[发明专利]一种竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料

说明书

技术领域

本发明属于天然植物纤维增强树脂复合材料技术领域，具体涉及一种竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，利用天然植物纤维增强聚合物复合材料的研究受到了广泛关注。竹材纤维的壁腔比、长径比均显著大于各种木纤维。竹子具有产量大、分布广和生长速率快的特点，采用生物溶剂辅助机械碾压法制备的竹原纤维保留较高的半纤维素和纤维素等成分，使纤维受到破坏的程度大大降低，具有高的强度和模量，是一种具有广阔应用前景的增强材料。不饱和聚酯（UPE）是玻璃纤维增强树脂复合材料中用量最大的树脂品种。UPE 树脂力学性能与工艺性良好，但在制备过程大量使用挥发性的苯乙烯作为稀释剂与交联剂，由此带来的空气污染问题已引起极大关注。2011 年美国卫生和公众服务署正式将苯乙烯与可吸入玻璃纤维列为致癌物。因此，对纤维增强树脂基复合材料行业而言，必须寻求新的增强体以尽量减少玻璃纤维使用量，同时采取措施减少复合材料制备中的苯乙烯用量。国内外目前在此方面的研究主要有：一是采用聚亚氨酯、三聚氰胺、酚醛树脂等与UPE树脂共混，以减少苯乙烯使用量与释放量，但制备的树脂黏度高，成本增加，制备工艺复杂；二是在UPE树脂中添加功能性动植物油减少苯乙烯的使用量，或以动植物油为原料，通过自由基聚合、阳离子聚合、开环易位聚合等合成新型树脂，但合成过程仍以乙烯基甲苯或二环戊二烯等作为交联剂与稀释剂，乙烯基甲苯等毒性更大，且此类树脂力学性能较低；三是以丙烯酸酯类单体作为UPE 树脂的反应性溶剂，但树脂浸润性低、黏度大、玻璃体转变温度与固化速率低，复合材料力学性能低。以动植物油为原料制备UPE树脂，对减少石油基产品的使用量有重要意义，但是一般还得加入一些石油基的混合物以获得较好的性能，这些原料成分热稳定性较差且缺乏参与树脂固化的一些活性基团。

发明内容

本发明的目的在于提供一种竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料及其制备方法，解决传统UPE树脂中苯乙烯使用量大，造成空气污染等问题。本发明制备的竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料具有很高的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料由竹原纤维和改性植物油基UPE树脂通过热压成型工艺得到；所述的改性植物油基UPE树脂是采用改性植物油与固体UPE树脂在一定条件下共混得到。

所述的复合材料原料组分的质量份数是：竹原纤维80~100份，改性植物油基UPE树脂80~100份。

所述的改性植物油为丙烯酸酯化环氧大豆油（英文名为：Acrylated Epoxidized Soybean Oil, 缩写为AESO）；共混过程为：将固体UPE树脂30~50份、改性植物油50~70份和引发剂3~7份在一定条件下混合得到改性植物油基UPE树脂；所述的不含苯乙烯的固体UPE树脂为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂；所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。

一种如上所述的竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料的具体制备步骤如下：

（1）竹原纤维经开松并裁剪成20 cm×20 cm规格的纤维毡后，置于100~105℃下烘至绝干后从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温备用； 

（2）将5~9片步骤（1）的竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把改性植物油基UPE树脂混合液均匀涂敷在纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在50℃下以3~5MPa的压力冷压3~8min，使树脂渗透入纤维板坯中；然后热压机升温至150~170℃在3~5MPa压力下热压20~40min；热压完成后模具隔热保压60~120min，并使之自然冷却至室温。

本发明的有益效果在于：本发明采用优化的工艺参数组合，竹原纤维与改性植物油基UPE树脂的用量比（质量比）为1∶1，热压温度160℃，热压时间40min，以模压工艺可制备力学性能优良的竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料。采用改性植物油基UPE作为复合材料的基体，所得复合材料与传统UPE树脂（以苯乙烯为溶剂）为基体的复合材料具有相当的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，而且具有更高的冲击强度。

附图说明