本發明屬于一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法。

背景技術：

1、目前，在汽車內飾領域，植物纖維通常是作為一種增強相來提高復合材料的抗彎強度與韌性，比如：利用麻纖維與pet/pp復合制備汽車頂棚；利用竹纖維與樹脂混合后模壓成車門內襯等。然而，與碳纖、玻纖等復合材料相比，天然纖維復合材料在汽車內飾材料方面尚存彎曲性能不足、韌性差、硬度低等問題，極大限制了植物纖維復合材料的應用范圍。為了解決上述問題，通過增大纖維體積分數等解決措施往往難以實現個力學性能的兼顧。

2、另一方面，植物纖維復合材料因其可持續、成本低、隔音、隔聲以及阻尼等特性成為了碳纖維板、玻璃纖維板、塑料板等傳統汽車內飾材料的理想替代品，但植物纖維復合材料的基體依然是塑料，這不可避免地存在甲醛等有害氣體的揮發，在汽車密閉的狹小空間內，這些揮發物會對人體造成潛在傷害。為了避免這種傷害，在使用的無醛復合材料的同時也會增加汽車的制造成本。

3、因此，迫切需要開發一種兼顧高強度、高硬度、高韌性且成本低廉、簡單易行的植物纖維復合材料的制備方法。這是為植物纖維復合材料能夠充分替代碳纖維、玻璃纖維等汽車內飾材料的一次探索，是對于全植物纖維基汽車內飾的一次突破，有著巨大的市場潛力。

技術實現思路

1、本發明的目的是設計一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法,具有高強度、高硬度和高韌性的性能，能與傳統汽車內飾用碳纖維、玻璃纖維等有機/無機纖維復合材料相媲美且還具有成本低廉、工藝簡單的優點。

2、為此,本發明的一種用于汽車內飾高性能植物纖維復合材料的制備方法,包括如下步驟：

3、(1)?處理溶液的配置：分別稱取0.1～10g的羥丙基纖維素和0.5～40g的纖維素納米晶，混合后加水，配置成100ml處理溶液；

4、(2)稱取一定量含水率在10%以下的氣干植物纖維材置在，用質量分數0.1%～20%的氫氧化鉀水溶液中，在90℃水中，熱處理1～36?h后，取出瀝除水份，得脫半纖維素植物材；

5、(3)?將脫半纖維素植物材放置于處理溶液中，在-0.095mpa下，真空浸漬10min，得處理植物纖維材；

6、(4)將上處理植物纖維材取出，將含水率控制在30%后，在60～170℃、1～25mpa下熱壓0.1～24h，得到增強植物纖維片材；

7、(5)將各增強植物纖維片材疊加，疊加面涂樹脂，按照相鄰層錯縫方式進行準各向同性組坯、同異性交叉組坯；

8、(6)將組坯材放置于模具中，在4mpa、80℃下固化1～6h，得到高性能植物纖維復合材料。

9、作為上述技術方案的進一步描述：所述植物纖維材是木材、竹材、麻類、秸稈或草類植物，木材、竹材的厚度為0.1～5mm的單板；

10、麻類、秸稈或草類植物先用切割機縱向切割成直徑0.5～3mm條狀纖維材，再用編織方法形成編織片材。

11、作為上述技術方案的進一步描述：所述的處理溶液為羥丙基纖維素和纖維素納米晶的混合水溶液，質量分數分別為0.1%～10%、0.5%～40%。

12、作為上述技術方案的進一步描述：所述的同性組坯為同一類材料的組坯；

13、其中木材、竹材包括一層組坯和多層組坯，一層組坯是同層木片板或竹片板的厚度相同，同層并排接寬、縱向首尾相接接長，縱向首尾相接的接長縫采用平接；多層組坯是多層木片板或竹片板上下相錯縫相拼組坯，同層木片板或竹片板的厚度相同，上、下相鄰的層材交替設置且同向縫相錯開設置，上、下相鄰的層材縱向紋交錯呈20°～90°設置，多層為奇數，且至少為3層；

14、麻類、秸稈或草類植物包括一層組坯和多層組坯，一層組坯是首層對接相錯接長，經緯交叉編織擴寬擴長，形成編織片材；多層組坯是至少為3層編織片材上下疊加組坯，同層編織片材厚度相同。

15、作為上述技術方案的進一步描述：所述的同異性交叉組坯為同層為同一類材料與相鄰層為另一類材料的交替疊放組坯；同一類材料為一層組坯的木片材、竹片材，另一類材料為麻類、秸稈或草類植物的一層或多層編織片材，組坯形式為：

16、(1)?3層組坯形式：木片材、一層或多層編織片材、木片材；或竹片材、一層或多層編織片材、竹片材；或木片材、一層或多層編織片材、竹片材；或竹片材、一層或多層編織片材、木片材；其中兩木片材、或兩竹片材、或兩竹木片材縱向紋路交錯呈20°～90°設置；

17、或一層或多層編織片材、木片材或竹片材、一層或多層編織片材；

18、(2)?多層奇數組坯形式為一層木片材或一層竹片材與一層或多層編織片材交替疊加的組坯，其中上下相鄰兩木片材、或兩竹片材、或兩竹木片材縱向紋路交錯呈20°～90°設置；

19、或一層或多層編織片材與一層木片材或一層竹片材交替疊加的組坯；

20、作為上述技術方案的進一步描述：所述的樹脂為復合的樹脂，可以是環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂，聚乳酸、pp。

21、作為上述技術方案的進一步描述：所述的組坯材的含水率為10～12%。

22、本發明具有如下有益效果：

23、1、本發明依次對植物纖維材進行增強處理、準各向同性處理和樹脂復合處理，最終得到一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料。這種復合材料有著超越傳統植物纖維復合結構件的力學性能并實現了高強度、高硬度和高韌性的兼顧，利用本發明制備的植物纖維復合材料的力學性能可與傳統汽車內飾用碳纖維、玻璃纖維等有機/無機纖維復合材料相媲美。對比試驗表明：本發明制備的用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的抗彎強度介于111.18～239.22mpa，肖氏硬度介于76.5～80.5，韌性介于5.5～9.6mj/cm3；同一重量厚度的汽車內飾用碳纖維復合材料制成產品的抗彎強度為193.70mpa，肖氏硬度為80.0，韌性為6.4mj/cm3；同一重量厚度的汽車內飾用玻璃纖維復合材料制成產品的抗彎強度為193.70mpa，肖氏硬度為80.0，韌性為6.4mj/cm3；同一重量厚度的汽車內飾用竹纖維復合材料制成產品的抗彎強度為79.39mpa，肖氏硬度為78.0，韌性為1.3mj/cm3。

24、上述指標數據說明利用本發明方法制備的汽車內飾用高強植物纖維復合板具有超越傳統植物纖維復合板的高抗彎強度、高硬度、高韌性，并有著媲美汽車內飾用碳纖維、玻璃纖維復合板的力學性能，為打造兼具輕量化、高性能和全覆蓋的汽車內飾構件，提供了一種全新的解決方案。

25、2、本發明制備的汽車內飾用植物纖維復合材料，大大減少了化學纖維復合所需要的額外化學物質，實現了以植物纖維為基體的高韌高強材料，減少了化學纖維的用量，且為推廣植物廢料的應用提供了方法。

26、3、本發明的制備方法解決了當前植物纖維復合材料不足以替代所有汽車內飾材料的難題，拓寬了植物纖維復合材料在汽車內飾領域的應用。

技術特征：

1.一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法,其特征在于，包括如下步驟：

2.按權利要求1所述的一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法,其特征在于：所述植物纖維材是木材、竹材、麻類、秸稈或草類植物，木材、竹材的厚度為0.1～5mm的單板；

3.按權利要求1所述的一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法,其特征在于：所述的處理溶液為羥丙基纖維素和纖維素納米晶的混合水溶液，質量分數分別為0.1%～10%、0.5%～40%。

4.按權利要求1所述的一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法,其特征在于：所述的同性組坯為同一類材料的組坯；

5.按權利要求1所述的一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法,其特征在于：所述的同異性交叉組坯為同層為同一類材料與相鄰層為另一類材料的交替疊放組坯；同一類材料為一層組坯的木片材、竹片材，另一類材料為麻類、秸稈或草類植物的一層或多層編織片材，組坯形式為：

6.按權利要求1所述的一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法,其特征在于：所述的樹脂為復合的樹脂，可以是環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂，聚乳酸、pp。

7.按權利要求1所述的一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法,其特征在于：所述的組坯材的含水率為10～12%。

技術總結
本發明屬于一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料的制備方法，包括依次對植物材進行增強處理、準各向同性處理和樹脂復合處理，最終得到一種用于汽車內飾的高性能植物纖維復合材料。用本發明方法制備的復合材料有著超越傳統植物纖維復合結構件的強度、硬度和韌性，并可與傳統汽車內飾用碳纖維、玻璃纖維等有機/無機纖維復合材料相媲美，本方法克服了當前植物纖維復合材料力學性能不足的難題，拓寬了植物纖維復合材料在汽車內飾領域的應用范圍。

技術研發人員：付宗營,盧蕓,王凱,玉霞
受保護的技術使用者：中國林業科學研究院木材工業研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28