專利名稱：一種植物纖維增強生物質樹脂基泡沫板材及其制備方法
技術領域：
本發明屬于一種資源環境友好型復合材料發泡板材的設計與制造技術，涉及一種連續天然植物纖維以及利用該纖維作為載體，附載膨脹型生物質樹脂以及生物質環氧樹月旨，制造輕質高性能復合材料泡沫板材的植物纖維增強生物質樹脂基泡沫板材及其制備方法。
背景技術：
一般講，泡沫材料都具有密度低，力學性能適中而可調的優點。取決于選材與結構設計，這種材料還可以具有減震降噪、低導熱和隔熱、填充等功能用途，因此可以應用在艙內或內飾領域，典型的包括車輛、船舶、列車、飛機、家裝家具等。但剛度和強度不夠高是這些泡沫材料的共性特征。 通過纖維、特別是長纖維或連續纖維增強，可以大幅度提高上述泡沫材料的力學性能，為此，產生了一些三組分的復合材料泡沫板材技術。參考發明專利《樹脂浸潰纖維復合材料的制備方法〉〉(Method for the production of fiber composite materialsimpregnated with resin),美國專利號4，483, 889,專利授權日期1984年11月20號公布了一種用纖維、可固化熱固性樹脂和可發性微球三組分材料制備網狀復合材料泡沫的技術。參考發明專利《可發性微球的制備技術》(Process for expandable microspheres),美國專利號4，513，106，專利授權日期1985年4月23號公布了一種以可發性高分子包裹熱發泡劑的微球技術；而后來的參考發明專利《可發性空心粒子》(Expandable hollow particles),美國專利號5，834，526，專利授權日期1998年11月10號又公布了一種以可發性高分子為殼包裹發泡劑的微粒技術，后兩者的區別在于不同的材料組成。其他還有一些專利與上述專利類似。利用這些專利技術可以制備生產連續玻璃纖維增強的復合材料泡沫板材，目前，這種板材已實現商品化。但是，上述發明中所用到的連續纖維均為玻璃纖維、碳纖維或者有機合成纖維等結構致密的傳統纖維材料，不具有優良的減震降噪、吸聲隔聲性能，無法用在一些具有明確減震降噪要求的地方，如發動機室內壁及地板等。而本發明采用的純天然植物纖維具有多孔結構，該結構使其具有良好的聲學特性，由其制成的連續纖維增強泡沫板具有優異的吸音隔音、減震降噪效果。本發明以多孔、可再生的純天然植物纖維材料為基本增強材料，通過合適的阻燃、抗老化和界面處理，充分發揮其空心、輕質的力學和聲學特性；同時又以可再生的生物質樹脂作為可發性微膠囊以及可固化型或可熱成型的樹脂材料，設計制備連續植物纖維增強的生物質樹脂基復合材料泡沫板材。在植物纖維作為增強材料應用方面，發明專利《一種界面增容、阻燃的植物纖維增強織物及其復合材料技術》，中國發明專利申請號201110181785. 3提出了一種植物纖維界面增容和阻燃處理的技術方法，可以作為本發明的參考
發明內容
本發明的目的是提出一種具有更優越的阻尼和聲學性能并且可降解的植物纖維增強生物質樹脂基泡沫板材及其制備方法。本發明的技術解決方案是，以苧麻、亞麻、大麻、黃麻植物纖維為增強體，附載膨脹型生物質樹脂以及生物質環氧樹脂，制造得到復合材料泡沫板材；其中增強纖維的重量含量為40% -60% ;纖維增強泡沫板的制備方法如下(I)選用苧麻、亞麻、大麻或黃麻天然纖維作為原料，采用工業上成熟的纖維氈制備技術，制備出O. l-5mm厚的纖維氈，并對纖維氈進行阻燃增容處理；(2)采用聚乳酸為囊皮，囊皮內充烷烴，制備微膠囊發泡劑，微膠囊發泡劑的粒徑在5 μ m-50 μ m,烷烴的充入量以將其加熱到100°C _180°C，微膠囊體積變到原來體積的50-100倍為準；(3)配制馬來松香基環氧樹脂固化劑并與環氧樹脂混合、碾磨，制備成部分生物質 化的環氧樹脂微粉，微粉粒徑在10 μ m至100 μ m之間；(4)在環氧樹脂微粉中加入5% -15%的微膠囊發泡劑，并配備成水基懸浮液；(5)將經過阻燃增容處理的植物纖維氈放置在懸浮液中充分浸潰，晾干，得到發泡預浸料待用；(6)將如(5)所述干態纖維氈預浸料加熱到100°C _180°C，保溫10min_15min，使植物纖維氈膨脹為最初厚度的5-8倍，由此得到連續植物纖維增強生物質樹脂復合材料泡沫板材。所述的纖維氈為單絲分散氈，厚度在O. 3mm-4mm之間。所述纖維氈制備技術是針刺技術或粘接技術。本發明的優點和特點本發明以可再生的純天然植物纖維材料為基本增強材料，通過合適的阻燃、抗老化和界面處理，充分發揮其空心、輕質的力學和聲學特性；同時又以可再生的生物質樹脂作為可發性微膠囊以及可固化型或可熱成型的樹脂材料，設計制備連續植物纖維增強的生物質樹脂基復合材料泡沫板材。(I)增強材料全部采用天然、可再生的植物資源，主要使用性能同比現有的成熟材料，但具有更優異的比強度和比剛度力學性能。(2)生物質樹脂的可發性微膠囊和浸潰樹脂主要來自天然的植物資源，基本性能和使用性能可比現有的成熟材料。(3)由于大多數植物纖維的多尺度多層次的多孔結構特征、以及空心結構特征，因此這種復合材料泡沫板材具有更優越的阻尼和聲學性能，如減震、降噪、吸聲、隔聲等。(4)植物纖維的隔熱性能好，配合可發性粒子形成的膨脹多孔結構，使得這種復合材料泡沫板材的熱絕緣性和保溫性能好。(5)由于天然植物纖維和生物質樹脂的應用，這種復合材料泡沫板材可降解，而且其主要原材料可再生，因而環境友好，所有這些優點和特點是傳統連續纖維增強的復合材料泡沫板材所沒有的。
具體實施例方式本發明的設計和制造步驟如下(I)選用商用的劍麻、芒麻、亞麻、黃麻、大麻等天然植物纖維及其連續纖維租或連續纖維織物等，其厚度在O. 3mm-4mm之間可調；或選用長植物纖維，例如長度大于50mm的植物纖維，充分打散，再通過針刺或粘接的方法，制成具有一定厚度的長纖維氈，纖維氈的厚度也在O. 3mm-4mm之間可調。(2)參照發明專利《一種界面增容、阻燃的植物纖維增強織物及其復合材料技術》，申請號201110181785. 3，對所有植物纖維進行表面阻燃或/和偶聯處理，偶聯劑的通式為R2-Si (ORl) 3，如端基為氨基的偶聯劑H2N-(CH2) 3-Si (0C2H5) 3，如端基為環氧基的偶聯劑
P、
CH2CHCH2O(CH2)3Si(OCH3)3(3)制備以商用可降解熱塑性聚乳酸高分子PLA(PolyLaCtiC Acid)為囊皮的可發性微膠囊作為發泡劑，微膠囊內充烷烴，將其加熱到100°c -180°C后微膠囊會迅速膨脹，體 積變到原來體積的50-100倍；或選用商業產品的其他可發性微膠囊作為發泡劑，其囊皮材料包括硅橡膠、聚丙烯腈或聚甲基丙烯酸甲酯?？砂l性微膠囊的粒徑應控制在5 μ m-50 μ m之間。(4)配制馬來松香(MPA)基環氧樹脂固化劑
O
MPA將其置換常規環氧樹脂固化劑，如北京航空材料研究院3233、3234環氧樹脂的固化劑，仍得到通用的環氧樹脂3233、3234，但其部分組分已來自天然材料。將這種部分生物質化的環氧樹脂制備成粉體，粉體粒徑在10 μ m至100 μ m之間。(5)根據所要制備的纖維增強泡沫板的密度，將(3)所述微膠囊發泡劑混入樹脂中，調整微膠囊發泡劑在(4)所述的環氧樹脂中的添加比例在5% -15%之間，通過高速攪拌機將兩者充分攪拌均勻，得到雙組分粉料待用。(6)將(5)所述雙組分粉料配置制備成水基懸浮液(俗稱漿料)，將經步驟(2)處理的植物纖維氈或織物放置在這種懸浮液中充分浸潰(俗稱淤漿浸潰)，適當干燥，得到發泡預浸料待用。該過程是工業成熟技術，一般在配套的裝置、設備上完成。(7)將如(6)所述干態纖維氈或織物發泡預浸料加熱到10(TC -180°C，放置10min-15min，微膠囊隨之加熱膨脹，發泡預浸料也隨之變厚，膨脹為最初厚度的5_8倍。在加熱的過程中，熱固性環氧樹脂也同時固化交聯，由此得到連續植物纖維增強生物質樹脂復合材料泡沫板材。實施例I :(I)采用短切的苧麻纖維，利用針刺設備，制得面密度為400g/m2的苧麻無紡氈，備用。(2)采用3%的KH550硅烷偶聯劑水溶液浸潰苧麻無紡氈，待織物干燥后，再用10%的氮磷阻燃劑水溶液浸潰無紡氈，晾干。(3)制備粒徑為10 μ m、囊皮為可降解熱塑性聚乳酸高分子PLA、起發溫度為120°C的微膠囊發泡劑。(4 )配制MPA型松香基環氧樹脂固化劑
權利要求
1.ー種植物纖維增強生物質樹脂基泡沫板材及其制備方法，其特征在干，以苧麻、亞麻、大麻、黃麻植物纖維為增強體，附載膨脹型生物質樹脂以及生物質環氧樹脂，制造得到復合材料泡沫板材；其中增強纖維的重量含量為40% -60% ;纖維增強泡沫板的制備方法如下 (1)選用苧麻、亞麻、大麻或黃麻天然纖維作為原料，采用エ業上成熟的纖維氈制備技術，制備出O. 1-5_厚的纖維氈，并對纖維氈進行阻燃增容處理； (2)采用聚乳酸為囊皮，囊皮內充烷烴，制備微膠囊發泡劑，微膠囊發泡劑的粒徑在5 μ m-50 μ m,烷烴的充入量以將其加熱到100°C _180°C，微膠囊體積變到原來體積的50-100倍為準； (3)配制馬來松香基環氧樹脂固化劑并與環氧樹脂混合、碾磨，制備成部分生物質化的環氧樹脂微粉，微粉粒徑在10 μ m至100 μ m之間； (4)在環氧樹脂微粉中加入5%-15%的微膠囊發泡劑，并配備成水基懸浮液； (5)將經過阻燃增容處理的植物纖維氈放置在懸浮液中充分浸潰，晾干，得到發泡預浸料待用； (6)將如(5)所述干態纖維氈預浸料加熱到100°C_180°C，保溫10min-15min，使植物纖維氈膨脹為最初厚度的5-8倍，由此得到連續植物纖維增強生物質樹脂復合材料泡沫板材。
2.根據權利要求I所述的ー種植物纖維增強生物質樹脂基泡沫板材及其制備方法，其特征是，所述的纖維氈為單絲分散氈，厚度在O.之間。
3.根據權利要求I所述的ー種植物纖維增強生物質樹脂基泡沫板材及其制備技術，其特征是，所述纖維氈制備技術是針刺技術或粘接技木。
全文摘要
本發明屬于一種資源環境友好型復合材料發泡板材的設計與制造技術，涉及一種植物纖維增強生物質樹脂基泡沫板材及其制備方法。本發明以苧麻、亞麻、大麻、黃麻等植物纖維為增強體，附載膨脹型生物質樹脂及生物質環氧樹脂，制造得到輕質高性能復合材料泡沫板材。先將植物纖維通過針刺或粘接劑等制成一定厚度的纖維氈，對短切纖維氈進行阻燃或/和偶聯處理。采用MPA型松香基環氧樹脂固化劑配備環氧樹脂，并將環氧樹脂制成水基懸浮液，并在該溶液中加入5％-15％質量分數的微膠囊發泡劑。將處理好的纖維氈在樹脂溶液中充分浸漬并瀝去多余樹脂，最后將浸漬完樹脂的短切纖維氈放置在一定溫度的烘箱中加熱10min-15min，待樹脂固化后得到植物纖維增強生物質樹脂基泡沫板材。
文檔編號C08J9/16GK102838844SQ20121035658
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者益小蘇, 紀雙英, 仝建峰, 焦春榮, 劉燕峰 申請人:中國航空工業集團公司北京航空材料研究院