本发明涉及新材料领域，具体而言，涉及一种植物复合纤维、植物纤维复合材料以及植物纤维复合材料的制备方法。
背景技术：
随着现代工业以及社会经济的发展，在社会上出现了一个严重的“公害”，这就是数以亿计的垃圾。这些垃圾不但消耗着地球的资源，而且其绝大多数是非降解废弃物，并很难进行再次利用，对生态环境造成了严重公害，并且危害人们健康，已成为人类社会向前发展的一大障碍。
植物纤维材料来源于农作物秸秆和快速再生植物，是自然界中取之不尽用之不竭的可再生资源，是对废弃物或是可再生资源的开发利用，是变废为宝的应用，能够节约资源。植物纤维还具有强度高，表面纹理天然、质朴，质感新颖得特点，适合制作为能多次反复使用的物品，可以替代部分塑料、玻璃、陶瓷等制品，能够节省石油资源的消耗，植物纤维材料早在工业社会发展之前就已广泛应用于包装、工艺品、日用品等领域。此外，植物纤维最突出的优点是使用过后丢弃可以被生物降解，不产生固体垃圾，不污染周围环境，也可以进行回收经过消毒并制备成新的符合物理要求的新产品，符合循环经济和国家可持续发展的要求。
现有技术中，也出现了一些利用植物纤维制造的物品，如棕榈床垫、植物纤维板等物品，但这些产品的制造过程中都需要加入粘合剂，这些粘合剂中往往含有甲醛等对人体有害的物质，严重污染室内的空气，对人体健康不利。此外，这些标榜为植物纤维制造的物品植物纤维的含量往往不高，有的物品的植物纤维含量甚至在百分之五以下，只是作为广告宣传的噱头，不能达到很好的自然降解效果。同时，这种粘合而成的物品可塑性也不强，无法制造复杂形状的物品，因此，应用也并不广泛。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种植物复合纤维，所述的植物复合纤维具有强度高、重量轻、表面纹理天然质朴、质感新颖、可100％回收再利用以及可以自然降解等优点。
本发明的第二目的在于提供一种植物复合纤维的应用，所述植物复合纤维可以广泛应用于包装、工艺品以及日用品等领域。
本发明的第三目的在于提供一种植物纤维复合材料，所述植物纤维复合材料具有生产成本低、重量轻、结实耐用、可塑性强、不含粘合剂以及可自然降解等优点。
本发明的第四目的在于提供一种植物纤维复合材料的制备方法，该方法利用低熔点聚酯纤维遇高温熔化的特点运用高温模压的方法进行产品的制备，制备出的植物纤维复合材料具有强度高、适用性强，可以制备复杂结构的物品等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种植物复合纤维，所述植物复合纤维主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合后经水刺或针刺工艺制得。
本发明中，所指针刺法和水刺法是现有技术中非织造纤维生产的常规应用方法，非织造纤维是一种不需要纺纱织布而形成的织物，只是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机撑列，形成纤网结构加固而成。
其中，针刺法是干法加固纤网方法中的一种，是将短纤维经过开松、梳理、铺成纤维网，然后将纤维网通过刺针加固，刺针有钩刺，将纤维网反复穿刺，钩带纤维加固，形成针刺纤维网，所述针刺纤维网没有经线纬线之分，成网纤维杂乱，径向纬向性能差别不大。
水刺法加固纤网原理与针刺工艺相似，但不用刺针，而是采用高压产生的多股微细水射流喷射纤网。水射流穿过纤网后，受托持网帘的反弹，再次穿插纤网，由此，纤网中纤维在不同方向高速水射流穿插的水力作用下，产生位移、穿插、缠结和抱合，从而使纤网得到加固。
本发明中，所述的水刺或针刺工艺与现有技术相同。
本发明中，所述的植物复合纤维，是由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合后经水刺或针刺工艺制得，其中，所述低熔点聚酯纤维是聚酯纤维的一种，低熔点聚酯纤维具有热粘合性强、可加工性稳定以及易与其他纤维混合等优点；所述植物纤维具有成本低、来源广泛以及可自然降解的特点，
本发明利用植物纤维和低熔点聚酯纤维各自上述的优点，将两者混合后利用水刺或针刺的工艺将两者结合起来形成植物复合纤维，制成的植物复合纤维具有强度高、重量轻，可以自然降解等优点。
进一步地，所述植物纤维选自农业废弃物和/或木质生物。
更进一步地，所述农业废弃物包括玉米秸秆、水稻秸秆或高粱秸秆等。
更进一步地，所述木质生物包括林业加工的废料，家具加工的废料等。
更进一步地，所述植物纤维还可以选自棕榈丝、甘蔗渣、油料渣滓或果壳在内的加工废弃物，或是以上生物质中的一种或几种的混合物。
本发明所述的“主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合”，意指其除所述植物纤维和低熔点聚酯纤维外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述植物复合纤维不同的特性或感官。除此之外，本发明所述的“主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合”，还可以替换为封闭式的“为”或“由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合组成”。
进一步地，所述低熔点聚酯纤维的熔点为60～200℃。
本发明中，所述低熔点聚酯纤维的熔点典型但非限制性的含量为：60°、70°、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃。
更进一步地，所述低熔点聚酯纤维的熔点为65～150℃。
进一步地，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比为1：1～5：1。
本发明中，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比典型但非限制性的含量为：1：1、2：1、3：1、4：1或5：1。
本发明中，通过对植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比的进一步调整和优化，从而进一步优化了本发明用于本发明复合纤维的功能特征。
进一步地，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比为2：1。
进一步地，所述植物复合纤维还包括颜料，加入颜料后，由植物复合纤维制造出的植物复合纤维材料可以形成各种各样的颜色，植物复合纤维材料应用的范围更加广泛。
进一步地，上述颜料可以为铬黄、钴绿或石墨等的一种或多种的混合物。
本发明所述的植物复合纤维制备而成的植物纤维复合材料在包装用品、工艺品以及日常生活用品等领域中在具有广泛的应用。
进一步地，所述植物纤维复合材料的应用为头盔、床垫、缓冲垫、收纳盒、玩具或花盆等。
更进一步地，所述床垫中植物纤维和低熔点聚酯纤维的混合比例为：2:1。
更进一步地，所述缓冲垫中植物纤维和低熔点聚酯纤维的混合比例为：2.5:1。
更进一步地，所述玩具中植物纤维和低熔点聚酯纤维的混合比例为：3:1。
更进一步地，所述花盆中植物纤维和低熔点聚酯纤维的混合比例为：5:1。
本发明所述的植物纤维复合材料，可以由上述任一项所述的植物复合纤维经模压成型得到。
进一步地，所述的植物纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：将上述任一项所述的植物复合纤维放入模具中，在80℃～200℃的温度下进行模压，模压压力为40MPa～800MPa，模压时间为1min～30min。
本发明中，植物复合纤维在高于低熔点聚酯纤维熔点的温度环境下进行模压，在模压过程中低熔点聚酯纤维融化与植物纤维牢固的粘合在一起，形成稳定的立体结构，从而替代了现有技术在产品成型过程中粘合剂的应用，因此制备出的植物纤维复合材料环保健康，对人体无害。同时，由于制备过程中采用了模压一次成型的工艺，因此可以制备结构相对复杂的物品。
进一步地，所述的植物纤维复合材料的制备过程中，所述模压温度为150℃，模压压力为600MPa，模压时间为20min。
进一步地，所述植物纤维复合材料的制备方法还包括植物纤维复合材料模压成型后进行冷却的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的植物复合纤维，是由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合后经水刺或针刺工艺制得，具有强度高、重量轻，可以自然降解等优点。由本发明植物复合纤维制备而得的植物纤维复合材料，具有表面纹理天然质朴、质感新颖、不含有粘合剂等对人体有害的物质以及可自然降解等优点。本发明中的植物纤维复合材料可以广泛应用于包装制品、工艺品以及日用品等领域。
(2)本发明提供的植物复合纤维可根据植物纤维与低熔点聚酯纤维的混合比例不同，制作出不同硬度、不同密度、不同透水性、以及透气性均不同物品，达到各自不同的技术效果，可以制造为床垫、缓冲垫、收纳盒、玩具或花盆等各种各样的物品，制造出来的物品透气性好、易自然降解，有的物品的植物纤维含量可达到80％以上。
(3)本发明提供的植物纤维复合材料的制备方法，该方法利用低熔点聚酯纤维遇高温熔化的特点运用高温模压的方法进行产品的制备，制备出的植物复合纤维材料结合稳定，成品强度高、重量轻，同时，由于制备过程中采用高温模压一次成型的工艺，因此可以制备结构相对复杂的物品。此外，植物纤维复合材料的制备过程中无需添加粘合剂，制备出的植物纤维复合材料环保健康，对人体无害。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种植物复合纤维，所述植物复合纤维主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比5：1，随后经水刺或针刺工艺制得，其中，所述低熔点聚酯纤维的熔点为80℃。
实施例2
一种植物复合纤维，所述植物复合纤维主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比1：1，随后经水刺或针刺工艺制得，其中，所述低熔点聚酯纤维的熔点为200℃。
实施例3 制备床垫
一种植物复合纤维，所述植物复合纤维主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比2：1，随后经水刺或针刺工艺制得，其中，所述低熔点聚酯纤维的熔点为150℃。
实施例4 制备缓冲垫
一种植物复合纤维，所述植物复合纤维主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比2.5：1，随后经水刺或针刺工艺制得，其中，所述低熔点聚酯纤维的熔点为150℃。
实施例5 制备兵模玩具
一种植物复合纤维，所述植物复合纤维主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比3：1，随后经水刺或针刺工艺制得，其中，所述低熔点聚酯纤维的熔点为150℃。
实施例6 制备花盆
一种植物复合纤维，所述植物复合纤维主要由植物纤维和低熔点聚酯纤维混合，所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比5：1，随后后经水刺或针刺工艺制得，其中，所述低熔点聚酯纤维的熔点为150℃。
实施例7
将上述实施例1中的植物复合纤维放入模具中，在温度120℃的环境下进行模压，模压压力为40MPa，模压时间为1min。
实施例8
将上述实施例2中的植物复合纤维放入模具中，在温度200℃的环境下进行模压，模压压力为800MPa，模压时间为3min。
实施例9
将上述实施例3中的植物复合纤维放入床垫模具中，在温度150℃的环境下进行模压，模压压力为600MPa，模压时间为2min，随后进行辊压，制得床垫。
实施例10
将上述实施例4中的植物复合纤维放入缓冲垫模具中，在温度150℃的环境下进行模压，模压压力为600MPa，模压时间为2min，随后进行辊压，制得缓冲垫。
实施例11
将上述实施例5中的植物复合纤维放入玩具兵模模具中，在温度150℃的环境下进行模压，模压压力为600MPa，模压时间为2min，随后进行清洗，制得玩具兵模。
实施例12
将上述实施例6中的植物复合纤维放入花盆模具中，在温度150℃的环境下进行模压，模压压力为600MPa，模压时间为2min，随后进行清洗，制得花盆。
效果例1
为表明本发明低熔点聚酯纤维和植物纤维以不同比例的混合制造出的植物复合纤维材料具有不同的技术效果。
特选择实施例3至实施例6中的植物复合纤维为原料生产出的植物复合纤维产材料对相关产品的植物纤维含量、密度、透气性以及外表质感进行比较，试验结果如下表所示：
经过上述实验对比可知，实施例3中所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比为2：1，制作出来的植物复合纤维材料植物纤维含量高、重量较重，但其具有密度低、透气性好以及表面具有纤维质感的优点，非常适合制作床垫；实施例4中所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比为2.5：1，制作出来的植物复合纤维材料不但透气性好而且密度也相对较高具有很好的隔音效果；实施例5中所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比为3：1，制作出来的植物复合纤维材料密度高、重量轻，表面有塑料质感，非常适合制作玩具模型；实施例6中所述植物纤维和低熔点聚酯纤维的重量比为5：1，制作出来的植物复合纤维材料重量轻、透气性良好并且表面具有陶瓷的质感，是制作花盆的首选材料。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。