年就可砍伐使用。目前，利用竹子提取竹原纖維制備重組竹人造板或其他竹原纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究層出不窮。
中國(guó)專(zhuān)利CN 103496024公開(kāi)了一種重組竹板材生產(chǎn)工藝，其制備方法為：將竹片竹青、竹黃全部去除后制成竹薄片，然后脫糖、脫脂、干燥、分選，再對(duì)提取出的竹絲浸膠、瀝干、成型前干燥，最后冷壓成型。此生產(chǎn)工藝將竹片經(jīng)去青、去黃處理，且制成竹薄片，工藝繁瑣，且沒(méi)有充分利用竹青處纖維優(yōu)良的力學(xué)性能。中國(guó)專(zhuān)利CN 101607411A公開(kāi)了一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制造方法，其采用一定設(shè)備疏解竹片內(nèi)弧表面和外弧表面以去除竹片竹青、竹黃，同時(shí)制成縱向不斷的竹纖維交織成網(wǎng)狀的定向纖維氈，再將纖維氈干燥、施膠、組坯、熱壓，此方法雖可制備強(qiáng)度較高的竹纖維復(fù)合材料，但由于制出的纖維較粗，纖維粗細(xì)不勻且交聯(lián)不斷，易造成樹(shù)脂在纖維氈中分配不勻，從而造成強(qiáng)度不勻現(xiàn)象。中國(guó)專(zhuān)利CN 101642923A公布了一種竹長(zhǎng)纖維復(fù)合材料的制造方法，其生產(chǎn)工藝為原料準(zhǔn)備、浸膠、提取、溫壓、固化和后固化，其中原料準(zhǔn)備中竹片經(jīng)過(guò)了去青、去黃處理后再制成束狀竹纖維，但復(fù)合材料靜曲強(qiáng)度只有140-160MPa，強(qiáng)度較低。
綜上所述，目前竹纖維復(fù)合材料普遍存在強(qiáng)度不高等缺陷，這是當(dāng)前竹纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)繼續(xù)解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)竹纖維復(fù)合材料力學(xué)性能不高的問(wèn)題，本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：提供一種長(zhǎng)竹原纖維復(fù)合材料制備方法，用該方法制備的復(fù)合材料力學(xué)性能好，該制備方法為：
工藝流程是：竹原纖維提取→竹原纖維氈制備→樹(shù)脂基體配制→涂膠→熱壓→后固化；其中，
所述的竹原纖維提取方法為：
(1)將竹片截?cái)喑梢欢ㄩL(zhǎng)度，然后放入40-70g/L的NaOH溶液中常溫浸泡24-30h，取出用清水沖洗干凈，再用蒸煮容器沸煮1-3h；
(2)將煮好的竹片用道具從中間剖開(kāi)，一分為二，取靠近竹青處的那部分竹片制作復(fù)合材料，靠近竹黃處的部分作其他用途；
(3)將竹青處部分竹片用壓輥碾壓成束狀竹纖維，然后用鋒利、稠密梳針在單向作用力下反復(fù)梳理成單纖維狀，提取出單向竹纖維；
(4)用熱水反復(fù)沖洗竹原纖維，去除竹纖維表面的雜質(zhì)碎屑，再將纖維放入烘箱中烘干或自然晾干。
所述的竹原纖維氈制備方法為：
(1)根據(jù)復(fù)合材料尺寸將單向長(zhǎng)竹原纖維沿寬度方向均勻排列，用縫紉機(jī)和滌綸線把竹原纖維縫成具有一定寬度的均勻單向纖維氈，纖維氈克重400-600g/m2。
(2)制作復(fù)合材料前將纖維氈80-90℃烘1-4h，然后放入干燥器中冷卻并放入塑料袋中密封。
所述的樹(shù)脂基體配制及其配方為：
不飽和聚酯樹(shù)脂100份，固化劑過(guò)氧化苯甲酰二丁酯糊1-1.5份、促進(jìn)劑二甲基苯胺苯乙烯溶液0.8-1.2份。三者混合攪拌均勻，抽真空5-10min，以去除樹(shù)脂中的氣泡。
所述的涂膠工藝，其具體操作方法為：
單向竹原纖維氈40-60份，不飽和聚酯樹(shù)脂基體60-40份，將不飽和聚酯用刷子均勻的涂在每層竹纖維氈上，各層竹原纖維氈0°平行排列，制成單向纖維板坯。
所述的熱壓工藝，其具體操作方法為：
將涂好膠液的纖維板坯放至液壓機(jī)中，先5-10MPa壓強(qiáng)條件下冷壓5-10min以使樹(shù)脂均勻地滲透到纖維氈中；隨后溫度升至60-70℃，5-10MPa壓20-30min；然后溫度升至75-90℃，5-10MPa壓90-120min；熱壓完成后，保壓60-90min后即可取出復(fù)合材料。
所述的后固化工藝，其具體操作方法為：
將制備好的復(fù)合材料放置20-30h，然后放入80-100℃烘箱中烘1-3h，完成后固化。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)根據(jù)竹片從竹黃至竹青強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)的特點(diǎn)，優(yōu)選力學(xué)性能較好的竹青處纖維制備復(fù)合材料，復(fù)合材料力學(xué)性能較好；(2)用縫紉機(jī)和滌綸線制備單向竹原纖維氈，實(shí)現(xiàn)了竹原纖維的均勻分散和成氈化，同時(shí)提高了單向纖維的取向度；(3)采用的樹(shù)脂配方和復(fù)合材料制備工藝可制備出固化完全、力學(xué)性能較好的竹原纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，操作簡(jiǎn)單。(4)本發(fā)明制備的長(zhǎng)竹原纖維增強(qiáng)復(fù)合材料物理力學(xué)性能為：密度為1.1-1.3g/cm3，拉伸強(qiáng)度為200-285MPa，拉伸模量為12-16GPa，彎曲強(qiáng)度為250-360MPa，彎曲模量為22-27GPa，剪切強(qiáng)度為15-30MPa。(5)采用此發(fā)明制備的復(fù)合材料力學(xué)性能好，更好的發(fā)揮了竹原纖維的性能優(yōu)勢(shì)，可拓寬竹原纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，有廣闊的發(fā)展空間。
具體實(shí)施方式：
下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。這些實(shí)施例僅用于詳細(xì)具體說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，并不限制本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
將竹片截?cái)喑梢欢ㄩL(zhǎng)度，然后放入40g/L的NaOH溶液中常溫浸泡28h，取出用清水沖洗干凈，再用蒸煮容器沸煮1h。將煮好的竹片從中間剖開(kāi)，一分為二，取靠近竹青處的那部分竹片制作復(fù)合材料。將竹青處部分竹片用壓輥碾壓成束狀竹纖維，然后用鋒利、稠密梳針在單向作用力下反復(fù)梳理成單纖維狀，提取出單向竹纖維。用熱水沖洗竹原纖維，以去除竹纖維表面的膠質(zhì)及其他碎屑雜質(zhì)，再將纖維放入烘箱中烘干。根據(jù)復(fù)合材料尺寸將單向長(zhǎng)竹原纖維沿寬度方向均勻排列，用縫紉機(jī)和滌綸線把竹原纖維縫成具有一定寬度的均勻單向纖維氈，纖維 氈克重500g/m2。制作復(fù)合材料前將纖維氈80℃烘2h，然后放入干燥器中冷卻并放入塑料袋中密封。配置樹(shù)脂基體時(shí)，不飽和聚酯樹(shù)脂100份，固化劑過(guò)氧化苯甲酰二丁酯糊1.2份、促進(jìn)劑二甲基苯胺苯乙烯溶液0.8份，三者混合攪拌均勻，抽真空5min，以去除樹(shù)脂中的氣泡。涂膠時(shí)，單向竹原纖維氈40份，不飽和聚酯樹(shù)脂基體60份，將不飽和聚酯用刷子均勻的涂在每層竹纖維氈上，各層竹原纖維氈0°平行排列，制成單向纖維板坯。將涂好膠液的纖維板坯放至液壓機(jī)中，先7MPa壓強(qiáng)條件下冷壓8min以使樹(shù)脂均勻地滲透到纖維氈中；隨后溫度升至65℃，5MPa壓20min；然后溫度升至80℃，5MPa壓100min；熱壓完成后，保壓60min后即可取出復(fù)合材料。將制備好的復(fù)合材料放置20h，然后放入80℃烘箱中烘3h，完成后固化。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)例長(zhǎng)竹原纖維增強(qiáng)復(fù)合材料物理力學(xué)性能為：密度為1.2g/cm3，拉伸強(qiáng)度為240MPa，拉伸模量為14GPa，彎曲強(qiáng)度為270MPa，彎曲模量為25GPa，剪切強(qiáng)度為23MPa。
實(shí)施例2
將竹片截?cái)喑梢欢ㄩL(zhǎng)度，然后放入50g/L的NaOH溶液中常溫浸泡26h，取出用清水反復(fù)沖洗干凈，再用蒸煮容器沸煮2h。將煮好的竹片從中間剖開(kāi)，一分為二，取靠近竹青處的那部分竹片制作復(fù)合材料。將竹青處部分竹片用壓輥碾壓成束狀竹纖維，然后用鋒利、稠密梳針在單向作用力下反復(fù)梳理成單纖維狀，提取出單向竹纖維。用熱水沖洗竹原纖維，以去除竹纖維表面的膠質(zhì)及其他碎屑雜質(zhì)，再將纖維放入烘箱中烘干。根據(jù)復(fù)合材料尺寸將單向長(zhǎng)竹原纖維沿寬度方向均勻排列，用縫紉機(jī)和滌綸線把竹原纖維縫成具有一定寬度的均勻單向纖維氈，纖維氈克重450g/m2。制作復(fù)合材料前將纖維氈90℃烘3h，然后放入干燥器中冷卻并放入塑料袋中密封。配置樹(shù)脂基體時(shí)，不飽和聚酯樹(shù)脂100份，固化劑過(guò)氧化苯甲酰二丁酯糊1.5份、促進(jìn)劑二甲基苯胺苯乙烯溶液1.2份，三者混合攪拌均勻，抽真空10min，以去除樹(shù)脂中的氣泡。涂膠時(shí)，單向竹原纖維氈55份，不飽和聚酯樹(shù)脂基體45份，將不飽和聚酯用刷子均勻的涂在每層竹纖維氈上，各層竹原纖維氈0°平行排列，制成單向纖維板坯。將涂好膠液的纖維板坯放至液壓機(jī)中，先10MPa壓強(qiáng)條件下冷壓5min以使樹(shù)脂均勻地滲透到纖維氈中；隨后溫度升至70℃，7MPa壓30min；然后溫度升至90℃，7MPa壓90min；熱 壓完成后，保壓80min后即可取出復(fù)合材料。將制備好的復(fù)合材料放置24h，然后放入90℃烘箱中烘2h，完成后固化。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)例長(zhǎng)竹原纖維增強(qiáng)復(fù)合材料物理力學(xué)性能為：密度為1.3g/cm3，拉伸強(qiáng)度為260MPa，拉伸模量為15GPa，彎曲強(qiáng)度為300MPa，彎曲模量為27GPa，剪切強(qiáng)度為25MPa。