CN110938285A - 一种甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料及其制备方法，工艺步骤如下：(1)选取干燥处理后的甘蔗渣以及玻璃纤维布，(2)经过预处理后使用多巴胺溶液对其改性，(3)玻璃纤维布与甘蔗渣按照一定比例层状铺装，(4)配制一定比例的环氧树脂溶液对其进行浸渍，(5)组坯后，预固化2～30分钟，压力为1～5MPa，(6)冷固化5～20小时，压力为5～12MPa，(7)室温下陈放1～15天，得到甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料。本发明制备的复合材料强度高、吸湿透湿性小、尺寸稳定性好，可应用于交通运输、医疗用品等多种领域。冷压法操作相对简便易行、能耗小，具有大规模生产的潜能。

Description

一种甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，涉及一种复合增强材料及其制备方法，特别涉及一种甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料及其制备方法。
背景技术
随着全球能源和环境问题的日益突出，具有完全降解性和良好的机械性能的天然植物纤维被用来作为树脂基复合材料的增强体日益受到人们的关注，20世纪90年代后期，人们开始开发部分生物降解的树脂和塑料，希望能取代不可降解的塑料，因此，利用植物纤维增强树脂材料，已经成为国内外的研究热点之一。由于甘蔗生长周期短，一年一造，产量丰富，含有丰富的纤维分，灰分少，不含SO2，是一种清洁、优质、可持续发展的生物质能源。玻璃纤维是一种具有抗拉强度高，密度较低的复合材料，成为了目前人们最为关注的增强纤维材料之一。玻璃纤维板的性能取决于玻璃纤维原丝自身的强度，其纤维体积含量以及树脂和纤维的界面结合。目前国内的玻璃纤维板性能高的很大部分原因是树脂和纤维的界面结合较强，玻璃纤维原丝所受的载荷能有效地传递到树脂中，获得优良的性能。
此外，中国申请201611012454.6公开了一种玻璃纤维增强环氧树脂管道，所述管道由高强度玻璃纤维和胺固化环氧树脂制成，玻璃纤维以特定螺旋角在芯轴上缠绕并用胺固化环氧树脂连接。本发明则利用天然可降解的甘蔗渣纤维与性能优良的玻璃纤维增强环氧树脂，提高了甘蔗渣的利用率，与环氧树脂复合制备出性能更加良好的材料。但在树脂制备工艺中，相较于热压法，冷压法操作相对简便易行、能耗小，具有较大的优势。环氧树脂具有较强的可塑性，成本低，但现有的环氧树脂材料，其防腐生物降解性和优良性能的结合还有待进一步研究，因此有必要对这种甘蔗渣与玻璃纤维混合增强环氧树脂材料的性能进行研究，从而协同增加其生物降解性以及其他优良性能。本发明研究了一种甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料及其制备方法。
发明内容
综合上述甘蔗渣、玻璃纤维和环氧树脂材料的特点，本发明的目的在于提供一种兼具高强、耐水、耐腐蚀性的，性能优良的的制备甘蔗渣与玻璃纤维增强环氧树脂材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
1.一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于，工艺步骤如下：
1)选材：选取尺寸为3～10mm的针状甘蔗渣纤维和市售的玻璃纤维布；
2)碱处理：将所述甘蔗渣纤维与玻璃纤维布采用浓度为1～5％的氢氧化钠溶液进行碱处理；
3)改性：将所述甘蔗渣纤维与玻璃纤维布采用多巴胺溶液进行改性处理；
4)铺装：将所述甘蔗渣纤维与玻璃纤维布间隔层状铺装进涂有聚四氟乙烯的钢模内，得到层状纤维；
5)组坯：将环氧树脂胶粘剂倒入钢模内与铺装后的层状纤维进行组坯；
6)预压及冷压：组坯后，对其进行预压，最后进行冷压；
7)养护：室温下陈放保养7天。
所述步骤3)中碱处理后需对甘蔗渣纤维与玻璃纤维布清洗至pH＝7，在80℃干燥24h。
所述步骤3)中氢氧化钠溶液与甘蔗渣纤维和玻璃纤维布之间的重量份配比为：10～20∶1～2。
所述步骤4)中改性处理中用三羟甲基氨基甲烷调节多巴胺溶液的pH＝8.5，配制浓度为0.1～0.5％多巴胺溶液。
所述步骤4)中改性处理中浸渍时间为5～10小时，浸渍温度为40～80℃，改性后需对甘蔗渣纤维与玻璃纤维布、清洗3次，在80℃干燥24h。
所述步骤5)中组坯中甘蔗渣纤维与玻璃纤维布之间的重量份配比为：2～4∶5～10，甘蔗渣纤维和玻璃纤维布层状材料与环氧树脂之间的重量份配比为：8～15∶10～20。
所述步骤5)中环氧树脂胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：环氧树脂10～20份、固化剂10～20份、丙酮50～80份。
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种。
所述的固化剂为乙二胺、聚酰胺的其中一种。
所述步骤6)中预压压力为1～5MPa，预压2～30分钟；冷压压力5～12MPa冷压固化1～10小时。
本发明的优点在于：
本发明的一种甘蔗渣与玻璃纤维增强环氧树脂材料及其制备方法，设计合理。利用废弃甘蔗渣与玻璃纤维铺装成层状材料后加入环氧树脂固化后冷压胶合制备强度高、吸湿透湿性小、尺寸稳定性好，耐腐蚀，可部分生物降解的复合增强材料，其中甘蔗渣与玻璃纤维与环氧树脂形成了氢键或共价键，增强了彼此之间的界面相容性，可应用于交通运输和医疗用品等多种领域。相对于传统的热压法，冷压法操作相对简便易行、操作简单，可进一步推广生产。
附图说明
图1是本发明实施例1甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料的剖面图。
图1中，1：玻璃纤维布层，2：甘蔗渣层，3：环氧树脂胶层。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的具体实施方式作详细说明，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。
实施例1：
(1)选取材料：选取尺寸为5mm的甘蔗渣纤维300g，玻璃纤维布900g；
(2)碱处理过程：氢氧化钠2.5份、水47.5份，水浴90℃，8小时，配制10000ml质量浓度为5％的氢氧化钠水溶液；将所述层状纤维复合材料浸入5％浓度的氢氧化钠溶液中，在25℃处理2h，经水洗、酸浴脱碱、水洗至中性，在70℃干燥72h后备用；
(3)改性过程：多巴胺2份、三羟甲基氨基甲烷1.2份，水96.8份，用三羟甲基氨基甲烷调节至溶液pH值为8.5，水浴90℃，8小时，配制8000ml质量浓度为2％的多巴胺盐酸盐溶液；将预处理后的层状纤维复合材料浸入2％的多巴胺盐酸盐溶液中进行改性处理，在60℃水浴8h，之后水清洗三次，80℃干燥24h；
(4)组坯：将表面处理后的玻璃纤维与甘蔗渣按重量份3∶1的先后顺序在涂有聚四氟乙烯的钢模中间隔层状铺装，即得层状纤维，在1200g环氧树脂中加入1200g乙二胺和6000g丙酮，混合均匀后倒入钢模中与铺装好的层状纤维进行组坯；
(5)预压及冷压：组坯后，对组坯进行预压，预压压力为2MPa，预压5分钟；预压后的组坯在室温下，压力6MPa冷压固化4小时即可制得甘蔗渣纤维与玻璃纤维布增强环氧树脂复合材料。
(6)养护：取出甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料在室温下陈放7天。
实施例2：
(1)选取材料：选取尺寸为6mm的甘蔗渣纤维200g，玻璃纤维布600g；
(2)碱处理过程：氢氧化钠1.25份、水48.75份，水浴90℃，8小时，配制8000ml质量浓度为2％的氢氧化钠水溶液；将所述层状纤维复合材料浸入2％浓度的氢氧化钠溶液中，在25℃处理3h，经水洗、酸浴脱碱、水洗至中性，在75℃干燥72h后备用；
(3)改性过程：多巴胺2份、三羟甲基氨基甲烷1.2份，水96.8份，用三羟甲基氨基甲烷调节至溶液pH值为8.5，水浴90℃，8小时，配制6000ml质量浓度为2％的多巴胺盐酸盐溶液；将预处理后的层状纤维复合材料浸入2％的多巴胺盐酸盐溶液中进行改性处理，在60℃水浴8h，之后水清洗三次，80℃干燥24h；(4)组坯：将表面处理后的玻璃纤维与甘蔗渣按重量份3∶1的先后顺序在涂有聚四氟乙烯涂层的钢模中间隔层状铺装，即得层状纤维，在800g环氧树脂中加入800g聚酰胺与4000g丙酮.混合均匀后倒入钢模中与铺装好的层状纤维进行组坯；
(5)预压及冷压：组坯后，对组坯进行预压，预压压力为5MPa，预压3分钟；预压后的组坯在室温下，压力12MPa冷压固化2小时即可制得甘蔗渣纤维与玻璃纤维布增强环氧树脂复合材料。
(6)养护：取出甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料在室温下陈放7天。
实施例3：
(1)选取材料：选取选取尺寸为7mm的甘蔗渣纤维200g，玻璃纤维布800g；
(2)碱处理过程：氢氧化钠2.5份、水47.5份，水浴90℃，8小时，配制6000ml质量浓度为5％的氢氧化钠水溶液；将所述层状纤维复合材料浸入5％浓度的氢氧化钠溶液中，在25℃处理2h，经水洗、酸浴脱碱、水洗至中性，在70℃干燥72h后备用；
(3)改性过程：多巴胺5份、三羟甲基氨基甲烷3.6份，水91.4份，用三羟甲基氨基甲烷调节至溶液pH值为8.5，水浴90℃，8小时，配制5000ml质量浓度为5％的多巴胺盐酸盐溶液；将预处理后的层状纤维复合材料浸入5％的多巴胺盐酸盐溶液中进行改性处理，在60℃水浴8h，之后水清洗三次，80℃干燥24h；(4)组坯：将表面处理后的玻璃纤维与甘蔗渣按重量份4∶1的先后顺序在涂有聚四氟乙烯涂层的钢模中间隔层状铺装，即得层状纤维，在600g环氧树脂中加入600g乙二胺3000g丙酮，混合均匀后倒入钢模中与铺装好的层状纤维进行组坯；
(5)预压及冷压：组坯后，对组坯进行预压，预压压力为10MPa，预压1.5分钟；预压后的组坯在室温下，压力10MPa冷压固化1.2小时即可制得甘蔗渣纤维与玻璃纤维布增强环氧树脂复合材料。
(6)养护：取出甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料在室温下陈放7天。
实施例4：
(1)选取材料：选取干燥后含水率为3％的甘蔗渣纤维150g，玻璃纤维布600g；
(2)碱处理过程：氢氧化钠1.25份、水48.75份，水浴90℃，8小时，配制9000ml质量浓度为2％的氢氧化钠水溶液；将所述层状纤维复合材料浸入2％浓度的氢氧化钠溶液中，在25℃处理3h，经水洗、酸浴脱碱、水洗至中性，在75℃干燥72h后备用；
(3)改性过程：多巴胺2份、三羟甲基氨基甲烷1.2份，水96.8份，用三羟甲基氨基甲烷调节至溶液pH值为8.5，水浴90℃，8小时，配制7000ml质量浓度为2％的多巴胺盐酸盐溶液；将预处理后的层状纤维复合材料浸入2％的多巴胺盐酸盐溶液中进行改性处理，在60℃水浴8h，之后水清洗三次，80℃干燥24h；(4)组坯：将表面处理后的玻璃纤维与甘蔗渣按重量份4∶1的先后顺序在涂有聚四氟乙烯涂层的钢模中间隔层状铺装，即得层状纤维，在1200g环氧树脂中加入1200g乙二胺与6000g丙酮，混合均匀后倒入钢模中与铺装好的层状纤维进行组坯；
(5)预压及冷压：组坯后，对组坯进行预压，预压压力为7MPa，预压2分钟；预压后的组坯在室温下，6MPa冷压固化3小时即可制得甘蔗渣纤维与玻璃纤维布增强环氧树脂复合材料。
(6)养护：取出甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料在室温下陈放7天。
实施例5：
(1)选取材料：选取尺寸为5mm的甘蔗渣纤维200g，玻璃纤维布800g；
(2)碱处理过程：氢氧化钠2.5份、水47.5份，水浴90℃，8小时，配制10000ml质量浓度为5％的氢氧化钠水溶液；将所述层状纤维复合材料浸入5％浓度的氢氧化钠溶液中，在25℃处理3h，经水洗、酸浴脱碱、水洗至中性，在75℃干燥72h后备用；
(3)改性过程：多巴胺2份、三羟甲基氨基甲烷1.2份，水96.8份，用三羟甲基氨基甲烷调节至溶液pH值为8.5，水浴90℃，8小时，配制8000ml质量浓度为2％的多巴胺盐酸盐溶液；将预处理后的层状纤维复合材料浸入2％的多巴胺盐酸盐溶液中进行改性处理，在60℃水浴8h，之后水清洗三次，80℃干燥24h；(4)组坯：将表面处理干燥后的甘蔗渣纤维和玻璃纤维布按重量份1∶4在涂有聚四氟乙烯涂层的钢模内进行层状铺装，即得层状纤维，在1200g环氧树脂中加入1200g聚酰胺与6000g丙酮，并倒入钢模中与铺装好的层状纤维进行组坯；
(5)预压及冷压：组坯后，对组坯进行预压，预压压力为10MPa，预压1.5分钟；预压后的组坯在室温下，10MPa冷压固化1.2小时即可制得甘蔗渣纤维与玻璃纤维布增强环氧树脂复合材料。
(6)养护：取出甘蔗渣与玻璃纤维复合增强环氧树脂材料在室温下陈放7天。
实施例6：
(1)选取材料：选取尺寸为7mm的甘蔗渣纤维200g，玻璃纤维布600g；
(2)碱处理过程：氢氧化钠2.5份、水47.5份，水浴90℃，8小时，配制8000ml质量浓度为5％的氢氧化钠水溶液；将所述层状纤维复合材料浸入5％浓度的氢氧化钠溶液中，在25℃处理3h，经水洗、酸浴脱碱、水洗至中性，在75℃干燥72h后备用；
(3)改性过程：多巴胺5份、三羟甲基氨基甲烷3.6份，水91.4份，用三羟甲基氨基甲烷调节至溶液pH值为8.5，水浴90℃，8小时，配制4000ml质量浓度为5％的多巴胺盐酸盐溶液；将预处理后的层状纤维复合材料浸入5％的多巴胺盐酸盐溶液中进行改性处理，在60℃水浴8h，之后水清洗三次，80℃干燥24h；(4)组坯：将表面处理干燥后的甘蔗渣纤维和玻璃纤维布按重量份1∶4在涂有聚四氟乙烯涂层的钢模内进行层状铺装，即得层状纤维，在1000g环氧树脂中加入1000g聚酰胺与5000g丙酮，并倒入钢模中与铺装好的层状纤维进行组坯；
(5)预压及冷压：组坯后，对组坯进行预压，预压压力为8MPa，预压2分钟；预压后的组坯在室温下，7MPa冷压固化3.6小时即可制得甘蔗渣纤维与玻璃纤维布增强环氧树脂复合材料。
(6)养护：取出甘蔗渣纤维与玻璃纤维布增强环氧树脂材料在室温下陈放7天。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于，工艺步骤如下：
1)选材：选取尺寸为3～10mm的针状甘蔗渣纤维和市售的玻璃纤维布；
2)碱处理：将所述甘蔗渣纤维与玻璃纤维布采用浓度为1～5％的氢氧化钠溶液进行碱处理；
3)改性：将所述甘蔗渣纤维与玻璃纤维布采用多巴胺溶液进行改性处理；
4)铺装：将所述甘蔗渣纤维与玻璃纤维布间隔层状铺装进涂有聚四氟乙烯的钢模内，得到层状纤维；
5)组坯：将环氧树脂胶粘剂倒入钢模内与铺装后的层状纤维进行组坯；
6)预压及冷压：组坯后，对其进行预压，最后进行冷压；
7)养护：室温下陈放保养7天。
2.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤3)中碱处理后需对甘蔗渣纤维与玻璃纤维布清洗至pH＝7，在80℃干燥24h。
3.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤3)中氢氧化钠溶液与甘蔗渣纤维和玻璃纤维布之间的重量份配比为：10～20∶1～2。
4.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤4)中改性处理中用三羟甲基氨基甲烷调节多巴胺溶液的pH＝8.5，配制浓度为0.1～0.5％多巴胺溶液。
5.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤4)中改性处理中浸渍时间为5～10小时，浸渍温度为40～80℃，改性后需对甘蔗渣纤维与玻璃纤维布、清洗3次，在80℃干燥24h。
6.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤5)中组坯中甘蔗渣纤维与玻璃纤维布之间的重量份配比为：1～2∶3～5，甘蔗渣纤维和玻璃纤维布层状材料与环氧树脂之间的重量份配比为：2～4∶6～8。
7.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤5)中环氧树脂胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：环氧树脂10～20份、固化剂10～20份、丙酮50～80份。
8.根据权利要求5所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种。
9.根据权利要求5所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述的固化剂为乙二胺、聚酰胺的其中一种。
10.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣纤维与玻璃纤维布复合增强环氧树脂材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤6)中预压压力为1～5MPa，预压2～30分钟；冷压压力5～12MPa冷压固化1～10小时。
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