本發(fā)明涉及一種纖維、其制備方法及應(yīng)用，尤其是一種植物纖維、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

劍麻纖維質(zhì)地堅(jiān)韌，耐磨、耐鹽堿、耐腐蝕，廣泛運(yùn)用在運(yùn)輸、漁業(yè)、石油、冶金等各種行業(yè)，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。劍麻在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的短切纖維，將這些短切纖維加入到聚合物基體內(nèi)制備成復(fù)合材料，能夠大幅度提高材料力學(xué)性能和耐熱性能，這能夠替代更多的汽車(chē)結(jié)構(gòu)件，從而達(dá)到汽車(chē)輕量化的目的。

短切玻璃纖維等無(wú)機(jī)纖維主要通過(guò)與聚合物基體高速混合后加入到雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)混合，從而起到增強(qiáng)聚合物力學(xué)性能的效果。由于短切植物纖維較短切玻璃纖維密度小、質(zhì)地蓬松，很難直接定量加入到聚合物基體內(nèi)；同時(shí)由于使用的設(shè)備為雙螺桿擠出機(jī)，在制備復(fù)合材料過(guò)程中，短切纖維被剪切成更短的纖維，使其在聚合物基體內(nèi)無(wú)法完全發(fā)揮其性能。目前，針對(duì)植物纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的普遍做法為將植物纖維磨成粉料，再與聚合物混合制備復(fù)合材料制品，這種工藝無(wú)法發(fā)揮劍麻纖維的功能，因此植物纖維在聚合物基體中的應(yīng)用受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種植物纖維的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：一種植物纖維的制備方法，包括以下步驟：

(1)將短切植物纖維放入攪拌設(shè)備內(nèi)進(jìn)行攪拌，同時(shí)噴灑膠黏劑，得到預(yù)處理植物纖維；

(2)將步驟(1)得到的預(yù)處理植物纖維進(jìn)行熱壓成型，得到植物纖維板；

(3)將步驟(2)得到的植物纖維板進(jìn)行沖壓成型，得到直徑為3～9mm的植物纖維圓片，即為所述植物纖維。

所述步驟(1)中的短切植物纖維包括但不限于劍麻、黃麻、苧麻、棉花、麥秸稈等短切植物纖維。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中的膠黏劑為脲醛溶液，所述脲醛溶液的用量為短切植物纖維質(zhì)量的10％～30％，所述脲醛溶液中脲醛的質(zhì)量百分含量為40％～70％。噴灑脲醛溶液質(zhì)量百分含量低于10％時(shí)，纖維之間的粘合強(qiáng)度較差，板材在進(jìn)行沖壓制片時(shí)，纖維易散開(kāi)，無(wú)法制備成合格的纖維小圓片，合格率較低。噴灑脲醛溶液質(zhì)量百分含量高于30％時(shí)，用上述方法制備的纖維小圓片，在同熱塑性塑料混合時(shí)，由于脲醛含量高，纖維間的粘結(jié)力太強(qiáng)，從而影響植物纖維在塑料基體內(nèi)的分散。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中，攪拌的速度為30～50r/min，攪拌的時(shí)間為5～10分鐘。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，熱壓成型的溫度為160℃～180℃，熱壓成型的時(shí)間為5～10分鐘。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，植物纖維板的厚度為2mm～4mm。使用這種厚度纖維板制備的植物纖維顆粒的外形尺寸同塑料顆粒尺寸相當(dāng)，利于物料在加工過(guò)程中的下料。

本發(fā)明還提供一種由上述制備方法制備得到的植物纖維。所述植物纖維能直接定量加入到聚合物基體內(nèi)，發(fā)揮植物纖維的功能，更好的增強(qiáng)聚合物的性能。

同時(shí)，本發(fā)明還提供一種包含上述植物纖維的聚合物基復(fù)合材料。所述復(fù)合材料力學(xué)性能好、尺寸穩(wěn)定性高。

優(yōu)選地，所述聚合物基復(fù)合材料，包含以下重量份的組分：

熱塑性塑料80～100份、植物纖維10～40份、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯2～4份、聚乙烯蠟0.5～1份、抗氧劑10100.5～1份、抗氧劑1680.5～1份。

更優(yōu)選地，所述熱塑性塑料為聚乙烯(pe)塑料、聚丙烯(pp)塑料、聚氯乙烯(pvc)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)塑料中的一種。

此外，本發(fā)明還提供一種上述聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將各組分混合均勻，得到混合料；

(2)利用拉伸流變擠出機(jī)，將步驟(1)得到的混合料進(jìn)行擠出造粒，得到復(fù)合材料顆粒；

(3)將步驟(2)所得復(fù)合材料顆粒進(jìn)行注射成型，得到所述聚合物基復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中，將各組分在混料機(jī)中混合10～20分鐘，其中，混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為400r/min。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的拉伸流變擠出機(jī)，機(jī)筒一區(qū)的溫度為150℃，機(jī)筒二區(qū)的溫度為200℃，機(jī)筒三區(qū)的溫度200℃，模頭溫度為200℃。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的拉伸流變擠出機(jī)，轉(zhuǎn)子直徑為40mm，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)定為60r/min。

常規(guī)雙螺桿擠出機(jī)主要依靠剪切力將物料分散均勻，但在加工過(guò)程中，短切的植物纖維也會(huì)被剪斷；而本發(fā)明所使用的拉伸流變擠出機(jī)主要依靠拉伸應(yīng)力使物料分散(類(lèi)似揉面動(dòng)作)，其最大的優(yōu)點(diǎn)即為保證物料分散均勻的同時(shí)，短切纖維不會(huì)被剪斷，從而保證短切植物纖維的增強(qiáng)功能。

同時(shí)，本發(fā)明還提供一種本發(fā)明所述植物纖維在制備復(fù)合材料中的應(yīng)用。利用植物纖維有效增強(qiáng)復(fù)合材料，進(jìn)一步擴(kuò)大了植物纖維的應(yīng)用。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明制備方法得到的植物纖維，能定量加入到聚合物基體內(nèi)，一方面能保證短切植物纖維在加工過(guò)程中不被剪切成更短的纖維，一方面保證短切植物纖維在聚合物基體中起到增強(qiáng)的效果，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性(力學(xué)性能提高40％左右，尺寸穩(wěn)定性提高1倍以上)，擴(kuò)大復(fù)合材料的應(yīng)用范圍；解決了短切植物纖維在聚合物基體中應(yīng)用限制問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)植物廢棄物的高質(zhì)化利用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)植物廢棄物的回收利用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述植物纖維制備方法步驟(1)中所用到的一種短切植物纖維圖；

圖2為本發(fā)明所述植物纖維制備方法步驟(2)中得到的一種植物纖維板圖；

圖3為本發(fā)明所述植物纖維制備方法步驟(3)中得到的一種植物纖維圓片圖；

圖4為實(shí)施例6中對(duì)照組所得聚合物基復(fù)合材料的一種掃描電鏡圖；

圖5為本發(fā)明所述聚合物基復(fù)合材料的一種掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

為更好的說(shuō)明本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)施例中所用到的拉伸流變擠出機(jī)為瞿金平院士發(fā)明的拉伸流變擠出機(jī)(專(zhuān)利授權(quán)號(hào)cn100496927c)。

實(shí)施例1

本發(fā)明所述植物纖維的一種實(shí)施例，本實(shí)施例所述植物纖維通過(guò)以下方法制備所得：

(1)將劍麻短切植物纖維放入特制攪拌設(shè)備內(nèi)進(jìn)行攪拌，同時(shí)噴灑脲醛質(zhì)量百分含量為70％的脲醛溶液，所述脲醛溶液的用量為短切植物纖維質(zhì)量的10％，得到預(yù)處理植物纖維；其中，攪拌速度為30r/min，攪拌時(shí)間為10分鐘；

(2)將步驟(1)得到的預(yù)處理植物纖維放入特制模具內(nèi)熱壓成型為2mm厚的纖維板；其中，熱壓成型的溫度為160℃，熱壓成型的時(shí)間為5分鐘；

(3)將步驟(2)得到的纖維板放到?jīng)_床上沖壓成直徑為3mm的小圓片(附圖3)，得到劍麻植物纖維。

一種聚合物基復(fù)合材料，包含以下重量份的組分：

熱塑性pp塑料100份、劍麻植物纖維10份、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯4份、聚乙烯蠟0.5份、抗氧劑10100.8份、抗氧劑1681份。

一種上述聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將上述各組分加入到混料機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為400r/min下，混合10分鐘，混合均勻后，得到混合料；

(2)利用拉伸流變擠出機(jī)，將步驟(1)得到的混合料進(jìn)行擠出造粒，得到復(fù)合材料顆粒；其中拉伸流變擠出機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為40mm，機(jī)筒1區(qū)溫度150℃，二區(qū)溫度為200℃，三區(qū)溫度200℃，模頭溫度200℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)定為60r/min；

(3)將步驟(2)所得復(fù)合材料顆粒進(jìn)行注射成型，得到所述聚合物基復(fù)合材料。

實(shí)施例2

本發(fā)明所述植物纖維的一種實(shí)施例，本實(shí)施例所述植物纖維通過(guò)以下方法制備所得：

(1)將苧麻短切植物纖維放入特制攪拌設(shè)備內(nèi)進(jìn)行攪拌，同時(shí)噴灑脲醛質(zhì)量百分含量為55％的脲醛溶液，所述脲醛溶液的用量為短切植物纖維質(zhì)量的20％，得到預(yù)處理植物纖維；其中，攪拌速度為50r/min，攪拌時(shí)間為5分鐘；

(2)將步驟(1)得到的預(yù)處理植物纖維放入特制模具內(nèi)熱壓成型為3mm厚的纖維板；其中，熱壓成型的溫度為170℃，熱壓成型的時(shí)間為10分鐘；

(3)將步驟(2)得到的纖維板放到?jīng)_床上沖壓成直徑為6mm的小圓片(附圖3)，得到苧麻植物纖維。

一種聚合物基復(fù)合材料，包含以下重量份的組分：

熱塑性pvc塑料80份、苧麻植物纖維25份、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯2份、聚乙烯蠟0.8份、抗氧劑10100.5份、抗氧劑1680.5份。

一種上述聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將上述各組分加入到混料機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為400r/min下，混合15分鐘，混合均勻后，得到混合料；

(2)利用拉伸流變擠出機(jī)，將步驟(1)得到的混合料進(jìn)行擠出造粒，得到復(fù)合材料顆粒；其中拉伸流變擠出機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為40mm，機(jī)筒1區(qū)溫度150℃，二區(qū)溫度為200℃，三區(qū)溫度200℃，模頭溫度200℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)定為60r/min。

(3)將步驟(2)所得復(fù)合材料顆粒進(jìn)行注射成型，得到所述聚合物基復(fù)合材料。

實(shí)施例3

本發(fā)明所述植物纖維的一種實(shí)施例，本實(shí)施例所述植物纖維通過(guò)以下方法制備所得：

(1)將麥秸稈短切植物纖維放入特制攪拌設(shè)備內(nèi)進(jìn)行攪拌，同時(shí)噴灑脲醛質(zhì)量百分含量為40％的脲醛溶液，所述脲醛溶液的用量為短切植物纖維質(zhì)量的30％，得到預(yù)處理植物纖維；其中，攪拌速度為40r/min，攪拌時(shí)間為7分鐘；

(2)將步驟(1)得到的預(yù)處理植物纖維放入特制模具內(nèi)熱壓成型為4mm厚的纖維板；其中，熱壓成型的溫度為180℃，熱壓成型的時(shí)間為7分鐘；

(3)將步驟(2)得到的纖維板放到?jīng)_床上沖壓成直徑為9mm的小圓片(附圖3)，得到麥秸稈植物纖維。

一種聚合物基復(fù)合材料，包含以下重量份的組分：

熱塑性abs塑料90份、麥秸稈植物纖維40份、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯3份、聚乙烯蠟1份、抗氧劑10101份、抗氧劑1680.8份。

一種上述聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將上述各組分加入到混料機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為400r/min下，混合20分鐘，混合均勻后，得到混合料；

(2)利用拉伸流變擠出機(jī)，將步驟(1)得到的混合料進(jìn)行擠出造粒，得到復(fù)合材料顆粒；其中拉伸流變擠出機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為40mm，機(jī)筒1區(qū)溫度150℃，二區(qū)溫度為200℃，三區(qū)溫度200℃，模頭溫度200℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)定為60r/min。

(3)將步驟(2)所得復(fù)合材料顆粒進(jìn)行注射成型，得到所述聚合物基復(fù)合材料。

實(shí)施例4

本實(shí)施例作為本發(fā)明所述聚合物基復(fù)合材料的一種對(duì)比例，本實(shí)施例所述植物纖維通過(guò)以下方法制備所得：

(1)稱(chēng)取熱塑性塑料pp或樹(shù)脂80～100份，輕質(zhì)碳酸鈣(1250目)10～40份，馬來(lái)酸酐接枝pp2～4份，聚乙烯蠟0.5～1份，白礦油0.5～1份，抗氧劑10100.5～1份，抗氧劑1680.5～1份，加入到混合機(jī)中，混合10～20分鐘；混合速度400r/min。

(2)將混好的原料用平行雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到復(fù)合材料顆粒；其中螺桿直徑為20mm，機(jī)筒1區(qū)溫度170℃，機(jī)筒2區(qū)溫度為180℃，機(jī)筒3區(qū)溫度190℃，機(jī)筒4區(qū)溫度190℃，機(jī)筒5區(qū)溫度為190℃，機(jī)筒6區(qū)溫度200℃，模頭溫度200℃。螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為120rpm，喂料速度50rpm。

(3)將制備好的復(fù)合材料顆粒采用注射成型制備成測(cè)試樣條。

實(shí)施例5

本實(shí)施例作為本發(fā)明所述聚合物基復(fù)合材料的一種對(duì)比例，本實(shí)施例所述植物纖維通過(guò)以下方法制備所得：

(1)將短切植物纖維加入磨粉機(jī)內(nèi)，制成80目的植物纖維粉末，植物纖維粉末過(guò)篩率大于90％；

(2)稱(chēng)取熱塑性塑料或樹(shù)脂80～100份，第1步制備的劍麻粉末10～40份，馬來(lái)酸酐接枝pp2～4份，聚乙烯蠟0.5～1份，抗氧劑10100.5～1份，抗氧劑1680.5～1份，加入到混料機(jī)中，混合10～20分鐘；混合速度400r/min；

(3)將混好的原料用平行雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到復(fù)合材料顆粒；其中螺桿直徑為20mm，機(jī)筒1區(qū)溫度170℃，機(jī)筒2區(qū)溫度為180℃，機(jī)筒3區(qū)溫度190℃，機(jī)筒4區(qū)溫度190℃，機(jī)筒5區(qū)溫度為190℃，機(jī)筒6區(qū)溫度200℃，模頭溫度200℃。螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為120rpm，喂料速度50rpm；

(4)將制備好的復(fù)合材料顆粒采用注射成型制備成測(cè)試樣條。

實(shí)施例6

本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述聚合物基復(fù)合材料的性能進(jìn)行測(cè)試分析，將實(shí)施例1～3設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組1～3，將實(shí)施例4方法中的各成分含量分別與實(shí)施例1～3相同，設(shè)置三組對(duì)照組，分別為對(duì)照組1～3，將實(shí)施例5方法中的各成分含量分別與實(shí)施例1～3相同，設(shè)置三組對(duì)照組，分別為對(duì)照組4～6，實(shí)驗(yàn)組1～3和對(duì)照組1～6的性能測(cè)試結(jié)果如表1所示：

表1聚合物基復(fù)合材料的性能測(cè)試結(jié)果

從表1中可以看出，實(shí)驗(yàn)組中的各性能明顯優(yōu)于對(duì)照組，這說(shuō)明與現(xiàn)有技術(shù)中常用的方法相比，本發(fā)明所述植物纖維的制備方法及所述聚合物基復(fù)合材料的制備方法，制備得到的聚合物基復(fù)合材料，各性能明顯得到了增強(qiáng)。

此外，本實(shí)施例分別對(duì)對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組所得聚合物基復(fù)合材料進(jìn)行了掃描電鏡分析，如附圖4(對(duì)照組所得聚合物基復(fù)合材料)和附圖5(實(shí)驗(yàn)組所得聚合物基復(fù)合材料)所示，從圖4可以看出，對(duì)照組所得聚合物基復(fù)合材料中，植物纖維分散困難且被剪切變短；從圖5可以看出，實(shí)驗(yàn)組所得聚合物基復(fù)合材料中，植物纖維均勻分散且長(zhǎng)度保持良好，從而保證短切植物纖維的增強(qiáng)功能。

最后所應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。