[发明专利]一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用。包括以下步骤：将蚕茧壳通过一对热轧辊挤压，然后切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；将蚕茧颗粒完全浸没于聚氨酯溶液中，再抽真空排气；将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后真空干燥；将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30～300s，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。所述蚕茧增强聚氨酯复合材料厚度5～20mm，蚕茧的体积分数为40～65％，复合材料具有优异的力学性能。本发明的工艺简单，环保高效，成本低，产品可用于安全防护材料。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强复合材料领域，具体涉及一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用。

背景技术

纤维增强复合材料已广泛应用作工程结构材料，其具有低密度、比强度高的特性。目前，常见的纤维复合材料有玻璃纤维增强复合材料、芳纶纤维复合材料及碳纤维复合材料等。这些化学纤维虽然力学性能强，但也存在成本高、回收利用难、污染环境等问题。这些纤维通常与环氧树脂、聚酯、聚酰胺等基体复合，复合材料的强度高，但是韧性很差，因此不适合于某些对韧性要求高的材料领域。相比而言，蚕丝纤维性能优良，韧性极好，且具有更低的密度，但丝纺织工艺极大地增加了纤维原料成本。蚕丝纤维与上述树脂基体的复合还存在一定问题，蚕丝纤维的韧性不能发挥出来。

近年来，有研究用蚕茧作增强体制备复合材料。2015年的文献Poiymer第56期93～101页公开的名称为“Silk cocoons as natural macro-balloon fillers in novelpolyurethane-based syntactic foams”，将天然蚕茧嵌入到聚氨酯合成泡沫中制备复合泡沫。2015年泰国研究者公开了将蚕茧与特制树脂复合，经液压8小时制成2cm厚的防弹材料。2017年的中国专利(CN 106965504 A)公开了一种高强蚕茧结构复合材料的制备方法，将蚕茧片拼接后与树脂基体热压成复合材料，制备工艺还比较繁琐。综合来看，用蚕茧作复合材料的增强体有一定优势，但在蚕茧结构利用和复合基体的选择上还有需要改进的地方。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种蚕茧增强聚氨酯复合材料，所述复合材料的参数为：增强体为3～10mm大小的蚕茧壳碎颗粒，基体为聚氨酯，蚕茧的体积分数为40～65％，复合材料的厚度5～20mm。

本发明的目的之二是提高一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将蚕茧壳通过一对热轧辊挤压，然后切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；

2)将蚕茧颗粒完全浸没于聚氨酯溶液中，再抽真空排气；

3)将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后真空干燥；

4)将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30～300s，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。

进一步，所述一种蚕茧增强聚氨酯复合材料的制备方法具体包括以下步骤：

a.将蚕茧壳送入热轧辊压缩，热轧温度100～130℃，轧辊压力100～200bar，然后将压缩后的蚕茧切割粉碎成3～10mm大小的颗粒；

b.将蚕茧颗粒浸入浓度20～35wt％的聚氨酯溶液中，再进行抽真空排气1～5min，真空压力-0.06～-0.09MPa；

c.将浸胶后的蚕茧颗粒填充到模具中，压紧并固定好模具，然后在25～80℃下真空干燥，真空压力-0.06～-0.09MPa；

d.将干燥后的蚕茧聚氨酯复合体用真空热压机进一步压缩30～300s，即得蚕茧增强聚氨酯复合材料。

进一步，所述蚕茧壳为家蚕茧和野蚕茧。