一种低气味、高强度、高模量的汽车内饰用麻毡增强聚丙烯材料的制备方法
技术领域
本发明设计复合材料改性技术领域，具体涉及一种低气味、高模量、高强度的麻毡增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
当前汽车发展的主要趋势是绿色环保。从20世纪90年代，麻纤维增强复合材料开始已经成为全球的研究与开发热点。麻纤维板材通常指由麻纤维和热塑性塑料纤维进行混合、梳理以及铺网加固成纤维毡，最终将其热压成平板。这种材料不仅减少对石油资源的依赖性，缓解二氧化碳大量释放产生的温室效应，还具备密度低、模量高、易成型和隔音隔热的优势，被广泛应用于汽车内饰件上，包括内衬件、标志板、座椅后背、货架以及音响板材。但是这些产品只作为内衬材料的应用，而非承载部件。关于麻毡增强聚丙烯材料的力学性能优化，通常采用碱处理化学方法对麻纤维进行处理，但是残留溶剂散发出的气味会对最终产品使用过程中对消费者身体健康造成危害。这也是麻毡增强聚丙烯材料在汽车内饰件应用受限的另一个原因
因此，采用非化学处理方法，通过提高麻/聚丙烯纤维毡的强度和模量来提升其复合材料的力学性能，拓展到汽车内饰件应用领域，如门板和仪表板本体，替代传统改性聚丙烯材料，满足汽车零部件可回收和轻量化的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高强度、高模量的麻毡增强聚丙烯材料，通过对湿态麻纤维毡进行循环往复拉伸处理，再采用热压工艺制备该复合材料。这种处理不仅高效节能环保，而且大幅度提高麻毡增强聚丙烯材料的强度和模量。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度、高模量的麻毡增强聚丙烯材料的制备方法，具体步骤为：
(1)麻/聚丙烯混合纤维毡制备：将麻纤维和聚丙烯纤维以一定比例的质量百分比进行配比，通过抓棉、开松、混合、梳理以及针刺工艺来制备混合纤维毡；
(2)麻/聚丙烯混合纤维毡处理：在室温环境下，将混合纤维毡浸泡在水溶液里。浸泡30-60min之后,混合纤维毡含水率达到饱和之后，将混合纤维毡固定织物拉伸仪上，一端固定，另一端施加循环往复拉伸载荷，拉伸速度为30-50mm/min，拉伸力为混合纤维毡断裂强度40–80％，拉伸次数为5-30次；
(3)麻/聚丙烯混合纤维毡复合材料制备：根据材料克重的要求，将混合纤维毡叠加置于抽真空烘箱内进行干燥8-16h，干燥温度为80-110℃。在平板硫化机上对干燥混合纤维毡进行热压工艺，热压温度为180-200℃，热压时间为2-5min,从而制得复合材料。
所述的麻纤维和聚丙烯纤维的重量份比例为：20-80份：20-80份。
本发明所述的麻纤维为苎麻纤维、黄麻纤维、洋麻纤维、亚麻纤维和剑麻纤维的至少一种，纤维长度≤200mm。
所述的聚丙烯纤维为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中一种或几种，纤维长度≤200mm。
本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：
直接对含水率为20-80％的麻/聚丙烯混合纤维毡进行循环往复拉伸处理，再烘干热压成复合材料，相比对单根麻纤维，具有操作性强和处理效率高的优势，原因在于纤维的循环往复拉伸处理会在后续工序里会造成许多织造困难，同时处理效果也会随着内应力消失而有所减弱。相比较化学处理方法，循环往复拉伸处理比较低碳环保，也不会影响材料在汽车内饰件领域中的气味以及散发特性。
具体实施方式
本发明的目的是一种高强度、高模量的汽车内饰用麻毡增强聚丙烯材料及其制备方法。下面是实施例和对比例，通过它们可以进一步的理解本发明技术方案。但本发明并不局限如此，凡是本发明的等同或等效变换，均在本发明的保护范围内。
实施例1-6以及对比例1-2所用原材料如下：
麻纤维：长度为100mm
聚丙烯纤维：长度为100mm
实施例1-3和对比例1
将上述黄麻纤维和聚丙烯纤维按50％重量百分比进行配比，通过抓棉、开松、混合、梳理以及针刺工艺来制备混合纤维毡。以表1处理方式对含水率达到50％的混合纤维毡进行加循环往复拉伸处理,拉伸速度为30mm/min。最后，将3层混合纤维毡置于抽真空烘箱内干燥12h，干燥温度为80℃。在平板硫化机上对干燥后的混合纤维毡进行热压工艺，热压温度为180℃，热压时间为2min,从而制得复合材料。
表1混合纤维毡的不同处理方式及其对黄麻毡增强聚丙烯材料性能和气味的影响
注:拉伸强度和模量依照ASTM D638、弯曲强度模量依照ASTM D790、气味依照PV3900进行检测。
实施例4-6和对比例2-3
将上述苎麻纤维和聚丙烯纤维按50％重量百分比进行配比，通过抓棉、开松、混合、梳理以及针刺工艺来制备混合纤维毡。以表2处理方式对不同含水率的混合纤维毡进行循环往复拉伸处理,拉伸强度是混合纤维毡断裂伸长强度的60％，拉伸循环往复次数为30次，拉伸速度为30mm/min。最后，将5层混合纤维毡置于抽真空烘箱内干燥12h，干燥温度为80℃。在平板硫化机上对干燥后的混合纤维毡进行热压工艺，热压温度为180℃，热压时间为2min,为从而制得复合材料。
表2混合纤维毡的不同含水率及其对苎麻毡对聚丙烯材料性能和气味的影响
注:拉伸强度和模量依照ASTM D638、弯曲强度模量依照ASTM D790、气味依照PV3900进行检测。
根据表1和2的测试结果可以看出，对湿态的麻/聚丙烯混合纤维毡进行循环往复拉伸处理，大幅度地提高麻纤维毡增强聚丙烯材料的拉伸强度和模量以及弯曲强度和模量。同时，混合纤维毡在水溶液里进行长时间浸泡以及之后的烘干工艺，有利于去除麻纤维前处理残留下的部分溶剂，从而使复合材料气味从4.0级提升到3.8级。除此，混合纤维毡的不同含水率对材料力学性能及其气味有一定的影响。材料含水率太低，无法浸润麻纤维，循环往复拉伸处理较差；含水率太高，导致聚丙烯纤维产生滑移，不利于循环往复拉伸处理；材料含水率越高，有利于去除溶剂，气味越好。
