本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種UPE復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
等離子體處理是在真空壓力為1Pa～100Pa條件下形成帶電氣體放電的過(guò)程。在真空的條件下，氣體受到電場(chǎng)的作用，自由電子會(huì)加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子動(dòng)能達(dá)到足夠大的情況下會(huì)產(chǎn)生電離和裂變反應(yīng)，材料的等離子表面處理通過(guò)不同氣體（O2、N2、He）的低壓射頻放電使材料表面變粗糙，并引入活性基團(tuán)。目前纖維表面處理的方法主要有化學(xué)方法和物理方法，等離子體處理方法使材料惰性表面活化，從減少環(huán)境污染、降低成本、節(jié)約能源方面考慮，等離子體處理纖維具有顯著的優(yōu)越性。
植物纖維是自然環(huán)境中大量存在的天然高分子材料，每年新增的纖維素總量多達(dá)千億噸。近年來(lái)人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注到天然植物纖維作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，以其為增強(qiáng)體的熱固性材料也廣泛應(yīng)用在國(guó)防、航空、車輛制造、建筑和電器工業(yè)等。天然植物纖維作為增強(qiáng)體，已被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域，主要用來(lái)制備環(huán)境友好型生物質(zhì)復(fù)合材料。然而，以竹原纖維/PET廢纖混雜體系制備復(fù)合材料，由于PET熔融溫度太高，在此溫度下，竹原纖維易發(fā)生降解作用，致使纖維強(qiáng)度明顯下降，從而嚴(yán)重影響復(fù)合材料的力學(xué)性能，因此，無(wú)法采用共混擠出的熱塑性復(fù)合材料加工工藝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，提供一種UPE復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種UPE復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
（1）從烘箱中取出干燥后的PET 纖維氈和竹原纖維氈均勻分散在等離子體處理腔內(nèi)；開啟真空泵，待處理腔內(nèi)真空度降至7.0Pa 后打開氣體閥，通入氧氣，調(diào)節(jié)其流量為1.0～2.0L/min；
（2）待流量及真空度穩(wěn)定后，以30～70W 功率對(duì)竹原纖維進(jìn)行處理3min，結(jié)束后關(guān)閉等離子體并取出PET 廢纖和竹原纖維，即得改性PET 廢纖和改性竹原纖維；
（3）稱取100g的UPE、1g的苯乙烯、0.5g的環(huán)烷酸鈷和3g 的MEKP，混合后用玻棒攪勻1min 備用；改性PET 廢纖和改性竹原纖維錯(cuò)開疊加排布成纖維板坯，其中纖維板坯的上下表面為PET 纖維氈；
（4）把不飽和聚酯樹脂、交聯(lián)劑、促進(jìn)劑和引發(fā)劑混合物均勻涂敷在竹原纖維氈和PET 纖維氈的疊合面，將2～4 層涂有樹脂混合物的纖維氈疊合排布成纖維板坯，然后移至鋼模中，于室溫下壓力為6MPa 冷壓5min，使樹脂充分滲透入纖維板坯中；
（5）然后熱壓機(jī)熱壓30min；熱壓完成后模具室溫保壓，使模具自然冷卻至室溫，完成制備。
本發(fā)明所述的UPE復(fù)合材料的制備方法，所述PET 纖維氈和竹原纖維氈的干燥溫度為100℃～150℃。
本發(fā)明所述的UPE復(fù)合材料的制備方法，所述熱壓機(jī)的熱壓溫度為80℃～100℃。
本發(fā)明所述的UPE復(fù)合材料的制備方法，所述室溫保壓時(shí)間為60～120min。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
本發(fā)明所述的方法竹原纖維和PET 廢纖經(jīng)等離子體改性處理后提高了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量。當(dāng)處理?xiàng)l件為3min-30W 時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能最好，復(fù)合材料表面的含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)增加。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種UPE復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
（1）從烘箱中取出干燥后的PET 纖維氈和竹原纖維氈均勻分散在等離子體處理腔內(nèi)；開啟真空泵，待處理腔內(nèi)真空度降至7.0Pa 后打開氣體閥，通入氧氣，調(diào)節(jié)其流量為1.0/min；
（2）待流量及真空度穩(wěn)定后，以30W 功率對(duì)竹原纖維進(jìn)行處理3min，結(jié)束后關(guān)閉等離子體并取出PET 廢纖和竹原纖維，即得改性PET 廢纖和改性竹原纖維；
（3）稱取100g的UPE、1g的苯乙烯、0.5g的環(huán)烷酸鈷和3g 的MEKP，混合后用玻棒攪勻1min 備用；改性PET 廢纖和改性竹原纖維錯(cuò)開疊加排布成纖維板坯，其中纖維板坯的上下表面為PET 纖維氈；
（4）把不飽和聚酯樹脂、交聯(lián)劑、促進(jìn)劑和引發(fā)劑混合物均勻涂敷在竹原纖維氈和PET 纖維氈的疊合面，將2～4 層涂有樹脂混合物的纖維氈疊合排布成纖維板坯，然后移至鋼模中，于室溫下壓力為6MPa 冷壓5min，使樹脂充分滲透入纖維板坯中；
（5）然后熱壓機(jī)熱壓30min；熱壓完成后模具室溫保壓，使模具自然冷卻至室溫，完成制備。
本發(fā)明所述的UPE復(fù)合材料的制備方法，所述PET 纖維氈和竹原纖維氈的干燥溫度為100℃。
本發(fā)明所述的UPE復(fù)合材料的制備方法，所述熱壓機(jī)的熱壓溫度為80℃。
本發(fā)明所述的UPE復(fù)合材料的制備方法，所述室溫保壓時(shí)間為60min。
纖維經(jīng)等離子體改性處理后，復(fù)合材料拉伸性能較好。未處理復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為38.52MPa，處理功率為30W 時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)最大值（44.88MPa），比對(duì)照提高了16.51%；處理功率高于30W 時(shí)，復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)：當(dāng)處理功率為50W 時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為43.89MPa，提高13.94%；處理功率為70W 時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為40.54MPa，復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度較30W、50W 處理的反而下降。
復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度隨等離子體處理功率的提高呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，但是差異不顯著。未處理復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度為79.86MPa，處理功率為30W 時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為89.32MPa，與對(duì)照相比，提高11.85%；當(dāng)處理功率為50W 時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值（90.61MPa），比對(duì)照提高了13.46%；提高處理功率至70W 時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為87.59MPa，與對(duì)照相比提高了9.68%。
未處理復(fù)合材料的彎曲模量為2957.01MPa，處理功率為30W 時(shí)，復(fù)合材料的彎曲模量達(dá)到最大值（3528.69MPa），與對(duì)照相比，提高19.33%；當(dāng)處理功率為50W、70W 時(shí)，復(fù)合材料的彎曲模量較未處理復(fù)合材料有所提高，彎曲模量分別分別提高了14.06%、13.52%。
實(shí)施例2
一種UPE復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：（1）從烘箱中取出干燥后的PET 纖維氈和竹原纖維氈均勻分散在等離子體處理腔內(nèi)；開啟真空泵，待處理腔內(nèi)真空度降至7.0Pa 后打開氣體閥，通入氧氣，調(diào)節(jié)其流量為2.0L/min；（2）待流量及真空度穩(wěn)定后，以70W 功率對(duì)竹原纖維進(jìn)行處理3min，結(jié)束后關(guān)閉等離子體并取出PET 廢纖和竹原纖維，即得改性PET 廢纖和改性竹原纖維；（3）稱取100g的UPE、1g的苯乙烯、0.5g的環(huán)烷酸鈷和3g 的MEKP，混合后用玻棒攪勻1min 備用；改性PET 廢纖和改性竹原纖維錯(cuò)開疊加排布成纖維板坯，其中纖維板坯的上下表面為PET 纖維氈；（4）把不飽和聚酯樹脂、交聯(lián)劑、促進(jìn)劑和引發(fā)劑混合物均勻涂敷在竹原纖維氈和PET 纖維氈的疊合面，將2～4 層涂有樹脂混合物的纖維氈疊合排布成纖維板坯，然后移至鋼模中，于室溫下壓力為6MPa 冷壓5min，使樹脂充分滲透入纖維板坯中；（5）然后熱壓機(jī)熱壓30min；熱壓完成后模具室溫保壓，使模具自然冷卻至室溫，完成制備。
本發(fā)明所述的UPE復(fù)合材料的制備方法，所述PET 纖維氈和竹原纖維氈的干燥溫度為150℃。
所述熱壓機(jī)的熱壓溫度為100℃。所述室溫保壓時(shí)間為120min。竹原纖維和PET 廢纖經(jīng)不同功率的等離子體改性處理后，復(fù)合材料的拉伸、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量都有得到提高，主要是由于纖維和樹脂基體之間形成的交聯(lián)反應(yīng)所致。這是由于采用等離子體處理PET 廢纖，等離子體中的活性粒子在處理過(guò)程中轟擊PET 纖維氈的表面，增加了PET 纖維氈表面的粗糙度，改變了PET廢纖表面形態(tài)，纖維表面的大分子鏈發(fā)生斷鏈形成活性自由基，能與竹原纖維中的極性官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，使PET 廢纖和竹原纖維更好的交聯(lián)；采用等離子體處理竹原纖維，會(huì)使竹原纖維表面葡萄糖苷鍵斷裂生成大分子自由基；存在于PET廢纖和竹原纖維表面的自由基均可與不飽和聚酯樹脂中的不飽和鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，提升了纖維與樹脂的界面結(jié)合強(qiáng)度，因此改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。但當(dāng)?shù)入x子體處理功率過(guò)大時(shí)，等離子體中的活性粒子使纖維中大分子鏈發(fā)生斷鏈、降解等作用，破壞了纖維表面的結(jié)晶區(qū)，導(dǎo)致結(jié)晶度下降，使纖維強(qiáng)度降低，致使復(fù)合材料的力學(xué)性能反而下降，此結(jié)果與復(fù)合材料力學(xué)性能一致。
竹原纖維具有強(qiáng)親水性，PET 纖維具有很強(qiáng)的化學(xué)惰性，而UPE 樹脂為不具備極性的疏水材料，當(dāng)親水性的植物纖維與憎水性的PET 纖維直接應(yīng)用于UPE樹脂中時(shí)，纖維與基體之間的相容性不好，界面結(jié)合強(qiáng)度較差，致使復(fù)合材料力學(xué)性能不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料各自組分的優(yōu)越性。采用等離子體處理纖維表面，可達(dá)到改善纖維與樹脂基體間界面結(jié)合的目的。等離子體處理PET 廢纖，改變PET 表面形態(tài)且纖維表面大分子鏈發(fā)生斷鏈形成活性自由基；經(jīng)等離子體處理的竹原纖維的表面葡萄糖苷鍵斷裂生成大分子自由基，存在于PET 廢纖和竹原纖維表面的自由基均可與樹脂中的不飽和鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，改善纖維與樹脂的界面相容性，提高復(fù)合材料的綜合性能。