本发明属于纤维增强复合材料技术领域，具体涉及一种利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法。
背景技术
目前全球每年产生4000多万吨废旧纺织品，其中中国每年约产生2000万吨。而且随着人们生活水平的提高，对衣服的消费量在不断增加，相应的废旧纺织品的数量也在持续增加，到2050年废旧纺织品将会达到89500万吨。在中国的废旧纺织品中化纤纺织品占70％，天然纤维纺织品占30％，其中棉纤维废旧纺织品占到了15％左右。这些棉纤维有的用来和其它化纤混纺织造服装，比如涤棉混纺产品，有一部分直接用来做纯棉产品，如我们几乎每个人都拥有至少一两条的牛仔裤，大都数是机织斜纹布料，其成分几乎100％是棉纤维。随着人们的审美风格的多样化，牛仔布更替周期越来越短，大量的废旧牛仔布被淘汰下来。这些废旧纺织品理论上97％可以被回收利用，但实际上回收利用的废旧纺织品比例很低。目前的废旧纺织品的处理手段主要还是焚烧或者掩埋。焚烧会产生大量有毒气体，污染大气环境，掩埋会让牛仔布上的染料和化学物质释放到土壤里，造成土壤污染进而造成水污染。
由于资源短缺和环境的恶化，人们逐渐意识到对资源的有效利用和保护环境对当前经济社会可持续发展的重大意义。因此，世界各地都加大了对废旧牛仔布的回收利用。废旧纺织品的回收方式有化学回收和机械回收两大类。化学回收要考虑纺织品上染料的问题，而机械回收比化学回收拥有更低的成本。在复合材料中增强材料的机械性能比纤维的颜色和外观更重要。现在牛仔服的更替时间短，废旧牛仔服中纤维强度降低的并不多，因此一些研究者致力于将废旧牛仔服加工成纤维产品作为复合材料的增强体。目前用废旧牛仔布增强复合材料的方法大多数是采用废旧牛仔布直接手糊成型或者热压成型。然而，目前的时尚牛仔裤大多数经过仿旧处理，很多年轻人穿的牛仔裤有很多孔洞，很难直接剪切用作复合材料的增强体料。此外，牛仔布的面密度非常高，树脂在其中的流动性受阻，很难利用树脂传递模塑工艺(rtm)或者真空袋成型工艺生产复合材料。因此，一些学者或者企业将牛仔布加工成纤维状来增强复合材料。这一方法解决了上述直接用牛仔布增强复合材料存在的问题，但目前主要采用手工铺放牛仔纤维的办法来增强复合材料，很难铺放均匀，这就造成了复合材料性能差异较大，无法作为结构件使用。
在纺织品加工技术中，非织造加工工艺需要的原料正是短切纤维，废旧牛仔布经开布机开松后获得的牛仔纤维长度在23-71mm之间(主要集中在30-45mm范围内)，满足非织造加工技术中梳理成网对纤维长度20-150mm的要求。杂乱的纤维进行梳理可以成为非常均匀的纤维网，再经过针刺处理便可以形成针刺毡。因此采用非织造针刺工艺可以生产各向同性的针刺毡，这种方法可以解决目前纤维增强复合材料性能不匀和力学性能低下的问题。
基体树脂有可以分为热固性树脂和热塑性树脂两大类。其中，聚丙烯是一种性优价廉、用途广泛的通用树脂，具有高的热变形温度、优良的刚性、电绝缘性、密度小、耐腐蚀、耐潮湿、阻燃、卓越的耐折叠性和易加工成型等特点。因而广泛用于塑料、纤维等领域，全球一年的生产量大约为3000万吨。近年来，随着聚丙烯产品产量和消耗量的不断增加，废旧聚丙烯也越来越多，进一步加剧了日益严重的环境问题和社会问题。以前废旧聚丙烯的处理方法主要是焚烧和填埋，近年来，由于石油资源日益紧张，聚丙烯价格也有所浮动。因此，废旧聚丙烯的回收利用受到世界各国的广泛关注和高度重视。因此一些研究者将废旧聚丙烯回收进行纺丝，但是这种纤维力学性能下降较大，不宜制作高档制品，因此应用推广有限。但是，如果将这种纤维作为增强材料的基体来使用就可以避开力学性能不足的缺点。这将大大提高聚丙烯产品的附加值，同时合理的利用了废旧聚丙烯塑料，降低生产成本，也避免了废旧聚丙烯塑料环境污染。
棉纤维的分解温度在240℃-400℃之间，而且超过90％的分解过程发生在300℃以上。聚丙烯的熔点为176℃，因此本发明将以将废旧牛仔纤维和废旧聚丙烯纤维进行混合梳理成网，然后经过针刺成毡，随后将废旧牛仔纤维/废旧聚丙烯纤维针刺毡在压机上在低于240℃的条件下热压成型制备废旧牛仔纤维增强废旧聚丙烯复合材料。废旧牛仔纤维增强废旧聚丙烯复合材料拥有低密度和高比强度特点，因此用其增强的复合材料可以广泛应用在汽车、家具、建筑等多个领域，具有广阔的发展前景。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种利用牛仔布和聚丙烯纤维制备聚丙烯增强复合材料的方法，解决了现有技术中存在的直接通过废旧牛仔纤维制备的增强复合材料力学性能不均匀、力学性能较低的问题，同时提高了废旧牛仔衣物的利用率。
本发明所采用的技术方案是，利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、去除废旧牛仔布上的装饰品，将牛仔布铺平利用开布机使其开松成纤维絮；
步骤2、将聚丙烯纤维切割成短纤维与牛仔布纤维絮按比例混合后喂入罗拉式梳理机，经锡林、道夫、工作辊和剥取辊进行除杂、混合、均匀成单纤维状，在将单纤维状梳理成薄网；
步骤3、利用交叉折叠铺网机将薄网制成纤维薄膜；
步骤4、对纤维薄膜进行反复针刺进行加固，得到厚度为1-4mm和抱合力为5-20n的针刺毡；
步骤5、将步骤4中得到的针刺毡放置在热压机上热压固化。
本发明的特点还在于，
步骤1中开松后得到的废旧牛仔纤维絮的纤维长度为20-80mm。
步骤2中切割后的聚丙烯纤维的长度为30-45mm。
步骤2中废旧牛仔纤维的质量占废旧牛仔纤维和聚丙烯纤维质量之和的30％-70％。
步骤4中的针刺密度为1-15刺/cm2。
步骤5中热压固化的温度为176-240℃，压力为3-20mpa，时间为2-10min。
本发明的有益效果是，
(1)本发明利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，与现有技术相比，摒弃了传统手工铺设增强复合材料的思路，采用一种非织造针刺工艺制备废旧牛仔纤维/聚丙烯纤维针刺毡，并采用热压成型快速固化为废旧纤维增强聚丙烯复合材料；
(2)本发明利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法制备的增强复合材料力学性能均匀，层间和面内力学性能高，为废旧纺织复合材料的制造提供新方法；
(3)本发明利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，废旧牛仔布的主要成分为棉纤维，其可纺性好，棉纤维天然转曲使其具有一定的抱合力。而聚丙烯纤维性优价廉、具有高的热变形温度、优良的刚性、电绝缘性、密度小、耐腐蚀、耐潮湿、阻燃、卓越的耐折叠性和易加工成型等特，将两种废旧纤维混合成网制备的复合材料能够同时发挥两种纤维的优点，使其性能取长补短，形成性能优异的复合材料；
(4)本发明利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，选用的牛仔布为纺织废料，废旧聚丙烯聚丙烯纤维为二次利用纤维，可以减少资源的浪费，提高纺织废料的利用率，同时也可以避免纺织废料的填埋和燃烧造成对环境的污染。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、去除废旧牛仔布上的装饰品，将牛仔布铺平利用开布机使其开松成纤维长度为20-80mm纤维絮；
步骤2、将聚丙烯纤维切割成纤维长度为30-45mm的短纤维与牛仔布纤维絮按比例混合后喂入罗拉式梳理机，经锡林、道夫、工作辊和剥取辊进行除杂、混合、均匀成单纤维状，在将单纤维状梳理成薄网，其中，废旧牛仔纤维的质量占废旧牛仔纤维和废旧聚丙烯聚丙烯纤维质量之和的30％-70％；
步骤3、利用交叉折叠铺网机将薄网制成纤维薄膜；
步骤4、对纤维薄膜进行反复针刺进行加固，得到厚度为1-4mm和抱合力为5-20n的针刺毡；
步骤5、将步骤4中得到的针刺毡放置在热压机上热压固化，其中，热压固化的温度为176-240℃，压力为3-20mpa，时间为2-10min。
实施例1
利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、去除废旧牛仔布上的装饰品，将牛仔布铺平利用开布机使其开松成纤维长度为20mm纤维絮；
步骤2、将聚丙烯纤维切割成纤维长度为30mm的短纤维与牛仔布纤维絮按比例混合后喂入罗拉式梳理机，经锡林、道夫、工作辊和剥取辊进行除杂、混合、均匀成单纤维状，在将单纤维状梳理成薄网，其中，废旧牛仔纤维的质量占废旧牛仔纤维和聚丙烯纤维质量之和的30％；
步骤3、利用交叉折叠铺网机将薄网制成纤维薄膜；
步骤4、对纤维薄膜进行反复针刺进行加固，得到厚度为1mm和抱合力为5n的针刺毡；
步骤5、将步骤4中得到的针刺毡放置在热压机上热压固化，其中，热压固化的温度为176℃，压力为3mpa，时间为2min。
实施例2
利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、去除废旧牛仔布上的装饰品，将牛仔布铺平利用开布机使其开松成纤维长度为40mm纤维絮；
步骤2、将聚丙烯纤维切割成纤维长度为35mm的短纤维与牛仔布纤维絮按比例混合后喂入罗拉式梳理机，经锡林、道夫、工作辊和剥取辊进行除杂、混合、均匀成单纤维状，在将单纤维状梳理成薄网，其中，废旧牛仔纤维的质量占废旧牛仔纤维和聚丙烯纤维质量之和的40％；
步骤3、利用交叉折叠铺网机将薄网制成纤维薄膜；
步骤4、对纤维薄膜进行反复针刺进行加固，得到厚度为2mm和抱合力为15n的针刺毡；
步骤5、将步骤4中得到的针刺毡放置在热压机上热压固化，其中，热压固化的温度为200℃，压力为15mpa，时间为8min。
实施例3
利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、去除废旧牛仔布上的装饰品，将牛仔布铺平利用开布机使其开松成纤维长度为80mm纤维絮；
步骤2、将聚丙烯纤维切割成纤维长度为45mm的短纤维与牛仔布纤维絮按比例混合后喂入罗拉式梳理机，经锡林、道夫、工作辊和剥取辊进行除杂、混合、均匀成单纤维状，在将单纤维状梳理成薄网，其中，废旧牛仔纤维的质量占废旧牛仔纤维和聚丙烯纤维质量之和的70％；
步骤3、利用交叉折叠铺网机将薄网制成纤维薄膜；
步骤4、对纤维薄膜进行反复针刺进行加固，得到厚度为4mm和抱合力为20n的针刺毡；
步骤5、将步骤4中得到的针刺毡放置在热压机上热压固化，其中，热压固化的温度为240℃，压力为20mpa，时间为10min。
实施例4
利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、去除废旧牛仔布上的装饰品，将牛仔布铺平利用开布机使其开松成纤维长度为25mm纤维絮；
步骤2、将聚丙烯纤维切割成纤维长度为35mm的短纤维与牛仔布纤维絮按比例混合后喂入罗拉式梳理机，经锡林、道夫、工作辊和剥取辊进行除杂、混合、均匀成单纤维状，在将单纤维状梳理成薄网，其中，废旧牛仔纤维的质量占废旧牛仔纤维和聚丙烯纤维质量之和的50％；
步骤3、利用交叉折叠铺网机将薄网制成纤维薄膜；
步骤4、对纤维薄膜进行反复针刺进行加固，得到厚度为3mm和抱合力为10n的针刺毡；
步骤5、将步骤4中得到的针刺毡放置在热压机上热压固化，其中，热压固化的温度为210℃，压力为18mpa，时间为5min。
实施例5
利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、去除废旧牛仔布上的装饰品，将牛仔布铺平利用开布机使其开松成纤维长度为40mm纤维絮；
步骤2、将聚丙烯纤维切割成纤维长度为35mm的短纤维与牛仔布纤维絮按比例混合后喂入罗拉式梳理机，经锡林、道夫、工作辊和剥取辊进行除杂、混合、均匀成单纤维状，在将单纤维状梳理成薄网，其中，废旧牛仔纤维的质量占废旧牛仔纤维和聚丙烯纤维质量之和的60％；
步骤3、利用交叉折叠铺网机将薄网制成纤维薄膜；
步骤4、对纤维薄膜进行反复针刺进行加固，得到厚度为2mm和抱合力为18n的针刺毡；
步骤5、将步骤4中得到的针刺毡放置在热压机上热压固化，其中，热压固化的温度为180℃，压力为18mpa，时间为9min。
本发明的利用废旧牛仔布和聚丙烯纤维制备牛仔纤维增强聚丙烯复合材料的方法，与现有技术相比，摒弃了传统手工铺设增强复合材料的思路，采用一种非织造针刺工艺制备废旧牛仔纤维/聚丙烯纤维针刺毡，并采用热压成型快速固化为废旧纤维增强聚丙烯复合材料，且制备的材料力学性能均匀，层间和面内力学性能高，为废旧纺织复合材料的制造提供新方法；同时，废旧牛仔布的主要成分为棉纤维，其可纺性好，棉纤维天然转曲使其具有一定的抱合力，且选用的牛仔布为纺织废料，废旧聚丙烯聚丙烯纤维为二次利用纤维，可以减少资源的浪费，提高纺织废料的利用率，同时也可以避免纺织废料的填埋和燃烧造成对环境的污染，而聚丙烯纤维性优价廉、具有高的热变形温度、优良的刚性、电绝缘性、密度小、耐腐蚀、耐潮湿、阻燃、卓越的耐折叠性和易加工成型等特，将两种废旧纤维混合成网制备的复合材料能够同时发挥两种纤维的优点，使其性能取长补短，形成性能优异的复合材料。