[发明专利]一种天然纤维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种天然纤维复合材料制备方法和应用，涉及复合材料制备领域，包括：步骤(1)，剪切天然纤维，对天然纤维、相容剂和热塑性树脂进行干燥；步骤(2)，采用密炼机制备天然纤维复合材料，并剪切成块状复合材料；步骤(3)，将所述块状复合材料加入柱塞式注塑机进行熔融处理后注塑成型天然纤维复合材料制品。本发明方案解决现有螺杆式挤出注塑所造成力学性能低的问题，以拓展天然纤维复合材料在工程领域的应用范围。

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域，具体涉及一种天然纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境意识的增强、石油基资源的日益匮乏以及天然纤维固有的优势，如：低成本、轻质量、可再生、可降解、高的比强度和比模量等，天然纤维已经逐渐替代人造纤维来制备复合材料。然而，天然纤维复合材料的强度和模量远远低于人造纤维复合材料，而常规的天然纤维复合材料往往通过双螺杆挤出机熔融混合，然后再通过螺杆式注塑机注塑成型，这种螺杆式加工方法降低了天然纤维的长度，进一步降低了天然纤维复合材料的力学性能，而极性天然纤维与传统非极性树脂相容性差，导致较差的界面强度，大大限制了天然纤维复合材料在工程领域的应用。因此，开发一种环境友好，力学性能高的天然纤维复合材料已经成为高分子复合材料发展的迫切需求，正好顺应工业化发展趋势，在汽车、航空航天、包装、运动、建筑等工程领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型天然纤维复合材料及其制备方法和应用，以解决现有螺杆式挤出注塑所造成力学性能低的问题，以拓展天然纤维复合材料在工程领域的应用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种天然纤维复合材料制备方法，包括：

步骤(1)，剪切天然纤维，对天然纤维、相容剂和热塑性树脂进行干燥；

步骤(2)，采用密炼机制备天然纤维复合材料，并剪切成块状复合材料；

步骤(3)，将所述块状复合材料加入柱塞式注塑机进行熔融处理后注塑成型天然纤维复合材料制品。

进一步地，所述步骤(1)中，所述天然纤维为亚麻、苎麻、大麻、黄麻、剑麻、木纤维、棉花、木棉、椰壳、竹纤维中的一种.

进一步地，所述步骤(1)中，所述热塑性树脂为聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚-β-羟丁酸(PHB)，羟基乙酸-羟基戊酸共聚酯(PBHV)、聚已内酯(PCL)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、淀粉和共聚酯酰胺(PEA)中的一种。

进一步地，所述步骤(1)中，所述相容剂为马来酸酐接枝PP，马来酸酐接枝POE、聚乙烯醇、异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)中的一种。

进一步地，所述步骤(1)具体包括：将天然纤维剪切成5mm，对天然纤维、相容剂和热塑性树脂进行干燥，干燥温度为40-60℃，时间为6-10h。

进一步地，所述步骤(2)具体包括：在密炼机中加入热塑性树脂，待热塑性树脂融化后加入一定比例的相容剂和天然纤维，混炼8-12min后将天然纤维复合材料取出，趁热剪切成块状复合材料。

进一步地，所述步骤(2)中，天然纤维的质量分数为10—40wt.％，相容剂质量分数为0.5—5wt.％。

进一步地，所述步骤(3)具体包括：将所述块状复合材料加入柱塞式注塑机，加热温度为150℃-210℃，加热时间为5-10min，待块状复合材料熔融后注塑成型天然纤维复合材料制品。

根据本发明的第二方面，提供一种天然纤维复合材料，所述天然纤维复合材料采用根据以上任一方面所述的制备方法制得。

根据本发明的第三方面，提供一种如上所述的天然纤维复合材料在次承力零部件中的应用。