[發(fā)明專利]一種植物纖維增強(qiáng)環(huán)境友好型不飽和聚酯復(fù)合材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510034264.3
• 申請(qǐng)日: 2015-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN104628966B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文地;邱仁輝;謝天順;沈云玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建農(nóng)林大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F283/01
• 分類號(hào): C08F283/01;C08F216/12;C08L51/08;C08L97/02;B29C70/34;B29C70/22
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天然植物纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種植物纖維增強(qiáng)環(huán)境友好型不飽和聚酯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，利用天然植物纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的研究受到了廣泛關(guān)注。大麻纖維具有產(chǎn)量大、分布廣、強(qiáng)度與模量高等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的增強(qiáng)材料。不飽和聚酯（UPE）是玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料中用量最大的樹脂品種。UPE 樹脂力學(xué)性能與工藝性良好，但在制備過程大量使用揮發(fā)性的苯乙烯作為稀釋劑與交聯(lián)劑，由此帶來的空氣污染問題已引起極大關(guān)注。2011 年美國(guó)衛(wèi)生和公眾服務(wù)署正式將苯乙烯與可吸入玻璃纖維列為致癌物。因此，對(duì)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料行業(yè)而言，必須尋求新的增強(qiáng)體以盡量減少玻璃纖維使用量，同時(shí)采取措施減少復(fù)合材料制備中的苯乙烯用量。國(guó)內(nèi)外目前在此方面的研究主要有：一是采用聚亞氨酯、三聚氰胺、酚醛樹脂等與UPE樹脂共混，以減少苯乙烯使用量與釋放量，但制備的樹脂黏度高，成本增加，制備工藝復(fù)雜；二是在UPE樹脂中添加功能性動(dòng)植物油減少苯乙烯的使用量，改性動(dòng)植物油通過自由基聚合、陽離子聚合、開環(huán)易位聚合等合成新型樹脂，但合成過程仍以乙烯基甲苯或二環(huán)戊二烯等作為交聯(lián)劑與稀釋劑，乙烯基甲苯等毒性更大，且此類樹脂力學(xué)性能較低；三是以丙烯酸酯類單體作為UPE 樹脂的反應(yīng)性溶劑，但樹脂浸潤(rùn)性低、黏度大、玻璃體轉(zhuǎn)變溫度與固化速率低，復(fù)合材料力學(xué)性能劣化。以動(dòng)植物油為原料制備UPE樹脂，對(duì)減少石油基產(chǎn)品的使用量有重要意義，但是一般還得加入一些石油基的混合物以獲得較好的性能，這些原料成分熱穩(wěn)定性較差且缺乏參與樹脂固化的一些活性基團(tuán)。因此，目前尚未有不含苯乙烯的新型UPE樹脂制備方法的根本解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種植物纖維增強(qiáng)環(huán)境友好型UPE復(fù)合材料及其制備方法，解決傳統(tǒng)UPE樹脂中苯乙烯使用量大，造成空氣污染等問題。本發(fā)明制備的植物纖維增強(qiáng)環(huán)境友好型UPE復(fù)合材料具有很高的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種植物纖維增強(qiáng)環(huán)境友好型UPE復(fù)合材料是由植物纖維、環(huán)境友好型UPE樹脂和引發(fā)劑通過熱壓成型工藝得到；所述的植物纖維為大麻纖維；所述的環(huán)境友好型UPE樹脂是采用反應(yīng)性溶劑與固體UPE在一定條件下共混得到；所述的引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯。

所述的復(fù)合材料原料組分的質(zhì)量份數(shù)是：植物纖維80～100份，環(huán)境友好型UPE樹脂80～100份；引發(fā)劑3～7份。

所述的環(huán)境友好型UPE樹脂的制備過程為：將固體UPE 40～60份和反應(yīng)性溶劑 40～60份在一定條件下混合得到環(huán)境友好型UPE樹脂；所述的固體UPE為間苯二甲酸型不飽和聚酯；所述的反應(yīng)性溶劑為三乙二醇二乙烯基醚（英文名為：Tri(ethylene glycol) divinyl ether，即TDE）。

一種如上所述的植物纖維增強(qiáng)環(huán)境友好型UPE復(fù)合材料的具體制備步驟如下：

（1）植物纖維經(jīng)開松并裁剪成20 cm×20 cm纖維氈后，置于100～105℃下烘至絕干；

（2）將固體無苯乙烯UPE 40～60份研磨至80～100目粉末備用；反應(yīng)性溶劑40～60份置于燒瓶中在75℃水浴下加熱后，緩慢加入固體無苯乙烯不飽和聚酯粉末后磁力攪拌至其完全溶解；取出冷卻至室溫，即得到環(huán)境友好型UPE樹脂；

（3）稱取步驟（2）的環(huán)境友好型UPE樹脂80～100份與引發(fā)劑3～7份混合攪拌2min，即得環(huán)境友好型UPE樹脂混合液；將5～9片步驟（1）的植物纖維氈按正交方向疊合排布成纖維板坯，把樹脂混合液迅速均勻涂敷在纖維板坯的兩表面，然后移至鋼模中在70℃下以5～7MPa的壓力冷壓4～6min，使樹脂滲透入纖維板坯中；然后熱壓機(jī)升溫至150～170℃在5～7MPa壓力下熱壓20～40min；熱壓完成后模具隔熱保壓30～90min，使之自然冷卻至室溫。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用優(yōu)化的工藝參數(shù)組合，植物纖維與環(huán)境友好型UPE樹脂的用量比（質(zhì)量比）為1∶1，熱壓溫度160℃，熱壓時(shí)間30min，以模壓工藝可制備力學(xué)性能優(yōu)良的植物纖維增強(qiáng)環(huán)境友好型UPE復(fù)合材料。采用環(huán)境友好型UPE作為復(fù)合材料的基體，所得復(fù)合材料與傳統(tǒng)UPE樹脂（以苯乙烯為溶劑）為基體的復(fù)合材料具有相當(dāng)?shù)睦鞆?qiáng)度，稍低的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量，但具有更高的沖擊強(qiáng)度。

附圖說明