[发明专利]一种酚醛树脂复合材料的制备方法及由该方法制备的产品

说明书

技术领域

本发明属于酚醛树脂复合材料技术领域，涉及一种酚醛树脂复合材料的制备方法及由该方法制备的产品。

背景技术

目前，低碳环保材料的发展引起了大量的重视，复合材料的增强介质也逐渐向天然材料倾斜。细菌纤维素纤维就是一种潜力的新型生物纤维。细菌纤维素具有高的结晶度和高的聚合度，同时细菌纤维素纤维是由直径3～4纳米的微纤组合成40～60纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构。细菌纤维素纤维因其“纳米效应”而具有高保水性、对液体和气体的高透过率等特性，同时成本不高，对环境无害，原材料来源广泛。相比于一般植物纤维如黄麻，细菌纤维素纤维的强度大，弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且抗张强度高。相比于无机纤维，细菌纤维素纤维对环境友好，成本低廉。细菌纤维素表面的羟基能和酚醛树脂的醛基发生键合反应，从而使得两者的相容性比一般的增强树脂用纤维更优良，减少填料的泄漏以及层间剥离，减少塑料裂纹的产生。细菌纤维素分子内有很多羟基，经热压后形成更多氢键，纤维素组成超密结构的纤维膜，比有机合成纤维的强度高4倍。其高纯度和优异的性能使细菌纤维素纤维可在内饰、吸噪音板、耐热材料上有很好的应用。日本在造纸工业中，将醋酸菌纤维素加入纸浆，可提高纸张强度和耐用性，同时解决了废纸回收再利用后，纸纤维强度大为下降的问题。Ajinomoto公司与三菱公司合作采用细菌纤维素纤维增强开发的用于货币的特种纸质量好、抗水、强度高。

目前为止，并未查到有采用纳米细菌纤维素纤维增强酚醛树脂的专利或文献。[刘正伟，孙丽红，修慧娟.细菌纤维用于纸业增强的研究，2009]表明添加少量的细菌纤维素纤维就可以较大程度的提高纸页的抗张指数、耐折度、耐破指数及撕裂指数等物理性能，这体现了细菌纤维素纤维作为增强介质的充分可行性。现在制备纤维增强酚醛树脂复合材料的纤维增强体主要有玻纤，碳纤及部分植物纤维。玻纤以及碳纤的成本高，且大多数是采用磨断短纤增强。如中国专利201010520238.9所述，短切碳纤在酚醛树脂中易出现团聚现象，短切碳纤需经过热处理超声波等表面处理并在乙醇溶液中分散，并由于碳纤与树脂间的界面不相容性易出现裂纹。如中国专利200810041524.X所述，竹长纤维增强体的制备需经历机械剖开、碾压、蒸煮过程，制备工艺复杂。木质素增强树脂的增强机理与细菌纤维素纤维类似，如中国专利CN101942068A所述，木质素增强树脂通常是通过气爆，加碱蒸煮等处理得到木质素粉，而细菌纤维素纤维产物本身呈膜状网络，更有利于与增强材料强度的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米细菌纤维素纤维增强酚醛树脂复合材料的制备方法，该方法简单，高效。

本发明的另一个目的是提供一种由上述方法制备得到的纳米细菌纤维素纤维增强酚醛树脂复合材料，该复合材料呈膜状网络，避免了纤维在酚醛树脂中团聚及分散不均匀的问题，纳米尺寸效应提高了酚醛树脂的强度。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种酚醛树脂复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

将纳米细菌纤维素纤维膜在酚醛树脂浸渍液中浸胶，经过预固化、层压和固化，制得纳米细菌纤维素纤维增强酚醛树脂复合材料。

所述的纳米细菌纤维素纤维直径为3～50纳米。

所述的纳米细菌纤维素纤维是由木醋杆菌、产醋杆菌、醋化杆菌、巴氏醋杆菌、葡萄糖杆菌、根瘤菌、洋葱假单胞菌或椰毒假单胞杆菌中的一种通过发酵法得到的纤维素纤维，市面上有售。

所述的纳米细菌纤维素纤维膜采用1～50张，每张厚度为0.01～1毫米。

所述的酚醛树脂浸渍液是指采用摩尔比为1.15∶1～2∶1甲醛和苯酚，在反应釜中，碱性催化剂催化制备得到酚醛树脂浸渍液；其中，碱性催化剂选自氨水、六次甲基四胺、碱金属或碳酸钠中的一种或几种。

所述的浸胶是指将纳米细菌纤维素纤维膜预加张力，在浸胶池内浸胶15～30分钟，得到纳米细菌纤维素纤维膜与酚醛树脂浸渍液的混合材料；其中，施加的张力为1000KPa～3000KPa。

所述的预固化是指将浸胶后得到的混合材料静置于真空烘箱内，温度设定为25℃～35℃，保持4小时，然后将温度升至50℃～80℃，保持30～60分钟；其中，真空烘箱真空度为10～90KPa。

所述的层压是指将预固化的烘干混合材料，在硫化床上层压成型，温度控制为160℃～180℃，压力为10～12MPa，使混合材料成型。