一种环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于天然植物纤维增强树脂复合材料技术领域，具体涉及一种环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]竹原纤维/不饱和聚酯(UPE)复合材料是利用高分子材料成型原理，混合一定比例的竹原纤维和UPE树脂，经一定工艺处理后加工成型的一种新型材料。竹原纤维/UPE复合材料中的生物材料部分来源广泛，价格低廉。竹原纤维/UPE复合材料的拉伸与弯曲性能可与玻璃纤维增强复合材料相当。因此竹原纤维/UPE复合材料在船舶、汽车、建筑、运动器材以及家具等领域具有广阔的应用前景，是一种正在发展的重要竹塑复合新材料。但其在制备与实际应用中，由于竹原纤维与UPE树脂的相容性较差，界面结合力较低，从而影响复合材料的整体力学性能。此外，植物纤维极易吸水，也使得竹原纤维/UPE树脂复合材料的耐水性能尚无法满足一些应用领域的使用要求。因此，改善纤维与基体之间的界面相容性至关重要。目前，对于提高纤维与基体之间的界面相容性可通过物理和化学方法对纤维表面进行处理。物理改性主要是通过对纤维的结构或表面进行改性，来提高植物纤维的强度和降低其亲水性，从而达到改性目的，但是物理方法只能改变纤维浅表层特性。而化学改性方法如对纤维进行氧化改性、单体接枝共聚处理、偶联处理、或对纤维进行交联改性等可显著改善纤维的表面特性，从而增强纤维与基体的界面结合强度，提高复合材料的整体性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料及其制备方法，改善竹原纤维与UPE树脂基体之间的界面相容性，提高竹原纤维/UPE复合材料的整体性能。本发明制备的竹原纤维增强UPE复合材料具有较高的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，而且冲击强度未见明显降低。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料，是由1，2-环氧-4-乙烯基环己烷(EVC)改性的竹原纤维和不饱和聚酯树脂通过热压成型工艺制得的。
[0005]原料组分按质量份数计:竹原纤维78~95份、不饱和聚酯树脂78~95份、I, 2-环氧-4-乙烯基环己烷2~4份、催化剂0.02-0.04份、溶剂80~90份、引发剂2~4份。
[0006]所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB);所述的催化剂为N，N-二甲基苄胺(DBA);所述的溶剂为三乙胺。
[0007]制备方法的具体步骤如下:
(1)竹原纤维经开松并裁剪成20cmX20 cm规格的纤维毡，100~105°C下烘至绝干，冷却至室温；
(2)在三乙胺中加入1，2_环氧-4-乙烯基环己烷和N，N-二甲基苄胺，混合搅拌lOmin，使之均匀分散；将混合液均匀喷洒在竹原纤维毡表面，100~105°C干燥3h ; (3)在不饱和聚酯树脂中加入过氧化苯甲酸叔丁酯，混合搅拌lmin，使之混合均匀；
(4)将5~9片步骤(2)制得的改性竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把步骤(3)的树脂混合液迅速均匀涂敷在纤维板坯的两表面，在室温下以3~6MPa的压力冷压3~8min，使树脂渗透入纤维板坯中；然后升温至110~160°C，以3~6MPa的压力热压20~40min ;保压60~120min，自然冷却至室温。
[0008]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UPE树脂的用量比(质量比)为1: 1，热压温度160°C，热压时间30min，以模压工艺可制备力学性能优良的竹原纤维增强UPE复合材料。采用EVC改性的竹原纤维作为UPE复合材料的增强体，所得复合材料具有较高的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，而且冲击强度未明显降低。
【附图说明】
[0009]图1是竹原纤维/UPE复合材料的拉伸性能。其中，control表示未改性竹原纤维/UPE复合材料；EVC-1表示采用1%EVC为纤维改性剂的复合材料；EVC_3表示采用3%EVC为纤维改性剂的复合材料；EVC-5表示采用5%EVC为纤维改性剂的复合材料。图2和图3横坐标中control、EVC-U EVC-3、EVC-5表示含义相同。图中矩形柱上下方横线表示数据均值的标准差，柱状图上方无相同字母的表示两组数据之间差异显著，否则差异不显著。
[0010]图2是竹原纤维/UPE复合材料的弯曲性能。
[0011 ] 图3是竹原纤维/UPE复合材料的冲击强度。
【具体实施方式】
[0012]—种环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料，是由1，2-环氧-4-乙烯基环己烷(EVC)改性的竹原纤维和不饱和聚酯树脂通过热压成型工艺制得的。
[0013]原料组分按质量份数计:竹原纤维78~95份、不饱和聚酯树脂78~95份、1，2-环氧-4-乙烯基环己烷2~4份、催化剂0.02-0.04份、溶剂80~90份、引发剂2~4份。
[0014]所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB);所述的催化剂为N，N-二甲基苄胺(DBA);所述的溶剂为三乙胺。
[0015]制备方法的具体步骤如下:
(1)竹原纤维经开松并裁剪成20cmX20 cm规格的纤维毡，100~105°C下烘至绝干，冷却至室温；
(2)在三乙胺中加入1，2_环氧-4-乙烯基环己烷和N，N-二甲基苄胺，混合搅拌lOmin，使之均匀分散；将混合液均匀喷洒在竹原纤维毡表面，100~105°C干燥3h ;
(3)在不饱和聚酯树脂中加入过氧化苯甲酸叔丁酯，混合搅拌lmin，使之混合均匀；
(4)将5~9片步骤(2)制得的改性竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把步骤(3)的树脂混合液迅速均匀涂敷在纤维板坯的两表面，在室温下以3~6MPa的压力冷压3~8min，使树脂渗透入纤维板坯中；然后升温至110~160°C，以3~6MPa的压力热压20~40min ;保压60~120min，自然冷却至室温。
[0016]原料:竹原纤维(平均长度22.81mm，平均宽度150 μm)由福建海博斯化学技术有限公司提供；不饱和聚酯(型号:9231-1TP)，购自上玮(上海)精细化工有限公司；纤维改性剂为1，2-环氧-4-乙烯基环己烷偶联剂(EVC)、催化剂N，N-二甲基苄胺(DBA)，引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)和溶剂三乙胺均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
[0017]实施例1
制备过程中，环氧单体EVC用量为竹原纤维质量的1% ;竹原纤维与UPE树脂混合液的用量比1:1 ;催化剂DBA的用量为EVC的1% ;引发剂TBPB的用量为UPE树脂混合液质量的5% ο
[0018]实施例2
制备过程中，环氧单体EVC单体用量为竹原纤维质量的3% ;竹原纤维与UPE树脂混合液的用量比1:1 ;催化剂DBA的用量为EVC的1% ;引发剂TBPB的用量为UPE树脂混合液质量的5%。
[0019]实施例3
制备过程中，环氧单体EVC用量为竹原纤维质量的5% ;竹原纤维与UPE树脂混合液的用量比1:1 ;催化剂DBA的用量为EVC的1% ;引发剂TBPB的用量为UPE树脂混合液质量的5% ο
[0020]复合材料板力学性能测试:
复合材料板制成哑铃型试样(规格:长80mm，两端宽15mm，中间宽10mm，标距50mm，厚度
3.0mm)以测试拉伸性能；弯曲性能的测试样品为长条状(规格:60 mmX 12.7 mmX 3.0mm)；冲击强度的测试样品为长条状(规格:80 mmX 10 mmX3.0mm)o拉伸强度测试依据ASTMD3039-08标准进行；弯曲强度与模量测试依据ASTM D790-10标准进行；冲击强度测试依据GB/T1043-93。拉伸性能和弯曲性能测试在微机控制电子万能试验机上完成，冲击强度测试在摆锤冲击试验机上完成。
[0021]复合材料的拉伸强度
由图1知，竹原纤维经EVC改性后，复合材料的拉伸强度显著提高。control、EVC-UEVC-3、EVC-5 复合材料的拉伸强度分别为 52.2MPa、57.lMPa、62.lMPa、61.9MPa。其中 EVC-3复合材料的拉伸强度(62.1MPa)与EVC-5复合材料的拉伸强度(61.9MPa)相当，无显著差升。
[0022]复合材料的弯曲性能
由图2知，control复合材料弯曲强度(97.4MPa)和弯曲模量(6893.4MPa)与EVC-1复合材料的弯曲强度(99.6MPa)和弯曲模量(7178.5MPa)相当，两者无显著性差异；EVC_3复合材料的弯曲强度(109.2MPa)和EVC-5复合材料的弯曲强度(108.2MPa)与control和EVC-1的弯曲强度无显著差异，而EVC-3复合材料的弯曲模量(8200.3MPa)和EVC-5复合材料的弯曲模量(7798.0MPa)相当，但较conrol和EVC-1的弯曲模量有显著提高。因此，在改性竹原纤维增强UPE复合材料中，EVC-3复合材料的力学性能最佳。
[0023]复合材料的冲击强度
由图3知，control、EVC-U EVC-3, EVC-5复合材料的冲击强度分别为16.7kJ/m2、16.6kJ/m2、16.2kJ/m2、15.8kJ/m2。四者的冲击强度数值呈逐渐降低趋势，但从统计学角度分析，并无显著差异。
[0024]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料，其特征在于:所述的复合材料是由1，2-环氧-4-乙烯基环己烷改性的竹原纤维和不饱和聚酯树脂通过热压成型工艺制得的。2.根据权利要求1所述的环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料，其特征在于:原料组分按质量份数计:竹原纤维78~95份、不饱和聚酯树脂78~95份、1，2-环氧-4-乙烯基环己烷2~4份、催化剂0.02-0.04份、溶剂80~90份、引发剂2~4份。3.根据权利要求2所述的环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料，其特征在于:所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯；所述的催化剂为N，N-二甲基苄胺；所述的溶剂为三乙胺。4.一种制备如权利要求1所述的环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料的方法，其特征在于:具体步骤如下: (1)竹原纤维经开松并裁剪成20cmX20 cm规格的纤维毡，100~105°C下烘至绝干，冷却至室温； (2)在三乙胺中加入1，2_环氧-4-乙烯基环己烷和N，N-二甲基苄胺，混合搅拌lOmin，使之均匀分散；将混合液均匀喷洒在竹原纤维毡表面，100~105°C干燥3h ; (3)在不饱和聚酯树脂中加入过氧化苯甲酸叔丁酯，混合搅拌lmin，使之混合均匀； (4)将5~9片步骤(2)制得的改性竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把步骤(3)的树脂混合液迅速均匀涂敷在纤维板坯的两表面，在室温下以3~6MPa的压力冷压3~8min，使树脂渗透入纤维板坯中；然后升温至110~160°C，以3~6MPa的压力热压20~40min ;保压60~120min，自然冷却至室温。
【专利摘要】本发明公开了一种环氧单体改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料及其制备方法，以1,2-环氧-4-乙烯基环己烷为偶联剂对竹原纤维进行表面改性处理，并以此作为不饱和聚酯复合材料的增强体，制备出改性竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料，具有较高的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，而且冲击强度未见明显降低。
【IPC分类】C08L51/08, C08F283/01, C08J5/06, C08L97/02, C08J5/24
【公开号】CN105111478
【申请号】CN201510569358
【发明人】邱仁辉, 谢天顺, 陈涵, 吴锐, 刘文地, 张伟, 陈继智, 沈云玉, 刘瑞芳
【申请人】福建农林大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月9日