本发明专利技术公开了一种增强复合材料用天然纤维素纤维的预处理方法。这种预处理方法通过对天然纤维的温湿度平衡、高温高压处理、溶胀处理和超声波处理等几个步骤打开天然纤维缺陷结构和无定形区的分子链段缠结，在消除天然纤维弱强力部位的同时，在天然纤维表面形成细小毛羽结构，提高天然纤维与复合材料基体的界面相容性和天然纤维复合材料中的分散程度，从而为制备高机械性能的天然纤维增强复合材料提供条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料领域。它涉及一种增强复合材料用天然纤维的预处理方法，尤其是。
技术介绍
天然纤维在自然界中资源极为丰富，其主要包括杆茎类纤维(竹、木、甘蔗渣、高梁杆、稻草等)、果实类纤维(椰子壳、花生壳等)、韧皮类纤维(亚麻、黄麻、大麻、竺麻等)、叶类纤维(剑麻、芦苇、茅草等)。天然纤维复合材料由天然纤维和热固性或树脂基体组成，纤维作为增强体分散在基体中，起最主要的承载作用。与玻璃纤维增强复合材料相比，天然纤维复合材料具有密度低、隔音效果好、比性能高、可回收、价格低廉、人体亲和性好等优点，因而受到了市场的极大关注。但是，由于树脂的熔融粘度(通常为500 5000Pa · S) 一般都超过IOOPa · S，因此在加工过程中不利于增强纤维的分布和基体树脂的浸溃。在制备麻纤维增强复合材料的过程中尚存在以下两个问题(I)麻纤维与树脂基体的相容性差；(2)麻纤维在树脂中的分散性差。为了增强复合材料的机械性能，一般的方法是通过物理或化学方法处理增强材，改善增强材基材间的界面粘结性能来达到目的。天然纤维表面处理常用方法可分为物理法和化学法。物理法主要有冷离子体法以及高压灭菌法。冷离子体法可以改变纤维表面氧化性质，从而改变表面能。高压灭菌法是一种湿热处理方法，该法可以减少纤维的吸水性，从而改善材料的界面行为。化学法主要有碱液处理，硅烷处理，乙酞化处理，苯甲酞处理，丙烯睛接枝处理，高锰酸处理，过氧化物处理，异氰酸处理，硬脂酸处理，次氯酸钠处理。采用界面相容剂也是改善相容性的另一重要的方法。但是，在处理过程中，这些天然纤维存在明显的由于结构劣化而导致的机械性能下降问题。而且，这些处理方法并未能从根本上改善天然纤维与复合材料之间的界面相容性差的问题。此外，天然纤维之间较强的氢键结合导致纤维较难分散，纤维加入量越多，分散就越加困难；纤维素的分子量具有多分散性，性能不均一，且是由结晶区和无定形区交错联接而成的二相体系，其中还有许多的孔隙结构。这两种因素从本质上也导致了天然纤维与基体相容性差、复合材料的机械性能低的问题。因此，有必要寻求一种可以改善天然纤维在复合材料中的分散性和界面相容性的天然纤维处理方法是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种增强复合材料用天然纤维的预处理方法，尤其是。这种预处理方法的特点在于通过打开天然纤维缺陷结构和无定形区的分子链段缠结，在消除天然纤维弱强力部位的同时，在天然纤维表面形成细小毛羽结构，提高天然纤维与复合材料基体的界面相容性和天然纤维复合材料中的分散程度，从而为制备高机械性能的天然纤维增强复合材料提供条件。本专利技术解决技术问题的技术方案如下，其特征在于，其包括以下几个步骤(I)将天然纤维的含湿量调节至30 60%，在100°C下保温I 5小时；(2)将步骤⑴处理过的天然纤维在温度为150 180°C，压力为I. O I. 5MPa的条件下保压2 5分钟，快速释压，打开天然纤维的缺陷部位；(3)将经过步骤(2)处理的天然纤维完全浸入天然纤维溶胀剂中，进行溶胀处理，打开天然纤维无定形区及纤维缺陷部位分子链段的缠结； (4)将经步骤(3)处理的天然纤维清洗后，浸入水中，在超声频率为20 40KHz、功率为300 2400W条件下超声处理5 60分钟，进一步打开天然纤维无定形区的分子链段缠结；(5)将经过步骤(4)的天然纤维进行干燥，备用。本专利技术所述的天然纤维包括棉纤维、木棉纤维、苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、大麻纤维、罗布麻纤维、竹纤维、秸杆纤维、剑麻纤维、香蕉纤维、蕉麻纤维、椰壳纤维、莲藕纤维、芦苇叶纤维、茅草叶纤维。步骤(3)所述的天然纤维溶胀处理可以采用以下方法中的一种(a)以质量百分比浓度为10 20 %的氢氧化钠溶液为天然纤维溶胀剂，在温度为-10 20°C条件下，将天然纤维浸溃处理10 120分钟。(b)以质量百分比含量为20 80 %的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)的水溶液为天然纤维溶胀剂，在温度为60 80°C条件下，将天然纤维浸溃处理30 120分钟。(c)以含有质量百分比含量4 5%氢氧化锂和10 15%硫脲或尿素的水溶液作为天然纤维溶胀剂，在温度_5 20°C条件下，将天然纤维浸溃处理10 60分钟。(d)以含水率为2 5%的I-丁基-三甲基咪唑氯盐或烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体，或含水率为10 15%的I-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体为天然纤维溶胀齐IJ，在温度为80 110°C条件下，将天然纤维浸溃处理3 30分钟。本专利技术的有益效果是通过打开天然纤维缺陷结构和无定形区的分子链段缠结，消除天然纤维弱强力部位，在天然纤维表面形成细小毛羽结构，改善天然纤维与复合材料基体的界面相容性，提高天然纤维在复合材料中的分散程度，从而为制备高机械性能的天然纤维增强复合材料提供了条件。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的阐述，应理解，这些实施例仅限于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术做各种改动或修改，这些等价同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I一种增强复合材料用苎麻纤维的预处理方法，其特征在于，其包括以下几个步骤(I)将苎麻纤维的含湿量调节至60%，在100°C下保温3小时；(2)将步骤(I)处 理过的苎麻纤维在温度为160°C，压力为I. 5MPa的条件下保压3分钟，快速释压，打开苎麻纤维的缺陷部位；(3)将经过步骤(2)处理的苎麻纤维完全浸入溶胀剂中，进行溶胀处理，打开苎麻纤维无定形区及纤维缺陷部位分子链段的缠结；(4)将经步骤(3)处理的苎麻纤维清洗后，浸入水中，在超声频率为20KHz、功率为500W条件下，超声处理50分钟，进一步打开苎麻纤维无定形区的分子链段缠结；(5)将经过步骤(4)的苎麻纤维进行干燥，备用。步骤(3)所述的苎麻纤维溶胀处理方法为以质量百分比浓度为12%的氢氧化钠溶液为苎麻纤维溶胀剂，在温度为_5°C条件下，将苎麻纤维浸溃处理30分钟。实施例2一种增强复合材料用竹纤维的预处理方法，其特征在于，其包括以下几个步骤(I)将竹纤维的含湿量调节至45%，在100°C下保温5小时；(2)将步骤⑴处理过的竹纤维在温度为180°C，压力为I. 2MPa的条件下保压2分钟，快速释压，打开竹纤维的缺陷部位；(3)将经过步骤(2)处理的竹纤维完全浸入溶胀剂中，进行溶胀处理，打开竹纤维无定形区及纤维缺陷部位分子链段的缠结；(4)将经步骤(3)处理的竹纤维清洗后，浸入水中，在超声频率为30KHz、功率为IOOOff条件下，超声处理40分钟，进一步打开竹纤维无定形区的分子链段缠结；(5)将经过步骤⑷的竹纤维进行干燥，备用。步骤(3)所述的竹纤维溶胀处理方法为以质量百分比含量为50 %的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)的水溶液为天然纤维溶胀剂，在温度为70°C条件下，将竹纤维浸溃处理60分钟。实施例3一种增强复合材料用椰壳纤维的预处理方法，其特征在于，其包括以下几个步骤(I)将椰壳纤维的含湿量调节至35%，在100°C下保温4小时；(2)将步骤(I)处理过的椰壳纤维在温度为170°C，压力为I. 5MPa的条件下保压5分钟，快速释压，打开椰壳纤维的缺陷部位本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：万玉芹，王鸿博，高卫东，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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