一种植物纤维复合材料及其制备方法和在空气净化器滤筒端盖中的应用与流程

本发明属于复合材料，涉及一种植物纤维复合材料及其制备方法和在空气净化器滤筒端盖中的应用。

背景技术：

1、滤筒端盖是一种安装在滤筒两端的部件，它是滤筒过滤系统的关键组成部分之一。滤筒通常用于各种过滤设备中，如空气过滤器、液体过滤器以及特定工业设备中的粉尘过滤系统等。

2、传统滤筒端盖通常采用塑料、金属或某些合成材料制造，这些材料在生产过程中会产生大量温室气体排放，且废弃后不易降解，对生态环境构成了持久性的威胁。其次，就物理性能而言，传统滤筒端盖的材料在抗压强度、抗折强度和抗冲击性上可能存在局限，长期使用后，端盖可能出现变形、破裂等问题，影响滤筒的密封性和整体稳定性。再者，传统滤筒端盖在耐候性和耐化学性方面也可能存在不足，材料在经历温度变化、湿度波动及接触空气中的化学物质时，容易加速老化、脆化，进而缩短其使用寿命。

3、此外，传统滤筒端盖在生产和回收过程中的能源消耗及资源浪费也是不容忽视的问题。从原材料采集、生产加工直至废弃后的回收处理，各个环节都会消耗大量的能源，并可能产生环境污染。

4、综上所述，传统空气净化器滤筒端盖在环保性能、物理力学性能、耐候耐蚀性以及生产和回收过程中的能源消耗和资源浪费等方面确实存在诸多有待改进的地方。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种具有优良力学性能、耐候性和耐化学腐蚀性的植物纤维复合材料。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种植物纤维复合材料，其特征在于，所述植物纤维复合材料包括如下质量份数的原料：25-35份甘蔗浆、35-45份竹浆、25-35份竹纤维、10-15份聚丙烯、3-5份聚丁二烯橡胶乳液、3-8份硅酸铝、5-8份填料。

3、在上述一种植物纤维复合材料中，所述填料为粒径10-50nm的碳酸钙。

4、作为优选，甘蔗浆固含量为5-10％。

5、作为优选，竹浆固含量为3-8％。

6、进一步优选，聚丁二烯橡胶乳液的固含量为45-55％。

7、本发明还提供了一种植物纤维复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

8、s1、先将甘蔗浆、竹浆、竹纤维进行混合，然后在碱性溶液中进行浸泡处理，再进行过滤处理，然后进行脱水干燥得干纸浆；

9、s2、将干纸浆和聚丁二烯橡胶乳液投入水中进行搅拌处理，然后加入硅酸铝继续搅拌，再进行干燥处理得预处理干纸浆；

10、s3、将预处理干纸浆进行高温处理然后与聚丙烯进行均匀混合，最后进行熔融挤出。

11、在上述的一种植物纤维复合材料的制备方法中，步骤s1甘蔗浆、竹浆、竹纤维需要依次进行洗涤和漂白处理。

12、在上述的一种植物纤维复合材料的制备方法中，步骤s1碱性溶液为浓度25-35wt％的氢氧化钠溶液。

13、在上述的一种植物纤维复合材料的制备方法中，步骤s1过滤处理分为一级过滤和二级过滤，其中一级过滤过滤筛孔径为5-10mm，二级过滤过滤筛孔径为2-3mm。

14、本发明首先对甘蔗浆、竹浆和竹纤维进行一系列精细化前处理，包括深度洗涤以去除杂质，以及漂白以改善材料色泽和卫生性。之后，将处理过的三种纤维混合并在特定浓度的氢氧化钠溶液中进行浸泡，以促进纤维的分离和溶解。浸泡完毕后，采用两阶段过滤(一级过滤孔径5-10mm，二级过滤孔径2-3mm)进行精细化过滤，并进行有效的脱水干燥，得到优质的干纸浆。

15、在上述的一种植物纤维复合材料的制备方法中，步骤s2搅拌处理过程中浆料浓度为0.5-2％。

16、本发明在纸浆中加入适量的聚丁二烯橡胶乳液后，通过铝盐诱导凝固，橡胶粒子能够与纤维紧密结合，增强了纤维间的连接力。这样一来，纸张在湿润状态下，由于橡胶粒子的存在，纤维即使吸水膨胀也不易分开，从而大大提高了纸张的湿强度。同时，橡胶的柔韧性赋予纸张更好的抗撕裂性和韧性，使其在受到拉扯或撕裂时不易破裂，保持较好的整体性和耐用性。

17、在上述的一种植物纤维复合材料的制备方法中，步骤s3高温处理为在180-300℃，压力1-10mpa下进行蒸汽爆破。本发明利用蒸汽迅速穿透纤维内部结构，导致纤维内部水分急剧膨胀。当压力突然释放时，纤维内部积蓄的巨大能量会在瞬间爆发，引起纤维组织结构的剧烈破碎和膨胀，原有的纤维束被撕裂成细小的纤维片段，显著增大了纤维的比表面积。增大比表面积的意义在于，更多的纤维末端和裂缝暴露在外，增加了与聚丙烯接触的机会，提高了两者之间的接触面积和结合强度。因此，经过蒸汽爆破处理的纤维在后续与聚丙烯复合时，能够更好地分散和融入聚丙烯中，形成更为致密和坚固的复合材料，从而有效提高复合材料的机械性能，如拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性等。

18、在上述的一种植物纤维复合材料的制备方法中，步骤s3熔融挤出的温度为180-190℃，时间为10-30min。

19、本发明还提供了一种空气净化器滤筒端盖，所述端盖由上述植物纤维复合材料制备而成。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

21、1.本发明植物纤维复合材料的生物降解性好，有利于环境保护和循环经济的发展。同时，碳酸钙作为填料，其粒径控制在10-50nm，不仅提高了复合材料的性能，而且本身无毒无害，进一步增强了材料的环保属性。本发明通过合理搭配甘蔗浆、竹浆、竹纤维以及聚丙烯、聚丁二烯橡胶乳液、硅酸铝等成分，实现了纤维与聚合物的良好结合，提高了材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性，使其适用于多种结构件的制造，如本发明提及的空气净化器滤筒端盖。

22、2.本发明制备方法中，通过碎解、筛选、洗涤和漂白处理，优化了植物纤维的物理形态和化学性能，使其与聚合物有更好的相容性。在碱性溶液浸泡后，采用分级过滤确保了纤维的质量和纯度。通过蒸汽爆破处理，改善了纤维结构，提高了与聚丙烯混合后的界面结合效果。在制备过程中，严格控制每一步的操作参数，如碱性溶液浓度、过滤筛孔径、浆料浓度、高温处理条件以及熔融挤出的温度和时间，保证了产品质量的稳定性和一致性，也为不同应用场合下的性能调整提供了便利。

23、3.本发明的植物纤维复合材料成功应用于空气净化器滤筒端盖的制备，不仅展示了其在结构件制造领域的可行性，也为该复合材料在其他领域的应用提供了示范和参考，如家具制造、汽车零部件、包装材料等。

技术特征：

1.一种植物纤维复合材料，其特征在于，所述植物纤维复合材料包括如下质量份数的原料：25-35份甘蔗浆、35-45份竹浆、25-35份竹纤维、10-15份聚丙烯、3-5份聚丁二烯橡胶乳液、3-8份硅酸铝、5-8份填料。

2.根据权利要求1所述的一种植物纤维复合材料，其特征在于，所述填料为粒径10-50nm的碳酸钙。

3.一种如权利要求1所述植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述一种植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1甘蔗浆、竹浆、竹纤维需要依次进行洗涤和漂白处理。

5.根据权利要求3所述一种植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1碱性溶液为浓度25-35wt％的氢氧化钠溶液。

6.根据权利要求3所述一种植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1过滤处理分为一级过滤和二级过滤，其中一级过滤过滤筛孔径为5-10mm，二级过滤过滤筛孔径为2-3mm。

7.根据权利要求3所述一种植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2搅拌处理过程中浆料浓度为0.5-2％。

8.根据权利要求3所述一种植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3高温处理为在180-300℃，压力1-10mpa下进行蒸汽爆破。

9.根据权利要求3所述一种植物纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3熔融挤出的温度为180-190℃，时间为10-30min。

10.一种空气净化器滤筒端盖，其特征在于，所述端盖由权利要求1所述植物纤维复合材料制备而成。

技术总结本发明属于复合材料技术领域，涉及一种植物纤维复合材料及其制备方法和在空气净化器滤筒端盖中的应用。本发明植物纤维复合材料的生物降解性好，有利于环境保护和循环经济的发展。同时，碳酸钙作为填料，其粒径控制在10‑50nm，不仅提高了复合材料的性能，而且本身无毒无害，进一步增强了材料的环保属性。本发明通过合理搭配甘蔗浆、竹浆、竹纤维以及聚丙烯、聚丁二烯橡胶乳液、硅酸铝等成分，实现了纤维与聚合物的良好结合，提高了材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性，使其适用于多种结构件的制造，如本发明提及的空气净化器滤筒端盖。技术研发人员：赵家伟受保护的技术使用者：宁波天瑞智能科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18