[发明专利]天然纤维和生产方法以及在模块化建筑中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种在聚合物基体中含天然纤维的增强复合材料及其生产方法。具体地，本发明涉及一种并入稻壳而非木屑的增强复合材料，并且其生产方法包括使用氮气发泡剂。本发明还涉及一种由该增强复合材料制成的模块化建筑和传感组件。

背景技术

由于人口膨胀和相关消费的增长，由社会产生的废弃物量增长，随之寻找废弃物处理的新方案已经变得越来越重要。废弃物处理的现有方法包括将废弃物倾倒到垃圾填埋场中。然而，即使当涉及的废弃物是天然或有机废弃物并且不具有任何毒性风险，这也对环境具有严重的影响。例如，垃圾填埋场中处理有机废弃物存在着废弃物逐渐降解从而导致土地和已建造在土地上的任何建筑物/道路未来塌陷的问题。而且，降解过程中甲烷的产生是有问题的，并且受到日益增长的监管控制。

一种供选择的、普通的处理有机废弃物的手段是焚烧有机废弃物。然而，由此产生的烟雾污染了直接环境，这即对健康潜在有害，又可能常常对直接的和周边的地区内的人群具有反社会的影响。此外，燃烧过程导致显著量的二氧化碳释放到大气中，这通常被认为导致了全球变暖和其它不良环境影响。

一种特定形式的天然废弃物是含天然纤维的材料。这样材料的实例是稻壳和稻壳灰(稻壳燃烧的副产物)。由于东亚和东南亚的稻生产数量大，所以稻壳在这些地域中非常普遍。当收割稻时，稻在出售前从稻壳中移出。然后，每年产生的一定比例的稻壳在窑中燃烧并被用作一种形式的能量，结果产生稻壳灰。然而，稻壳难以点燃，并且不易于明火燃烧，除非空气吹过壳，因此稻壳的有效燃烧难以作为废弃物处理的手段或者作为能量源。而且，如上所述，经由燃烧产生的稻壳灰对环境具有不利影响。最后，由于每年产生大于130百万吨的稻壳废弃物，这对安全燃烧而没有严重环境影响的量来说明显过大，所以对于总的稻壳处理来说，稻壳燃烧并不是实用的方案。

随着处理天然废弃物对环境的影响的公众认识增长，一种避免废弃物处理方法(诸如燃烧)的不良影响的方式是在可能的情况下回收废弃物已变得清楚。随着人口规模增长和天然可用资源下降，这也变得更加重要。

然而，当回收天然纤维废弃物时，重要的是认识到：纤维废弃物中存在的不期望的水分或其它挥发性液体可能引起纤维细胞结构中的不规则，从而降低回收工艺中的任何最终产品的强度。此外，废弃物纤维中存在的不想要的外来材料或颗粒具有极大地削弱纤维和聚合物基体之间的连接的可能性。因此，回收工艺必须考虑这些潜在的问题，并且必须小心地控制每个阶段的加工条件，以确保工艺最终产品的强度没有降低，这种降低可能会影响工艺最终产品的强度和将来的应用。

因此，存在对有效的用于回收天然纤维废弃物的方法的需求，该方法对环境具有最小的影响，并且以有效的方式对纤维废弃物进行有效的处理以产生有用的最终产品。

发明内容

本发明寻求解决现有技术的问题。

因此，本发明的第一方面提供一种用于生产在聚合物基体中含天然纤维的增强复合材料的方法，包括以下步骤：

a、在热混合室中，加热并干燥含天然纤维的材料；

b、筛分经干燥的含纤维的材料，以产生不含污染物和不想要的成分的松散、柔软且干净的天然纤维；

c、粉碎该纤维；

d、预热经粉碎的纤维；

e、将聚合物、氮气发泡剂和润滑剂与经粉碎的纤维混合；以及

f、将经混和的混合物加热至所述聚合物的熔点。

优选地，步骤e还涉及添加偶联剂。该偶联剂可以是任何合适的偶联剂，包括但不限于：甲基丙烯酸缩水甘油酯。

在一个实施方式中，所述含天然纤维的材料包括稻壳(rice husk)纤维。然而，将理解的是，在上述方法中可以使用任何天然纤维或天然纤维的混合物。

在另一个实施方式中，天然纤维主要由稻壳纤维组成，并且优选由排除其它天然纤维的稻壳纤维组成。

发泡剂可以是任何合适的氮气发泡剂或二氧化碳发泡剂，诸如但不限于：偶氮二甲酰胺、对-甲苯磺酰肼、4,4-氧代双苯磺酰肼、5-苯基四唑和碳酸氢钠/柠檬酸。