[发明专利]一种含有三维网络结构天然纤维复合材料的制造方法

说明书

本发明公开了一种含有三维网络结构天然纤维复合材料的制造方法，本发明通过在天然纤维复合材料体系中构筑以无机粒子为主体的三维连续网络，将无机粒子以一种三维交替的脉络形式穿插在复合材料基体中，使少量的无机纳米粒子以较高的密度分布于复合材料中以发挥更高的效力，实现低量无机粒子在增强天然纤维复合材料力学和尺寸稳定性的同时赋予其阻燃、导电、电磁屏蔽等功能。

技术领域

本发明涉及天然复合材料领域，具体涉及一种含有三维网络结构天然纤维复合材料的制造方法。

背景技术

天然纤维复合材料（WPC）是一种绿色环保材料。具有原料来源广、价格便宜、耐化学腐蚀、可重复加工和循环利用的特点。被广泛应用于建筑部品、室外护栏和铺板、汽车内饰、室内家具和装饰等领域。天然纤维复合材料的发展，不仅有利于保护森林资源，还可以解决城市中日趋严重的塑料废弃问题，符合可持续发展理念。

通过传统熔融共混的方法，将功能性的无机粒子添加到天然纤维复合材料体系中，可以赋予天然纤维复合材料不同的功能，实现复合材料在不同场合的应用。但是传统熔融共混法制备无机粒子填充的天然纤维复合材料过程中，无机粒子含量必须超过某一临界值时（10-40wt%），才能达到特定功能的需求。由于表面静电引力和少量化学键作用力的存在使无机粒子易团聚，尤其随着无机粒子尺寸降低（纳米级），其团聚现象越明显，尤其在较高添加量下，无机粒子与天然纤维复合材料基体之间的界面及分散不均一性，会影响材料的力学及其他物理性能，且过高含量纳米粒子会导致复合材料的成本升高、强度降低及加工难度增加等问题。综上，传统方法和技术无法通过直接添加纳米粒子实现多功能化集成的天然纤维复合材料的制备，亟需开发新的技术和方法满足多功能化的需求。

无机粒子填充的天然纤维复合材料，可以同时实现复合材料的增强增韧，且赋予材料导电、抗电磁屏蔽、阻燃、抑菌等功能。传统的制备方法中，力学的增强增韧和导电等功能难以同时实现，这是由于无机粒子本身存在较高的比表面积，易团聚、分散不均一造成的。因此在赋予天然纤维复合材料导电、抗电磁屏蔽、阻燃、抑菌等功能的前提下，同时保持良好的力学性能是木塑行业亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种含有三维网络结构天然纤维复合材料的制造方法。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供：

一种含有三维连续网络结构天然纤维复合材料的制造方法，包括如下步骤：

S1) 将天然纤维、塑料、加工助剂复合，造粒得到天然纤维复合颗粒；

S2) 将天然纤维复合颗粒与无机粒子混合，使无机粒子吸附在天然纤维复合颗粒表面，得到无机粒子包覆的天然纤维复合颗粒；

S3) 将无机粒子包覆的天然纤维复合颗粒熔融，得到含有三维网络结构天然纤维复合材料。

在一些制造方法的实例中，所述天然纤维复合颗粒的粒径为0.5～5mm。

在一些制造方法的实例中，所述天然纤维复合颗粒中，天然纤维的质量百分比为40～90 %。

在一些制造方法的实例中，所述天然纤维复合颗粒的粒径为0.5～5mm，所述天然纤维复合颗粒中，天然纤维的质量百分比为40～90 %。

在一些制造方法的实例中，所述无机粒子的粒径为10～1000 nm。

在一些制造方法的实例中，所述无机粒子的用量占天然纤维复合材料总质量的0.1～5%。

在一些制造方法的实例中，无机粒子包覆的厚度为100 nm～50 μm。

在一些制造方法的实例中，所述无机粒子选自炭黑、石墨、氧化硅、碳纳米管、石墨烯、氧化铁、氧化铝、氧化镁、金属粉末、生物炭中的至少一种。