一种竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料.pdf

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1、10申请公布号CN104212142A43申请公布日20141217CN104212142A21申请号201410477527322申请日20140918C08L67/06200601C08L97/02200601C08G63/91200601B29C70/3420060171申请人福建农林大学地址350002福建省福州市仓山区上下店路15号72发明人邱仁辉刘文地谢天顺李开畅吴艺立李岸龙74专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100代理人蔡学俊54发明名称一种竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料57摘要本发明提供了一种竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料及其制备方法，采用丙。

2、烯酸酯化环氧大豆油作为不饱和聚酯的共混物，并以竹原纤维为增强体制备的复合材料。本发明制备的复合材料所用的改性植物油基不饱和聚酯不含具有致癌性的反应性溶剂苯乙烯，因此具有环境友好、成本低的特点，制备的复合材料具有很高的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图2页10申请公布号CN104212142ACN104212142A1/1页21一种竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料，其特征在于所述的复合材料的原料组分的质量份数是竹原纤维80100份、改性植物油基不饱和聚酯树脂。

3、80100份。2根据权利要求1所述的竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料，其特征在于所述的改性植物油基不饱和聚酯树脂是采用丙烯酸酯化环氧大豆油与固态无苯乙烯不饱和聚酯树脂共混得到。3根据权利要求2所述的竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料，其特征在于所述的改性植物油基不饱和聚酯树脂的原料组分的质量份数是固体不饱和聚酯树脂3050份、改性植物油5070份、引发剂37份；所述的固体不饱和聚酯树脂为不含苯乙烯的邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂；所述的改性植物油为丙烯酸酯化环氧大豆油；所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。4一种制备如权利要求1所述的竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料的方法，。

4、其特征在于将改性植物油基不饱和聚酯树脂均匀涂敷在竹原纤维板坯的上下表面，通过手工铺装模压成型制得竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料。5根据权利要求4所述的方法，其特征在于具体步骤如下（1）竹原纤维开松并裁剪成20CM20CM规格的纤维毡后，置于100105下烘至绝干后从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温备用；（2）将固体不饱和聚酯树脂3050份在研钵中磨至80100目粉末备用；改性植物油5070份置于烧瓶中在80油浴下加热5MIN后，缓慢加入固体不饱和聚酯树脂粉末后搅拌至其完全溶解，然后迅速移出油浴；待混合物冷却至室温后再加入引发剂37份，搅拌2MIN后，即得改性植物油基不饱和聚。

5、酯树脂；（3）将59片步骤（1）的竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把步骤（2）的改性植物油基不饱和聚酯树脂迅速均匀涂敷在纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在50下以35MPA的压力冷压38MIN，使树脂渗透入纤维板坯中；然后热压机升温至150170在35MPA压力下热压2040MIN；热压完成后模具隔热保压60120MIN，并使之自然冷却至室温。权利要求书CN104212142A1/5页3一种竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料技术领域0001本发明属于天然植物纤维增强树脂复合材料技术领域，具体涉及一种竹原纤维增强改性植物油基不饱和聚酯复合材料及其制备方法。背景技术0002近年来，。

6、利用天然植物纤维增强聚合物复合材料的研究受到了广泛关注。竹材纤维的壁腔比、长径比均显著大于各种木纤维。竹子具有产量大、分布广和生长速率快的特点，采用生物溶剂辅助机械碾压法制备的竹原纤维保留较高的半纤维素和纤维素等成分，使纤维受到破坏的程度大大降低，具有高的强度和模量，是一种具有广阔应用前景的增强材料。不饱和聚酯（UPE）是玻璃纤维增强树脂复合材料中用量最大的树脂品种。UPE树脂力学性能与工艺性良好，但在制备过程大量使用挥发性的苯乙烯作为稀释剂与交联剂，由此带来的空气污染问题已引起极大关注。2011年美国卫生和公众服务署正式将苯乙烯与可吸入玻璃纤维列为致癌物。因此，对纤维增强树脂基复合材料行业而。

7、言，必须寻求新的增强体以尽量减少玻璃纤维使用量，同时采取措施减少复合材料制备中的苯乙烯用量。国内外目前在此方面的研究主要有一是采用聚亚氨酯、三聚氰胺、酚醛树脂等与UPE树脂共混，以减少苯乙烯使用量与释放量，但制备的树脂黏度高，成本增加，制备工艺复杂；二是在UPE树脂中添加功能性动植物油减少苯乙烯的使用量，或以动植物油为原料，通过自由基聚合、阳离子聚合、开环易位聚合等合成新型树脂，但合成过程仍以乙烯基甲苯或二环戊二烯等作为交联剂与稀释剂，乙烯基甲苯等毒性更大，且此类树脂力学性能较低；三是以丙烯酸酯类单体作为UPE树脂的反应性溶剂，但树脂浸润性低、黏度大、玻璃体转变温度与固化速率低，复合材料力学性。

8、能低。以动植物油为原料制备UPE树脂，对减少石油基产品的使用量有重要意义，但是一般还得加入一些石油基的混合物以获得较好的性能，这些原料成分热稳定性较差且缺乏参与树脂固化的一些活性基团。发明内容0003本发明的目的在于提供一种竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料及其制备方法，解决传统UPE树脂中苯乙烯使用量大，造成空气污染等问题。本发明制备的竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料具有很高的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度。0004为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料由竹原纤维和改性植物油基UPE树脂通过热压成型工艺得到；所述的改性植物油基UP。

9、E树脂是采用改性植物油与固体UPE树脂在一定条件下共混得到。0005所述的复合材料原料组分的质量份数是竹原纤维80100份，改性植物油基UPE树脂80100份。0006所述的改性植物油为丙烯酸酯化环氧大豆油（英文名为ACRYLATEDEPOXIDIZEDSOYBEANOIL,缩写为AESO）；共混过程为将固体UPE树脂3050份、改性植物油5070份说明书CN104212142A2/5页4和引发剂37份在一定条件下混合得到改性植物油基UPE树脂；所述的不含苯乙烯的固体UPE树脂为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂；所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。0007一种如上所述的竹原纤维增强改性植物油基UPE复。

10、合材料的具体制备步骤如下（1）竹原纤维经开松并裁剪成20CM20CM规格的纤维毡后，置于100105下烘至绝干后从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温备用；（2）将59片步骤（1）的竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把改性植物油基UPE树脂混合液均匀涂敷在纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在50下以35MPA的压力冷压38MIN，使树脂渗透入纤维板坯中；然后热压机升温至150170在35MPA压力下热压2040MIN；热压完成后模具隔热保压60120MIN，并使之自然冷却至室温。0008本发明的有益效果在于本发明采用优化的工艺参数组合，竹原纤维与改性植物油基UPE树脂的用量比（质量比）。

11、为11，热压温度160，热压时间40MIN，以模压工艺可制备力学性能优良的竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料。采用改性植物油基UPE作为复合材料的基体，所得复合材料与传统UPE树脂（以苯乙烯为溶剂）为基体的复合材料具有相当的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，而且具有更高的冲击强度。附图说明0009图1是竹原纤维/UPE复合材料的拉伸强度。其中，70AESO表示采用70WTAESO为UPE溶剂的复合材料；60AESO表示采用60WTAESO为UPE溶剂的复合材料；50AESO表示采用50WTAESO为UPE溶剂的复合材料；50ST表示采用50WT苯乙烯为UPE溶剂的复合材料；40ST表示采用40。

12、WT苯乙烯为UPE溶剂的复合材料；30ST表示采用30WT苯乙烯为UPE溶剂的复合材料。图2和图3横坐标中70AESO、60AESO、50AESO、50ST、40ST与30ST表示含义相同。图中矩形柱上下方横线表示数据均值的标准差，柱状图上方无相同字母的表示两组数据之间差异显著，否则差异不显著。0010图2是竹原纤维/UPE复合材料的弯曲性能。0011图3是竹原纤维/UPE复合材料的冲击强度。具体实施方式0012实施例1原料竹原纤维（平均长度2281MM，平均宽度150M）由福建海博斯化学技术有限公司提供；固体不饱和聚酯（UPE）树脂为不含苯乙烯的邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂（型号PGISOPL。

13、ASTIC2，含有4000PPM的一甲基醚对苯二酚阻聚剂），购自美国ASHLANDCHEMICAL公司；丙烯酸酯化环氧大豆油（AESO）购自美国SIGMAALDRICH公司；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB），购自美国SIGMAALDRICH公司。0013竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料按一定的质量比混合固体UPE树脂、改性植物油和引发剂得到改性植物油基UPE树脂混合液。将竹原纤维与改性植物油基UPE树脂混合液通过热压成型得到竹原纤维增强改性植物油基UPE树脂复合材料。改性植物油为AESO，共混过程为将固体UPE树脂30G在研钵中磨至80100目粉末备用；AESO70G置于烧瓶中在8。

14、0油浴下加热5MIN后，缓慢加入固体UPE树脂粉末后搅拌至其完全溶解后迅速移出油浴；待混合物冷却至室温后再加入引说明书CN104212142A3/5页5发剂5G，搅拌混合2MIN后，即得到改性植物油基UPE树脂混合液；采用的UPE树脂为邻苯二甲酸型UPE树脂；引发剂为TBPB。0014制备方法竹原纤维经开松并裁剪成20CM20CM规格的纤维毡后，置于100105下烘至绝干后从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温备用；将59片的竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把改性植物油基UPE树脂混合液均匀涂敷在纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在50下以324MPA的压力冷压5MIN，使树脂渗透入。

15、纤维板坯中；然后热压机升温至160在324MPA压力下热压40MIN；热压完成后模具隔热保压60MIN，并使之自然冷却至室温。0015所述制备过程中，固体UPE树脂与改性植物油的用量比，按照质量比为37；竹原纤维与改性植物油基UPE树脂混合液的用量比11；引发剂的量为改性植物油基UPE树脂混合液质量的5。0016实施例2原料竹原纤维（平均长度2281MM，平均宽度150M）由福建海博斯化学技术有限公司提供；固体不饱和聚酯（UPE）树脂为不含苯乙烯的邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂（型号PGISOPLASTIC2，含有4000PPM的一甲基醚对苯二酚阻聚剂），购自美国ASHLANDCHEMICAL公司。

16、；丙烯酸酯化环氧大豆油（AESO）购自美国SIGMAALDRICH公司；引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB），购自美国SIGMAALDRICH公司。0017竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料按一定的质量比混合固体UPE树脂、改性植物油和引发剂得到改性植物油基UPE树脂混合液。将竹原纤维与改性植物油基UPE树脂混合液通过热压成型得到竹原纤维增强改性植物油基UPE树脂复合材料。改性植物油为AESO，共混过程为将固体UPE树脂40G在研钵中磨至80100目粉末备用；AESO60G置于烧瓶中在80油浴下加热5MIN后，缓慢加入固体UPE树脂粉末后搅拌至其完全溶解后迅速移出油浴；待混合物冷却至室温。

17、后再加入引发剂5G，搅拌混合2MIN后，即得到改性植物油基UPE树脂混合液；采用的UPE树脂为邻苯二甲酸型UPE树脂；引发剂为TBPB。0018制备方法竹原纤维经开松并裁剪成20CM20CM规格的纤维毡后，置于100105下烘至绝干后从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温备用；将59片的竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把改性植物油基UPE树脂混合液均匀涂敷在纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在50下以324MPA的压力冷压5MIN，使树脂渗透入纤维板坯中；然后热压机升温至160在324MPA压力下热压40MIN；热压完成后模具隔热保压60MIN，并使之自然冷却至室温。0019所述制备。

18、过程中，固体UPE树脂与改性植物油的用量比，按照质量比为46；竹原纤维与改性植物油基UPE树脂混合液的用量比11；引发剂的量为改性植物油基UPE树脂混合液质量的5。0020实施例3原料竹原纤维（平均长度2281MM，平均宽度150M）由福建海博斯化学技术有限公司提供；固体不饱和聚酯（UPE）树脂为邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂（型号PGISOPLASTIC2，含有4000PPM的一甲基醚对苯二酚阻聚剂），购自美国ASHLANDCHEMICAL公司；丙烯酸酯化环氧大豆油（AESO）购自美国SIGMAALDRICH公司；引发剂为过氧化苯甲酸说明书CN104212142A4/5页6叔丁酯（TBPB），购。

19、自美国SIGMAALDRICH公司。0021竹原纤维增强改性植物油基UPE复合材料按一定的质量比混合固体UPE树脂、改性植物油和引发剂得到改性植物油基UPE树脂混合液。将竹原纤维与改性植物油基UPE树脂混合液通过热压成型得到竹原纤维增强改性植物油基UPE树脂复合材料。改性植物油为AESO，共混过程为将固体UPE树脂50G在研钵中磨至80100目粉末备用；AESO50G置于烧瓶中在80油浴下加热5MIN后，缓慢加入固体UPE树脂粉末后搅拌至其完全溶解后迅速移出油浴；待混合物冷却至室温后再加入引发剂5G，搅拌混合2MIN后，即得到改性植物油基UPE树脂混合液；采用的UPE树脂为邻苯二甲酸型UPE树。

20、脂；引发剂为TBPB。0022制备方法竹原纤维经棉花机开松并裁剪成20CM20CM规格的纤维毡后，置于100105下烘至绝干后从烘箱中取出，用塑料密封袋包好，冷却至室温备用；将59片的竹原纤维毡按同一方向叠合排布成纤维板坯，把改性植物油基UPE树脂混合液均匀涂敷在纤维板坯的两表面，然后移至钢模中在50下以324MPA的压力冷压5MIN，使树脂渗透入纤维板坯中；然后热压机升温至160在324MPA压力下热压40MIN；热压完成后模具隔热保压60MIN，并使之自然冷却至室温。0023所述制备过程中，固体UPE树脂与改性植物油的用量比，按照质量比为55；竹原纤维与改性植物油基UPE树脂混合液的用量比。

21、11；引发剂的量为改性植物油基UPE树脂混合液质量的5。0024复合材料板力学性能测试复合材料板制成哑铃型试样（规格长80MM，两端宽15MM，中间宽10MM，标距50MM，厚度30MM）以测试拉伸性能；弯曲性能的测试样品为长条状（规格60MM127MM30MM）；冲击强度的测试样品为长条状（规格80MM10MM30MM）。拉伸强度测试依据ASTMD303908标准进行；弯曲强度与模量测试依据ASTMD79010标准进行；冲击强度测试依据GB/T104393。拉伸性能和弯曲性能测试在微机控制电子万能试验机上完成，冲击强度测试在摆锤冲击试验机上完成。0025复合材料的拉伸强度由图1知，采用70A。

22、ESO为UPE溶剂的复合材料拉伸强度（680MPA）与50ST复合材料拉伸强度（689MPA）相当；采用60AESO、50AESO、40ST和30ST为UPE溶剂的复合材料拉伸强度无显著差异，分别为799MPA、885MPA、797MPA和821MPA。0026复合材料的弯曲性能由图2知，70AESO复合材料的弯曲强度（1182MPA）与50ST复合材料弯曲强度（1201MPA）相当；随着AESO用量的降低，复合材料的弯曲强度显著增加，与70AESO复合材料比较，AESO用量为60和50的复合材料弯曲强度（1391MPA和1541MPA）分别提高176和304；60AESO复合材料的弯曲强度与。

23、40ST和30ST复合材料的弯曲强度（1310MPA和1402MPA）无显著差异；50AESO复合材料的弯曲强度最高。0027复合材料的弯曲模量由图2知，随着ASEO用量的降低，复合材料的弯曲模量显著增加，与70AESO复合材料的弯曲模量（6154MPA）比较，AESO用量为60和50的复合材料弯曲模量（7313MPA和7925MPA）分别提高189和288；60AESO和50AESO复合材料的弯曲模量相当，与说明书CN104212142A5/5页750ST、40ST和30ST复合材料（7258MPA、7322MPA和8070MPA）无显著差异。0028复合材料的冲击强度由图3知，70AESO复合材料的冲击强度（220KJ/M2）与60AESO复合材料冲击强度（227KJ/M2）相当；70AESO和60AESO复合材料的冲击强度显著高于50AESO、50ST、40ST和30ST复合材料的冲击强度（185KJ/M2、186KJ/M2、195KJ/M2和158KJ/M2）。0029以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。说明书CN104212142A1/2页8图1图2说明书附图CN104212142A2/2页9图3说明书附图CN104212142A。