一种特殊浸润处理的麻纤维制板及其成型工艺
技术领域
本发明涉及麻纤维板技术领域，特别是指一种特殊浸润处理的麻纤维制板及其成型工艺。
背景技术
天然麻纤维/树脂复合毡板在汽车中的用量持续增长。目前汽车模压制品的天然纤维平均用量为每辆车5-10kg，天然纤维复合材用量30-60Kg。Bayer与其子公司Hennnecke公司采用树脂传递模压工艺(RTM)，用天然纤维毡生产壁厚仅1.5mm-2.0mm的部件，比传统注塑材料生产的产品约轻45％。麻纤维/树脂复合毡板制造车门内饰板，其单位面积质量为600-1200g/㎡。德国BASF公司的生产制备的天然纤维毡增强复合材料(NMTS)，其重量为500-1800g/㎡，比玻璃纤维增强热塑性塑料轻17％。西方发达国家早已将麻毡板应用于汽车车企。我国汽车行业也早已经将麻纤维复合材料毡板作为豪华客车、卡车、商务车与轿车内饰件基材。
天然纤维的主要组成成分为纤维素，此外含有大量的胶质、半纤维素以及木质素等，这些非主要组分不仅会影响麻毡板复合材的各种性能，同时还提高麻毡板的VOCs值。而纤维素分子中含有大量极性的羟基，使天然纤维具有较强的极性和亲水性，低的耐热性和阻燃性。
天然麻纤维不同于人造的化学纤维，其结构不规整，有表面微细结构缺陷和杂质。
由于天然麻纤维特有的组成和结构特点，使得现在汽车工业常用天然麻纤维/聚丙烯纤维复合麻毡板在实际工业应用中主要存在以下技术问题：界面不相容性，力学性能不佳，阻燃性差。
发明内容
本发明提出一种特殊浸润处理的麻纤维制板及其成型工艺，解决了现有技术中天然麻纤维/聚丙烯纤维复合麻毡板力学性能不佳及阻燃性差的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种特殊浸润处理的麻纤维制板，包括如下重量份的组分：
黄麻纤维100-120份，
改性乳液80-100份，
聚丙烯纤维200-280份；
其中，所述改性乳液的重量份为：20-30份氨基硅油、10-15份阻燃剂、20-30份交联剂。
作为优选地，所述阻燃剂为含氮有机磷酸酯阻燃剂。
作为优选地，所述含氮有机磷酸酯阻燃剂为磷酸三聚氰胺、磷酸双三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、三聚氰胺磷酸酯、N,N-二(2-羟乙基)氨甲基膦酸二乙酯中的一种或多种。
作为优选地，所述交联剂为苯乙烯、a-甲基苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙二醛、氮丙啶中的一种或多种。
一种特殊浸润处理的麻纤维制板成型工艺，包括如下步骤：
S1、将100-120份的黄麻纤维放置入80-100份的改性乳液中浸润2-4h，将浸润之后的黄麻纤维进行辊压、烘干，得到改性黄麻纤维；
S2、将步骤S1中制备的改性黄麻纤维和200-280份的聚丙烯纤维混合、开松处理，得到黄麻毡；
S3、将步骤S2中制备的黄麻毡进行模压成型，最终制得黄麻毡板。
进一步地，所述步骤S1中，浸润之后的黄麻纤维烘干温度为180°-190°，烘干直至称重不减重。
进一步地，所述步骤S3中，黄麻毡模压成型的成型压力为3000-4000MPa，成型温度为170°-180°，保压时间为2-3分钟。
本发明的有益效果在于：
本发明公开的一种特殊浸润处理的麻纤维制板，采用氨基硅油、阻燃剂、交联剂组成的改性乳液，对黄麻纤维进行改性处理，使得改性之后的黄麻纤维表面的微细结构缺陷和杂质消除或减少，改性黄麻纤维与聚丙烯纤维相容性较好，改性黄麻纤维/聚丙烯纤维复合毡板具有优良的力学性能；同时，添加了阻燃剂，提高了黄麻纤维的耐热性和阻燃性；还公开了其成型工艺，操作简单，可规模化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为改性乳液处理前后的黄麻纤维电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种特殊浸润处理的麻纤维制板，包括如下重量份的组分：
黄麻纤维100-120份，
改性乳液80-100份，
聚丙烯纤维200-280份；
其中，所述改性乳液的重量份为：20-30份氨基硅油、10-15份阻燃剂、20-30份交联剂。
作为优选地，所述阻燃剂为含氮有机磷酸酯阻燃剂。
作为优选地，所述含氮有机磷酸酯阻燃剂为磷酸三聚氰胺、磷酸双三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、三聚氰胺磷酸酯、N,N-二(2-羟乙基)氨甲基膦酸二乙酯中的一种或多种。
作为优选地，所述交联剂为苯乙烯、a-甲基苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙二醛、氮丙啶中的一种或多种。
一种特殊浸润处理的麻纤维制板成型工艺，包括如下步骤：
S1、将100-120份的黄麻纤维放置入80-100份的改性乳液中浸润2-4h，将浸润之后的黄麻纤维进行辊压、烘干，得到改性黄麻纤维；
S2、将步骤S1中制备的改性黄麻纤维和200-280份的聚丙烯纤维混合、开松处理，得到黄麻毡；
S3、将步骤S2中制备的黄麻毡进行模压成型，最终制得黄麻毡板。
进一步地，所述步骤S1中，浸润之后的黄麻纤维烘干温度为180°-190°，烘干直至称重不减重。
进一步地，所述步骤S3中，黄麻毡模压成型的成型压力为3000-4000MPa，成型温度为170°-180°，保压时间为2-3分钟。
实施例1
S1、将100份的黄麻纤维放置入80份的改性乳液中浸润2h，将浸润之后的黄麻纤维进行辊压、烘干，浸润之后的黄麻纤维烘干温度为180°,烘干直至称重不减重，得到改性黄麻纤维，其中，改性乳液的重量份为：20份氨基硅油、4份磷酸三聚氰胺、6份N,N-二(2-羟乙基)氨甲基膦酸二乙酯、20份a-甲基苯乙烯；
S2、将步骤S1中制备的改性黄麻纤维和200份的聚丙烯纤维混合、开松处理，得到黄麻毡；
S3、将步骤S2中制备的黄麻毡进行模压成型，黄麻毡模压成型的成型压力为3000MPa，成型温度为170°，保压时间为2分钟，最终制得黄麻毡板。
实施例2
S1、将120份的黄麻纤维放置入100份的改性乳液中浸润4h，将浸润之后的黄麻纤维进行辊压、烘干，浸润之后的黄麻纤维烘干温度为190°，烘干直至称重不减重，得到改性黄麻纤维，其中，改性乳液的重量份为：30份氨基硅油、5份三聚氰胺磷酸酯、10份N,N-二(2-羟乙基)氨甲基膦酸二乙酯、30份甲基丙烯酸；
S2、将步骤S1中制备的改性黄麻纤维和280份的聚丙烯纤维混合、开松处理，得到黄麻毡；
S3、将步骤S2中制备的黄麻毡进行模压成型，黄麻毡模压成型的成型压力为4000MPa，成型温度为180°，保压时间为3分钟，最终制得黄麻毡板。
实施例3
S1、将110份的黄麻纤维放置入90份的改性乳液中浸润3h，将浸润之后的黄麻纤维进行辊压、烘干，浸润之后的黄麻纤维烘干温度为185°，烘干直至称重不减重，得到改性黄麻纤维，其中，改性乳液的重量份为：25份氨基硅油、5份焦磷酸三聚氰胺、7份N,N-二(2-羟乙基)氨甲基膦酸二乙酯、25份氮丙啶；
S2、将步骤S1中制备的改性黄麻纤维和260份的聚丙烯纤维混合、开松处理，得到黄麻毡；
S3、将步骤S2中制备的黄麻毡进行模压成型，黄麻毡模压成型的成型压力为3500MPa，成型温度为175°，保压时间为2.5分钟，最终制得黄麻毡板。
针对黄麻毡板主要性能指标，包括力学性能、阻燃性能指标进行测试。检测标准和测试结果如表1所示：
表1改性前后黄麻纤维/聚丙烯毡板主要性能指标与对比
从表1可知，改性后的黄麻纤维/聚丙烯纤维复毡板各项力学性能相比未改性的黄麻纤维/聚丙烯纤维复合毡板均有提高。其中，拉伸强度、弯曲强度、破坏扰度分别提高了3.77％，92.25％和65.27％。各项力学性能指标均有改善原因如下：
在天然黄麻纤维和聚丙烯纤维复合毡板中，黄麻纤维与聚丙烯之间存在一个界面层，该界面层的性质对复合材料的各种性能有十分显著的影响。其中界面粘结是复合材料设计中的一个关键参数，弱的界面结合将直接导致复合材料的力学性能降低。未处理的黄麻纤维为极性亲水纤维，与非极性疏水的聚丙烯纤维的相容性差，天然黄麻纤维和聚丙烯纤维的界面结合不好，导致复合毡板的力学性能不佳。同时，天然纤维表面含有大量的胶质、半纤维素及木质素等杂质，这些杂质不仅会影响天然纤维的各种性能，同时还会给纤维与基体之间的界面粘接带来不良影响。
通过采用改性乳液处理，改性后的黄麻纤维/聚丙烯纤维复合毡板各项力学性能提高的原因有两方面原因。一方面，天然黄麻纤维表面的微细结构缺陷和杂质消除或减少了，如图1所示。
另一方面，通过采用改性乳液处理，活性极性羟基(-OH)基团减少，提高了黄麻纤维的疏水性。
我们定量检测分析了的黄麻纤维改性前后活性极性羟基(-OH)基团含量。测定天然纤维重活性羟基含量的测试分析过程是：首先用异氰酸酯与天然纤维中的活性羟基发生酯化反应，然后用正丁胺与过量的异氰酸酯反应，最后用盐酸溶液对其进行反滴定，从而测得天然纤维中活性羟基的含量，首先将经过真空干燥的黄麻纤维样品浸泡于无水有机溶剂中，然后加入反应试剂异氰酸酯；充分反应后，移取反应液，在室温下加入正丁胺至反应液中，充分混合并且放置30分钟；然后加溴甲酚绿指示剂，用盐酸溶液进行滴定，至滴定终点溶液呈微黄色；按照下式计算天然纤维中活性羟基的含量；
其中：W-天然纤维中活性羟基值单位mg(KOH)/g，m-天然纤维的质量单位g；V1-空白试验用盐酸溶液体积单位mL；V2-测定试样用盐酸溶液体积单位mL；CHCL-盐酸溶液浓度单位mol/L；m1-氢氧化钾的分质量单位g/mol，m2-盐酸的分质量单位g/mL。
表2是检测的黄麻纤维改性前后活性极性羟基(-OH)基团含量定量分析数据。表2数据指出：通过黄麻处理的黄麻纤维中活性极性羟基(-OH)基团含量相比未处理黄麻降低了50.09％，使得黄麻纤维由亲水变为疏水，和疏水性的聚丙烯纤维可以形成更好的结合界面，从而提高力学性能。
表2黄麻纤维改性前后活性极性羟基(-OH)基团含量
改性处理的麻毡板与未处理麻毡板相比，阻燃性也得到改善，改性之后的麻毡板阻燃性(mm/min)提高为D-24，垂直阻燃性(mm/min)提高为280，麻毡板的耐温由155°提高为170°-190°，提高了麻纤维的耐热性和阻燃性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
