CN101693391B - 一种用于制备复合材料的天然纤维的造粒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备复合材料的天然纤维的造粒方法。该天然纤维的造粒方法，包括下述步骤：1)将天然纤维和低熔点纤维开松，并将天然纤维和低熔点纤维按质量比为95/5-5/95的比例混合，得到混合棉；所述低熔点纤维的熔点为200℃以下；2)将步骤1)得到的混合物棉经梳理成条、并条得到天然纤维条；3)对步骤2)得到的天然纤维条同时进行加热和加捻处理，然后冷却成型得到天然纤维成型条，最后切粒，得到了天然纤维颗粒。采用本发明的方法将天然纤维造粒后，使其以粒料的形式加入到挤出机中，解决了采用挤出成型方法制备天然纤维增强复合材料时所面临的天然纤维加料难和纤维在树脂中分散难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备复合材料的天然纤维的造粒方法。
背景技术
玻璃纤维增强复合材料已经广泛用于工业、生活制品的生产，但是玻璃纤维用于树脂增强，也暴露出诸多缺点。首先，玻璃纤维较脆，在加工中易断裂，纤维长径比不能很大，所以增强效果有限；其次，在加工中玻璃纤维会对设备产生较大的磨损，使设备元件更新周期短；另外，玻璃纤维还会给操作者带来健康方面的威胁；最后，玻璃纤维不可降解，其制品废弃后对环境的污染也比较大。
近来，天然纤维增强复合材料成为复合材料研究的一个新领域，具备代替玻璃纤维增强复合材料的潜力。天然纤维是自然界的产物，可再生、可降解，相对于玻璃纤维来说是一种更环保的材料；其次，天然纤维有较高的强度，其比强度是玻璃纤维的50％-80％，而且比模量高于玻璃纤维，因此用于制备复合材料同样可以得到较高的力学性能；此外，还具有低成本、低密度的优点。
对于纤维增强复合材料，纤维能否均匀地分散在树脂基体中是复合材料制备的关键之一。目前，天然纤维用作挤出成型材料的增强材料时，存在纤维难以加入和分散不均匀的问题，原因在于天然纤维较蓬松，用于挤出方法时，纤维不能顺利流畅地进入到螺杆内，存在加料和计量的困难；其次，天然纤维极性大，而通常用作增强材料的基体树脂(如聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚氯乙稀等)都是非极性或者低极性的，二者极性的差异导致纤维难以充分地分散在树脂中，从而造成复合材料中纤维多分布在表面，极不均匀，不仅加工困难，而且也达不到增强的目的。因此，采用挤出成型方法制备天然纤维增强复合材料必须解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制备复合材料的天然纤维的造粒方法。采用本发明的方法将天然纤维造粒后，使其以粒料的形式加入到挤出机中，解决了采用挤出成型方法制备天然纤维增强复合材料时所面临的天然纤维加料难和纤维在树脂中分散难的问题。
本发明所提供的天然纤维的造粒方法，包括下述步骤：
1)将天然纤维和低熔点纤维开松，并将天然纤维和低熔点纤维按质量比为95∶5-5∶95的比例混合，得到混合棉；所述低熔点纤维的熔点为200℃以下；
2)将步骤1)得到的混合棉经梳理成条、并条得到天然纤维条；
3)对步骤2)得到的天然纤维条同时进行加热和加捻处理，然后冷却成型得到天然纤维成型条，最后切粒，得到了天然纤维颗粒；其中，所述加热处理使所述天然纤维条的温度不低于所述低熔点纤维的熔点且不高于200℃。
步骤3)加热处理中，控制天然纤维条的温度不低于低熔点纤维的熔点是为了使天然纤维条表面的低熔点纤维熔融而起到粘接作用；同时控制天然纤维条的温度不高于200℃是为了避免天然纤维受热分解，从而造成对纤维的损伤。
步骤2)中所述天然纤维条的线密度为5-30克/米。步骤3)所述加捻处理中，所述天然纤维条的捻度为5-20捻/米。
本发明所述的天然纤维可以是任意一种天然纤维素纤维或它们的混合物，如：麻纤维、竹纤维、棉纤维等；所述麻纤维包括汉麻纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、黄麻纤维和剑麻纤维等。
所述低熔点纤维为可以满足本发明方法要求的任何合成纤维，如乙纶纤维、丙纶纤维、低熔点涤纶纤维、以及基于上述三者开发出来的复合纤维；所述低熔点纤维可以是棉型、毛型或中长型纤维。
按照上述方法制备得到的天然纤维颗粒也属于本发明的保护内容。
该天然纤维颗粒可以与树脂混合使用、或者单独使用，用于制备不同天然纤维含量的复合材料。
本发明将天然纤维加工成颗粒的方法原理是：将天然纤维与低熔点纤维加工成条，通过加热使低熔点纤维熔融，通过加压使处于熔融状态的低熔点纤维互相粘接并与天然纤维粘接，而后通过冷却完成定型，得到具有一定硬度的成型纤维条；最后，根据要求切断至所需长度，得到天然纤维颗粒。
与直接采用松散天然纤维制备复合材料相比，本发明的天然纤维颗粒具有如下优点：
1、采用本发明方法可以将纤维粒子加工到需要的长度，纤维长度可控，可以避免因纤维过长缠绕螺杆而可能发生的设备损坏；
2、原料形态为粒料，与树脂粒料相似，采用通用挤出机即可进行正常喂料，纤维能够以连续稳定的方式加入到挤出机中，不会出现蓬松纤维进料时存在的纤维难以加入和加入不连续、不稳定的问题，有利于纤维在复合材料树脂基体中的均匀分布；
3、通过对方法参数的调节，可以得到不同纤维含量比例、粗细、紧度、捻度、长短的天然纤维粒料，满足不同的加工要求；
4、由于可以稳定加料而使纤维的加入量可以准确计量。
具体实施方式
下述实施例中所述方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。但是本发明的保护范围并不局限于实施例所表述的范围。
实施例1、汉麻(亚麻、苎麻、黄麻、剑麻等)与丙纶纤维粒料的制备
1)将汉麻(亚麻、苎麻、黄麻、剑麻等)和棉毛型丙纶纤维开松，并按质量比95/5的比例混合，得到混合棉；
2)将混合棉经梳理成条和并条得到线密度为(10±1)克/米的麻/丙复合条；
3)同时对麻/丙复合条进行加热和加捻，控制麻/丙复合条温度在165-175℃的范围内，捻度在(8±0.5)捻/米的范围内，使表面低熔点纤维熔融起到粘接作用，然后经冷却成型得到麻/丙复合成型条；最后将其切成长度为(7±0.5)mm的麻/丙纤维颗粒。
按照本方法条件加工出的颗粒特别适用于以聚丙烯为基体树脂的天然纤维复合材料的制备，也适用于以聚乙烯等非极性/低极性树脂基体的复合材料的制备。
实施例2、棉纤维与低熔点涤纶纤维粒料的制备
1)将棉纤维和棉型低熔点涤纶纤维开松，并按质量比5/95的比例混合，得到混合棉；
2)将混合棉经梳理成条和并条得到线密度为(15±1)克/米的棉/低熔点涤纶复合条；
3)同时对棉/低熔点涤纶复合条进行加热和加捻，控制棉/低熔点涤纶复合条温度在185-195℃的范围内，捻度在(10±0.5)捻/米的范围内，使表面低熔点纤维熔融起到粘接作用，然后经冷却成型得到棉/低熔点涤纶复合条；最后将其切成长度为(10±0.5)mm的棉/低熔点涤纶复合颗粒。
按照本方法条件加工出的颗粒可不与树脂基体混合，直接用于挤出方法制备复合材料。
实施例3、竹纤维与乙纶纤维粒料的制备
1)将竹纤维和中长型乙纶纤维开松并按质量比40/60的比例混合，得到混合棉；
2)将混合棉经梳理成条和并条得到线密度为(30±1)克/米的竹纤维/乙纶复合条；
3)同时对竹纤维/乙纶纤维复合条进行加热和加捻，控制竹纤维/乙纶复合条温度在125-135℃的范围内，捻度在(10±0.5)捻/米的范围内，使乙纶纤维熔融起到粘接作用，然后经冷却成型得到竹纤维/乙纶纤维复合条；最后将其切成长度为(10±0.5)mm的竹纤维/乙纶纤维复合颗粒。
按照本方法条件加工出的颗粒可不与树脂基体混合，直接用于挤出方法制备复合材料。
Claims (9)
1.一种天然纤维的造粒方法，包括下述步骤：
1)将天然纤维和低熔点纤维开松，并将天然纤维和低熔点纤维按质量比为95∶5-5∶95的比例混合，得到混合棉；所述低熔点纤维的熔点为200℃以下；
2)将步骤1)得到的混合棉经梳理成条、并条得到天然纤维条；
3)对步骤2)得到的天然纤维条同时进行加热和加捻处理，然后冷却成型得到天然纤维成型条，最后切粒，得到天然纤维颗粒；其中，所述加热处理使所述天然纤维条的温度不低于所述低熔点纤维的熔点且不高于200℃。
2.根据权利要求1所述的天然纤维的造粒方法，其特征在于：步骤2)中所述天然纤维条的线密度为5-30克/米。
3.根据权利要求1或2所述的天然纤维的造粒方法，其特征在于：步骤3)中所述加捻处理中，所述天然纤维条的捻度为5-20捻/米。
4.根据权利要求1或2所述的天然纤维的造粒方法，其特征在于：所述天然纤维为下述至少一种：麻纤维、竹纤维和棉纤维。
5.根据权利要求3所述的天然纤维的造粒方法，其特征在于：所述天然纤维为下述至少一种：麻纤维、竹纤维和棉纤维。
6.根据权利要求1所述的天然纤维的造粒方法，其特征在于：所述低熔点纤维为合成纤维。
7.根据权要求6所述的天然纤维的造粒方法，其特征在于：所述合成纤维为乙纶纤维、丙纶纤维、涤纶纤维、基于乙纶纤维的复合纤维、基于丙纶纤维的复合纤维、或基于涤纶纤维的复合纤维。
8.根据权利要求1-7中任一所述的天然纤维的造粒方法制备得到的天然纤维颗粒。
9.权利要求8所述的天然纤维颗粒在制备天然纤维复合材料中的应用。
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