一種竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料及其製備方法
2023-05-09 12:39:01 2
專利名稱：一種竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及到隔聲複合材料及其熱壓成型工藝領域，尤其是涉及一種綠色環保的
竹纖維氈/聚丙烯隔聲複合材料及其熱壓成型工藝。
背景技術：
隨著"生態意識"的不斷增強，人們對環境保護、衛生健康越來越重視，其中，加工 性能優良、被用於各種工業製品的塑料對環境造成的汙染已成為普遍關心的問題。特別是 纖維增強複合材料通常是由玻璃纖維、碳纖維等與塑料組合而成，廢棄處理較難，生產環境 惡劣，給環境增加了很大的負擔。因此，天然纖維如竹、麻、木材纖維等因其具有質輕、價廉、 易得、可生物降解、對環境無汙染等特點引起人們開發應用的興趣。尤其是竹纖維，它除了 具有獨特的抗菌、防臭性能外，還具有優良的著色性、耐磨性和反彈性，而且容易加工，成本 低廉，被譽為21世紀健康舒適的纖維。利用竹纖維氈與聚丙烯樹脂複合所開發的隔聲材 料，隔聲性能較好、重量較輕，適宜製作一般產業用的隔聲材料，同時可通過熱熔方法使增 強相與基體相分離，有效達到回收利用的目的，從而體現出材料應用的環保性和可持續發 展性。目前，將竹纖維用於隔聲材料還未見報導，因此，對竹纖維增強複合隔聲材料的研究 具有廣泛的應用前景。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種竹纖維氈聚丙烯隔
聲複合材料，其以自然資源中較為豐富的可再生的竹材作為增強材料的主要成份，以取代
從礦產、石油等不可再生的資源中提取的合成纖維，減少對環境的負載和汙染。 本發明所要解決的另一個技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種竹纖維氈聚
丙烯隔聲複合材料的製備方法。 上述發明的目的是通過以下技術方案來實現的 利用竹纖維氈內部具有連通性空洞，有利於吸聲，檸檬酸酯所具有的良好的增塑 性、粘結性，及聚丙烯樹脂的阻尼性能，採用合適的工藝用檸檬酸酯對竹纖維氈進行處理， 再用配製好的聚丙烯混合物浸潤處理好的竹纖維氈，並進行熱壓成型，製備出一種新型綠 色環保的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料。 該竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料包括50-70wt^的竹纖維氈混合物和塗覆其上的 30-50wt^的聚丙烯混合物；所述竹纖維氈混合物包括竹纖維氈和塗覆在其表面上的擰檬 酸酯類增塑劑；所述聚丙烯混合物包括25-50wt^的聚丙烯粉末、48-70wt^的檸檬酸酯類 增塑劑和2-5wt^的環氧大豆油。 較好的，所述聚丙烯粉末可以選用分子量為20-50萬，比重為0. 7-1. lg/cm3 ;所 述檸檬酸酯類增塑劑可以選用檸檬酸三丁酯、檸檬酸三乙酯或乙醯檸檬酸三丁酯；所述 竹纖維氈中竹纖維的平均長度為10-30mm，平均細度為300-600 y m，竹纖維氈的面密度為 l_3kg/m2。
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更好的，竹纖維氈混合物中的檸檬酸酯類增塑劑可以與聚丙烯混合物中所使用的 相同。 上述竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料的製備方法包括下述步驟
①將竹纖維氈放入100-13(TC的烘箱中乾燥10-30min，然後冷卻至室溫；在竹 纖維氈表面均勻塗覆10-20g檸檬酸酯類增塑劑/0. lm2竹纖維氈，然後在平板硫化機上 l-4Mpa的壓力下、常溫，鋪平壓制15-45min，再在常溫常壓下放置30-60min，製得竹纖維氈 混合物； ②將25-50wt^的聚丙烯粉末、48-70wt^的檸檬酸酯類增塑劑和2-5wt^的環氧 大豆油按比例備料並混合均勻，製成聚丙烯混合物； ③將步驟②製得的聚丙烯混合物均勻塗覆於步驟①中處理好的竹纖維氈混合物 表面，然後晾乾； ④將晾乾的竹纖維氈裝入模壓成型模具中，在成型溫度為170 20(TC，成型壓力 為5 lOMPa的條件下，在硫化機上進行熱壓成型，保溫保壓時間為60 100min，製得竹纖 維氈聚丙烯隔聲複合材料。 上述製備方法中，較好的，所述聚丙烯粉末的分子量可以為20-50萬，比重為 0. 7-1. lg/cm3 ;所述檸檬酸酯類增塑劑可以選自檸檬酸三丁酯、檸檬酸三乙酯或乙醯檸檬 酸三丁酯；所述竹纖維氈中竹纖維的平均長度為10-30mm，平均細度為300-600 y m，竹纖維 氈的面密度為l-3kg/m2。 更好的，竹纖維氈混合物中的檸檬酸酯類增塑劑可以與聚丙烯混合物中所使用的 相同，以增加竹纖維氈混合物和聚丙烯混合物的相容性。 本發明所提供的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，充分利用檸檬酸酯的增塑性， 使竹纖維氈和聚丙烯具有良好的相容性，提高其複合材料的粘結性、隔聲性能和力學性 能，生產出一種環保、可回收利用、輕量的隔聲複合材料；經測試，常溫下的平均隔聲量在 20-30dB，抗拉強度為80-100MPa，抗彎強度為350-400MPa ;常溫面密度為3. 0-5. 0kg/m2 ;具 有較好的隔聲、隔熱性能，材料的收縮與扭曲相對較小、尺寸穩定性高、加工性好；其性能明 顯達到目前已有纖維增強樹脂基隔聲複合材料的性能，可廣泛應用於汽車、建築、船舶、家 居裝飾和工業品包裝等行業，用以替代類似玻璃纖維複合材料等早期隔聲材料。本發明所 提供的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料的製備方法，工藝簡單，在常規設備上即可實施。
圖1為本發明實施例1中隔聲性能測試試驗中各組件的連接方式圖。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例1 取竹纖維平均長度為15mm、平均細度為500 y m、面密度為1. 5kg/m2的竹纖維氈， 將其放入ll(TC的烘箱中乾燥20min，拿出冷卻至室溫；然後按竹纖維氈每0. lm2的面積記 塗覆15g的檸檬酸三丁酯，在竹纖維氈的表面上均勻塗覆檸檬酸三丁酯，然後在平板硫化 機上鋪平常溫壓30min，壓力為2MPa，然後拿出在常壓下放置30min，得到竹纖維氈混合物。
將平均分子量為30萬、比重為0. 8g/cm3的等規聚丙烯粉末、檸檬酸三丁酯和環氧 大豆油以重量百分含量分別43. 2%、54. 3%和2. 5%的比例混合均勻，得到聚丙烯混合物。
將聚丙烯混合物均勻塗覆於竹纖維氈混合物表面，其中竹纖維氈混合物和聚丙 烯混合物按重量百分比分別為65%和35%，晾乾，再裝入模壓成型模具中，在成型溫度為 18(TC，成型壓力為6MPa的條件下，在硫化機上進行熱壓成型，保溫保壓時間為80min，然後 自然冷卻，製得竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料。 通過下述方法測試製得的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料的性能
1、面密度測試 將試樣裁剪成長和寬都為25cm的正方形後，用電子天平稱其質量(g)，按公式計 算面密度。 G。 = 0. 016G 式中，G。表示單位面積質量，即面密度/(kg/m2) ;G表示整塊試樣的質量/g。
2、靜態力學性能測試 試樣在標準大氣條件下(溫度為20士2t:，相對溼度為65±2% )下放置24h後， 用萬能材料試驗機(日本島津公司生產，AG-1型)對試樣的力學性能進行測試。本實驗的 拉伸速度為100mm/min，試樣的預加張力為2N。試樣的尺寸為200mmX50mm，試樣的夾距為 100mm。 3、剝離強度測試 剝離強度試驗在標準大氣條件下(溫度為20±2°〇，相對溼度為65±2%)，用萬能 材料試驗機進行測試。將試樣已剝離的一面即竹纖維氈和聚丙烯分別用上下夾頭夾持。試 樣的夾距為100mm，拉伸速度為100mm/min。
4、隔聲性能測試 採用北京聲望電技術有限公司產的BSWA VS302USB雙聲學分析儀。參照 IS0R140-1， IS0R140-170建築及建築構件的隔聲測量的標準進行測量。試樣背襯為空氣。 其中的靜音箱體積為1000mmX 1000mmX 1000mm，測試樣的面積為250mmX 250mm，選擇A計 權網絡。數據處理採用Spectra LAB的聲學軟體。聲望VS302USB系統、無指向性聲源和功 率放大系統的連接方式如圖1所示。
測得此隔聲複合材料的性能如下 經剝離強度測試，此隔聲複合材料的界面相容性，沒有出現分層現象；經 BSWAVS302USB雙聲學分析儀測試，常溫該隔聲複合材料的平均隔聲量在28. 7dB ;經靜態力 學性能測試可得，常溫抗拉強度為95MPa，抗彎強度為392MPa ;常溫面密度為3. 3kg/m2。
實施例2 : 取竹纖維平均長度為27mm、平均細度為400 y m、面密度為2. 7kg/m2的竹纖維氈， 將其放入12(TC的烘箱中乾燥15min，拿出冷卻至室溫；然後按竹纖維氈每0. lm2的面積記 塗覆18g的檸檬酸三乙酯，在竹纖維氈的表面上均勻塗覆檸檬酸三乙酯，然後在平板硫化 機上鋪平常溫壓20min，壓力為3MPa，然後拿出在常壓下放置45min，得到竹纖維氈混合物。
將平均分子量為40萬、比重為1. 0g/cm3的等規聚丙烯粉末、檸檬酸三丁酯和環氧 大豆油以重量百分含量分別31%、65%和4%的比例混合均勻，得到聚丙烯混合物。
將聚丙烯混合物均勻塗覆於竹纖維氈混合物表面，其中竹纖維氈混合物和聚丙烯混合物按重量百分比分別為55%和45%，晾乾，再裝入模壓成型模具中，在成型溫度為 19(TC，成型壓力為8MPa的條件下，在硫化機上進行熱壓成型，保溫保壓時間為70min，然後 自然冷卻，製得竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料。
此隔聲複合材料的性能如下 經剝離強度測試，此隔聲複合材料的界面相容性，沒有出現分層現象；經 BSWAVS302USB雙聲學分析儀測試，常溫該隔聲複合材料的平均隔聲量在23. 4dB ;經靜態力 學性能測試可得，常溫抗拉強度為82MPa，抗彎強度為376MPa ;常溫面密度為3. 9kg/m2。
權利要求
一種竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在於其包括50-70wt％的竹纖維氈混合物和塗覆其上的30-50wt％的聚丙烯混合物；所述竹纖維氈混合物包括竹纖維氈和塗覆在其表面上的檸檬酸酯類增塑劑；所述聚丙烯混合物包括25-50wt％的聚丙烯粉末、48-70wt％的檸檬酸酯類增塑劑和2-5wt％的環氧大豆油。
2. 根據權利要求1所述的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在於所述聚丙烯粉 末的分子量為20-50萬，比重為0. 7-1. lg/cm3。
3. 根據權利要求1所述的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在於所述檸檬酸酯 類增塑劑選自檸檬酸三丁酯、檸檬酸三乙酯或乙醯檸檬酸三丁酯。
4. 根據權利要求3所述的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在於竹纖維氈混合物中的檸檬酸酯類增塑劑與聚丙烯混合物中所使用的相同。
5. 根據權利要求1至4任一權利要求所述的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在 於所述竹纖維氈中竹纖維的平均長度為10-30mm，平均細度為300-600 y m，竹纖維氈的面 密度為l-3kg/m2。
6. —種竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料的製備方法，其特徵在於包括下述步驟① 將竹纖維氈放入100-13(TC的烘箱中乾燥10-30min，然後冷卻至室溫；在竹纖維氈 表面均勻塗覆10-20g檸檬酸酯類增塑劑/0. lm2竹纖維氈，然後在平板硫化機上l-4Mpa的 壓力下、常溫，鋪平壓制15-45min，再在常溫常壓下放置30-60min，製得竹纖維氈混合物；② 將25-50wt^的聚丙烯粉末、48-70wt^的檸檬酸酯類增塑劑和2-5wt^的環氧大豆 油按比例備料並混合均勻，製成聚丙烯混合物；③ 將步驟②製得的聚丙烯混合物均勻塗覆於步驟①中處理好的竹纖維氈混合物表面， 然後晾乾；④ 將晾乾的竹纖維氈裝入模壓成型模具中，在成型溫度為170 20(TC，成型壓力為 5 lOMPa的條件下，在硫化機上進行熱壓成型，保溫保壓時間為60 100min，製得竹纖維 氈聚丙烯隔聲複合材料。
7. 根據權利要求6所述的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在於所述聚丙烯粉 末的分子量為20-50萬，比重為0. 7-1. lg/cm3。
8. 根據權利要求6所述的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在於所述檸檬酸酯 類增塑劑選擇檸檬酸三丁酯、檸檬酸三乙酯或乙醯檸檬酸三丁酯。
9. 根據權利要求6所述的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在於竹纖維氈混合 物中的檸檬酸酯類增塑劑與聚丙烯混合物中所使用的相同。
10. 根據權利要求6所述的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，其特徵在於所述竹纖維氈中竹纖維的平均長度為10-30mm，平均細度為300-600 y m，竹纖維氈的面密度為l-3kg/m2。
全文摘要
本發明涉及一種竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料及其製備方法，其材料配方為竹纖維氈混合物的重量百分比為50-70％，聚丙烯混合物的重量百分比為30-50％；其熱壓成型工藝是首先採用合適的工藝用檸檬酸酯對竹纖維氈進行處理，再用配製好的聚丙烯混合物浸潤處理好的竹纖維氈，並進行熱壓成型；本發明所提供的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料，材料的隔聲、隔熱性能，材料的收縮與扭曲相對較小、尺寸穩定性高、加工性好；其性能明顯達到目前已有纖維增強樹脂基隔聲複合材料的性能，可廣泛應用於汽車、建築、船舶、家居裝飾和工業品包裝等行業，用以替代類似玻璃纖維複合材料等早期隔聲材料；本發明所提供的竹纖維氈聚丙烯隔聲複合材料的製備方法，工藝簡單，在常規設備上即可實施。
文檔編號B32B27/32GK101770773SQ20081016379
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者傅雅琴, 朱春燕, 江豔華, 範欣愉, 鄧智濤, 顧群, 顏春 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所