專利名稱：：阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法。
背景技術：
：夭然纖維復合材料是利用天然纖維(麻纖維、木纖維等)與熱塑性樹脂或熱固性樹脂基體復合而成的一種新型復合材料，屬于綠色環保型材料。它具有密度低、隔音效果好、性能好、價格低廉、人體親和性好、可降解等優點，廣泛應用于建筑、日用消費品的包裝材料等領域，高性能天然纖維復合材料的研究、開發與應用已成為各國研究的熱點。據文獻報道，以劍麻纖維、亞麻纖維、竹纖維、木纖維等天然纖維與酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等熱塑性或熱固性樹脂基體復合而成的復合材料已成為國內材料界研究的新領域，部分新型天然纖維復合材料已得到了應用。香蕉是廣西區內大規模種植的經濟作物，目前全區香蕉年產量約107.34萬噸，占中國總產量約1/5。長期以來人們只食香蕉果肉，香蕉莖葉等則隨意丟棄或堆放。實際上，香蕉除果肉外，其皮和莖葉也含有豐富的營養成分，在開發新型飼料、制藥、造紙及復合材料等領域都有著巨大的應用潛力。香蕉纖維蘊藏于香蕉樹的韌皮內，屬韌皮纖維類，其主要成分為纖維素，半纖維素，木質素，灰份，脂蠟質和果膠等物質。以前由于人們缺乏對這種纖維的用途和提取技術的了解，這些莖葉被作為農業垃圾丟棄，造成環境污染和資源的浪費。香蕉莖葉中含有大量的粗纖維，經提取、改性可得到優質纖維素，是一種生態友好型的天然纖維，可用以加工成強度較高的紙張及食品包裝袋。哥斯達黎加用香蕉莖纖維制造的一種生態紙，適用于繪圖、印刷及制作簾子、燈罩、雕刻、藝術書刊和書的封面等。馬來西亞研究人員最近也成功地從香蕉樹干中提取纖維并制成了高級紙張。但一直沒有發現有提高香蕉纖維及其復合材料阻燃性能的報道。隨著高聚物材料生產的發展，各種塑料、合成橡膠、合成纖維及其制品，在各個行業都得到了廣泛應用。但目前生產和使用的高聚物材料絕大多數都是可燃的，且燃燒時產生的熱量大，溫度高，容易因不完全燃燒而冒黑煙，并隨之產生諸如氯化氫、氰化氫、氟化氫、苯乙烯等有毒和腐蝕性氣體，給逃難、救生和消防等工作帶來了諸多新問題。因此提高材料的阻燃性能成為迫切需要解決的問題。
發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種阻燃性能好、力學指標高的阻燃香蕉纖維環氧樹月i復合材料的制備方法。本發明以如下技術方案解決上述技術問題-制備本發明的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的各原料質量百分比為-改性阻燃香蕉纖維30%環氧樹脂25-35%固化劑25-35%阻燃劑5-15%稀釋劑3-5%增韌劑1-3%固化促進劑0.2-0.3%制備本發明的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的方法為采用常規方法對香蕉莖葉壓榨、漂白、清洗、烘干提取香蕉纖維，用偶聯劑對香蕉纖維進行偶聯改性處理，其特征是用水性阻燃液以噴霧一浸漬一烘干的方式將香蕉纖維進行阻燃處理后，再按配方把原料混合均勻，將混合料注入模具內，在平板硫化機上熱壓固化成型，檢驗合格得成品。香蕉纖維阻燃處理使用的水性阻燃液成份為(NH》2S043-5%、剛晶P(X3-10%、APP(n〈10)3-10%、貼031-5%，余為水；水性阻燃液的固體含量為12-30%。每40g纖維采用100ml的阻燃液進行噴霧2-3次，每次間隔20-30min，再用400ml的阻燃液浸泡，浸泡的時間為40-60min，浸泡的次數2-3次。環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂。固化劑為低分子量聚酰胺樹脂。阻燃劑為雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽(MPP)、三聚氰胺氰脲酸鹽(MCA)、季戊四醇、磷酸二氫銨、四溴雙酚A(TBA)、Sb203等。阻燃劑雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽同時是輔助固化劑。稀釋劑為丙酮。增韌劑為鄰苯二甲酸二丁酯。本發明阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，很好地解決了香蕉纖維與環氧樹脂的相容性及阻燃處理技術等問題，實現了香蕉莖葉原料的綜合利用，處理了農業廢棄物；制備的復合材料不僅可有天然木材的外觀，而且質量輕，防腐、防潮、防蟲、防火，尺寸穩定5性高，可加工性能好，能回收利用，制品成本低。具體實施方式香蕉纖維的提取可采用如下方法將香蕉莖葉剝成片狀，用雙輥壓榨機把水份壓出來，然后采用次氯酸鈉溶液漂白，用稀硫酸酸洗，再用水洗，調PH值6-7，最后用加白柔軟劑給油。香蕉纖維偶聯處理可釆用如下方法向乙醇水溶液中加入硅烷偶聯劑A-174，充分混合l-2個小時，然后用醋酸調節PH為3-5，把纖維放入上述溶液中浸泡1-2小時，取出纖維放入恒溫烘箱中在50-7(TC時烘干為止。香蕉纖維進行阻燃處理時所用的水性阻燃液的組成為(重量百分比)(NH4)2S043-5%、NH4H2P043-10%、APP(n<10)3-10%、H萬1-5%，水性阻燃液的固體含量為12-30%。阻燃處理時可采用噴霧一浸漬一烘干方法噴霧所用的阻燃液的用量為每40g香蕉纖維用100ml的阻燃液；將配好的水性阻燃液倒入噴霧器中，對香蕉纖維的表面噴霧2-3次，每次間隔20-30min，，使香蕉纖維的表面充分潤濕，然后把香蕉纖維放在與噴霧用水性阻燃液成分相同的400ml浸漬液中，浸泡40-60min，浸泡的次數2-3次。然后在7(TC的恒溫干燥箱中烘干，得改性阻燃香蕉纖維。制備阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料時，首先按以下配方的質量百分比稱取各組分改性阻燃香蕉纖維30%環氧樹脂25-35%固化劑25-35%阻燃劑5-15%稀釋劑3-5%增韌劑1-3%固化促進劑0.2-0.3%所用的環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂，固化劑為低分子量聚酰胺樹脂，稀釋劑為丙酮，增韌劑為鄰苯二甲酸二丁酯，阻燃劑為雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽、三聚氰胺氰脲酸鹽、季戊四醇、磷酸二氫銨、TBA、SbA等，固化促進劑為1，2-二甲基咪唑。制備時先將原料混合均勻，將混合料注入模具內，在平板硫化機上熱壓固化成型，熱壓溫度為120°C~130°C，熱壓時間為3min7min，壓力為10MPa,然后冷卻出片。在干燥箱中7CTC恒溫加熱5小時進行后處理。獲得產品后進行檢測，項目包括力學性能的拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度、壓縮強度、懸臂梁缺口沖擊強度等；阻燃性能測試方法包括了極限氧指數測定法、垂直燃燒測定法等。實施例1將經偶聯劑A-174偶聯處理過的香蕉纖維剪至5mm長度后，放入真空干燥箱在70'C時恒溫1小時；試驗分六組進行，每組含環氧樹脂E-44100g、低分子量聚酰胺樹脂650(100g)、丙酮12.5g、鄰苯二甲酸二丁酯5g,固化促進劑l，2-二甲基咪唑0.5g，混合均勻；將偶聯處理過的香蕉纖維也分為六組，各組香蕉纖維含量分別為該組香蕉纖維和環氧樹脂、低分子量聚酰胺樹脂、丙酮、鄰苯二甲酸二丁酯、1，2-二甲基咪唑質量總和的0%、5%、10%、20%、30%、40%，分別為0、11.46g、24.18g、54.42g、93.28g、145.llg;向每一組上述混合物中分別加入質量各異的長5mm的香蕉纖維，電動強力攪拌機分別攪拌均勻，將各組混合料分別注入模具內，在平板硫化機上熱壓固化成型，熱壓溫度為12(TC，熱壓時間為5min，壓力為10MPa，冷卻出片。在干燥箱中7(TC恒溫加熱5小時進行后處理。然后進行相關力學試驗。每種試樣測試5次，具體的力學性能見表l。表l不同纖維含量的香蕉纖維環氧樹脂復合材料的力學性能(長度為5mm)\<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表l可看出香蕉纖維占原料總重超過30%時，復合材料的力學性能(除懸臂梁缺口沖擊強度以外)總體呈下降趨勢。實施例2方法跟例l相同，只是所加纖維的長度分別為3mm、5mm、10mm、20raiK30mm、40mm等，含量為10%，即所加纖維的質量為24.18g,在平板硫化機上熱壓固化成型，熱壓溫度為130°C，熱壓時間為3min，壓力為10MPa,然后冷卻出片。在干燥箱中7(TC恒溫加熱5小時進行后處理。每種試樣測試5次，具體的力學性能見表2。表2不同纖維長度的香蕉纖維環氧樹脂復合材料的力學性能(含量為10%)\性能拉伸斷裂彎曲壓縮懸臂梁缺口\強度伸長強度強度沖擊強度\(MPa)率(％)(MPa)(MPa)(比(KJ/m2)纖維長^\例為20W3mm30-4013-1540-5040-6010-115mm40-504-555-6080-905-610mm52-603-495-10090-1005-620ram55-652-3105-110110-1204-530羅70-801.5-2.5115-125140-1503-440誦60-701-2100-110110-1252-3由表2可看出香蕉纖維的長度為30miri左右時復合材料的力學性能最好。實施例3稱取環氧樹脂E-44(100g)，低分子量聚酰胺樹脂650(100g)、TBA為30g、Sb20310g，丙酮llg、鄰苯二甲酸二丁酯6.5g、促進劑l，2-二甲基咪唑0.8g,把經偶聯、阻燃處理過的纖維按總質量的30%(110.43g)加入。在平板硫化機上熱壓固化成型，熱壓溫度為120'C，熱壓時間為6min，壓力為10MPa,然后冷卻出片。在干燥箱中7(TC恒溫加熱5小時進行后處理。其余步驟與實施例1相同。試樣按標準測試5次，具體的力學性能和阻燃性能見表3。實施例4用的阻燃劑為雙氰胺8g、季戊四醇8g、磷酸二氫銨24g，其余與實施例3相同。在平板硫化機上熱壓固化成型，試樣按標準測試5次，具體的力學性能和阻燃性能見表3.實施例5用的阻燃劑為MPP30g、季戊四醇10g,其余與實施例3相同。試樣按標準測試5次，具體的力學性能和阻燃性能見表3。實施例6用的阻燃劑為三聚氰胺氰脲酸鹽32g，Sb203的用量為8g,其余與實施例3相同。試樣按標準測試5次，具體的力學性能和阻燃性能見表3.表3不同阻燃劑的香蕉纖維環氧樹脂復合材料的力學性能和阻燃性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發明阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料，為提高相關技術性能的需要，制作時還可添加其它有關常規助劑，如為提高材料的抗老化性能可加抗紫外線劑，為提高材料的加工性能可添加潤滑劑、脫模劑，為染色可添加著色劑等。權利要求1.一種阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料，其特征是阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料中各組分的質量百分比為改性阻燃香蕉纖維30％環氧樹脂25-35％固化劑25-35％阻燃劑5-15％稀釋劑3-5％增韌劑1-3％固化促進劑0.2-0.3％。2.—種阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，采用常規方法對香蕉莖葉壓榨、漂白、清洗、烘干提取香蕉纖維，用偶聯劑對香蕉纖維進行偶聯改性處理，其特征是用水性阻燃液以噴霧一浸漬一烘干的方式將香蕉纖維進行阻燃處理后，再按配方把原料混合均勻，將混合料注入模具內，在平板硫化機上熱壓固化成型，檢驗合格得成品。3.如權利要求2所述的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征是香蕉纖維阻燃處理使用的水性阻燃液成份為(NH4)2S043-5%、NH4H2P043-10%、APP(n〈10)3-10%、H3B031-5%,余為水；水性阻燃液的固體含量為12-30%;處理方法是每40g香蕉纖維采用100ml的阻燃液進行噴霧2-3次，每次間隔20-30min，再用成分相同的水性阻燃液400ml浸泡，浸泡的時間為40-60min，浸泡的次數2-3次。4.如權利要求2所述的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征是環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂。5.如權利要求2所述的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征是固化劑為低分子量聚酰胺樹脂。6.如權利要求2所述的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征是阻燃劑為雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽、三聚氰胺氰脲酸鹽、季戊四醇、磷酸二氫銨、TBA、SbA。7.如權利要求6所述的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征是阻燃劑雙氰胺、三聚氰胺焦磷酸鹽同時是輔助固化劑。8.如權利要求2所述的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征是稀釋劑為丙酮。9.如權利要求2所述的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征是增韌劑為鄰苯二甲酸二丁酯。10.如權利要求2所述的阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征是固化促進劑為l，2-二甲基咪唑。全文摘要一種阻燃香蕉纖維環氧樹脂復合材料，各組分的重量百分比為改性阻燃香蕉纖維30％，環氧樹脂25-35％，固化劑25-35％，阻燃劑5-15％，稀釋劑3-5％，增韌劑1-3％，固化促進劑0.2-0.3％。其制備采用常規方法提取香蕉纖維，對香蕉纖維偶聯改性、對香蕉纖維進行阻燃處理后，再按配方把原料混合均勻，熱壓固化成型。本發明解決了香蕉纖維與環氧樹脂的相容性及阻燃處理問題，實現了香蕉莖葉的綜合利用，處理了農業廢棄物；制備的復合材料不僅可有天然木材的外觀，而且質量輕，防腐、防潮、防蟲、防火，尺寸穩定性高，可加工性能好，能回收利用，制品成本低。文檔編號C08J5/04GK101260222SQ200810073548公開日2008年9月10日申請日期2008年4月22日優先權日2008年4月22日發明者唐忠平,龐錦英,藝梁,王榮華,莫小翠,莫羨忠申請人:廣西師范學院