本發明涉及一種新型人造板制造技術領域，尤指一種輕質纖維復合材料的強化方法。
背景技術：
在保證復合材料物理力學性能前提下進一步減輕重量是工業界對材料性能和成本的重要需求之一。尤其在汽車、高鐵等乘運行業，輕量、舒適和環保是發展的主要趨勢。目前利用玻璃纖維與合成纖維織氈制備的GMT(glass mat reinforced thermoplastics)材料在汽車內飾行業應用最為常見，隨著環保意識的增強以及對成本的考慮，近年來利用天然植物纖維替代玻璃纖維，國內外已有大量文獻和專利對麻纖維增強復合材料的研究和應用進行了報道，麻纖維與合成纖維的比例約在(40～65):(35～60)，而且根據不同用途需求，為滿足一定的力學性能，復合材料產品密度一般超過0.8g/cm3，而低于0.5g/cm3的產品通常只作裝飾材料。其他如木纖維、竹纖維、棉纖維、農作物秸稈纖維等具有較高長徑比的天然、環保植物纖維，在無紡織氈制備中還未得到廣泛的利用。
同時，家具、裝修常用的木基纖維板，其物理力學性能與其密度有著極其密切的關系。當產品密度低于0.4g/cm3時，其性能也只能滿足裝飾性能需求。
發泡是降低材料密度的一個重要手段。采用聚合物發泡制備輕質材料的研究已有較長的歷史，如國內汽車內飾生產廠家生產的頂蓬用基材材料多數為酚醛樹脂氈、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)和聚氨酯發泡材料、聚氨酯發泡材料等，這些材料雖具有吸音、隔熱和減震等優良特性， 但通常不能承受較大的外力。在降低密度同時滿足強度需求，是人造板行業甚至復合材料行業均需突破的重要技術難題。
技術實現要素：
本發明的主要目的是提供一種輕質纖維復合材料的強化方法，利用本方法制備的纖維復合材料具有較低的密度和良好的力學性能。
為實現上述目的，本發明采取以下設計方案：
一種輕質纖維復合材料的強化方法，其方法步驟如下：
1)取植物纖維碎料，并進行預處理，得到植物纖維原料；
2)經組坯和加熱硬化制成坯料，其中，組坯時，將施膠后的混合纖維在成型框中進行定量均勻鋪裝；或植物纖維和合成纖維混合采用氣流鋪裝針刺成型；
3)再將坯料進行浸漬可發泡制劑、高溫定型和表面再加工的工藝處理過程，制成平板或異型復合材料；其中，所述的浸漬可發泡制劑是根據產品設計要求定量配出可發泡制劑，浸漬時使發泡制劑滲透入坯料內部；該可發泡制劑至少包括有可發泡酚醛樹脂、發泡劑和表面活性劑，還可添加固化劑、改性劑和阻燃劑中的一種或多種。
所述輕質纖維復合材料的強化方法中，所述的可發泡酚醛樹脂、發泡劑、表面活性劑、固化劑、改性劑和阻燃劑的添加比例為100:(1～10):(1～5):(0～3):(0～20):(0～15)。
所述輕質纖維復合材料的強化方法中，所述的發泡劑為正戊烷、正己烷和/或發泡劑H；所述的表面活性劑為吐溫-80、十二烷基苯磺酸鈉和/或硅氧烷；所述的固化劑為對甲苯磺酸、二甲苯磺酸和/或草酸；所述的改性劑為異氰酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇和/或聚乙二醇；所述的阻燃劑為有機或無機磷氮系阻燃劑。
所述輕質纖維復合材料的強化方法步驟2)中，所述植物纖維原料在攪拌過程中施加粘合劑，具體為：攪拌過程中對植物纖維表面均勻噴加酚醛膠粘劑、三聚氰胺改性脲醛膠粘劑、聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇液體膠粘劑，施加量8～20％。
所述輕質纖維復合材料的強化方法步驟2)中，所述植物纖維原料中混合聚丙烯纖維、聚乙烯纖維或聚乳酸纖維，混合比例為(70～90):(10～30)。
所述輕質纖維復合材料的強化方法中，還至少具有如下特征之一：
①所述方法步驟2)中的加熱硬化過程，是將鋪裝后的纖維松散坯料，利用定厚規、夾具或壓板來控制松散坯料直至達到密度為0.1～0.3g/cm3的預制品，再送入烘箱或熱壓機加熱設備中進一步處理，加熱溫度為80～170℃，加熱時間為1～5min/mm；
②所述方法步驟3)中的高溫定型過程是：將浸漬坯料定量鋪裝在平壓墊板或異型模具內，在模具上施加0.3～1.0MPa的壓力，將板坯壓制到密度0.15～0.65g/cm3的半成品；其中，所述的高溫溫度為80～180℃，定型時間為1～10min/mm。
所述輕質纖維復合材料的強化方法中，所述的植物纖維至少是麻、木材、竹材、棉稈和秸稈纖維中的一種；植物纖維的碎料通過預處理后制備成長度為5～50mm、直徑為0.05～2mm、含水率為2～6％的纖維束形態。
所述輕質纖維復合材料的強化方法步驟3)中，坯料浸漬時，將該坯料在常壓下或通過減壓和加壓方式，分上、下表面浸漬到定量的膠粘劑溶液中，通過擠壓方式使膠液均勻分散。
所述輕質纖維復合材料的強化方法中，所述的表面再加工是對半成品進行表面處理后進行貼面加工，貼面材料為單板、浸漬紙、塑料膜或紡織 布料。
所述輕質纖維復合材料的強化方法中，所述的預處理至少包括軟化和搓磨處理，或進一步進行烘干和/或篩分處理。
下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
實施例1
1)稱取90kg竹纖維和10kg聚乙烯纖維，將該兩種料均勻混合后進行開松、梳理、縱橫向交叉鋪網，再經過上、下針刺成氈，得到密度為0.12g/cm3且厚度為30mm的竹纖維/聚乙烯纖維復合氈；將該復合氈放入140℃熱壓機中壓制成厚度為20mm的坯料后備用；
2)將酚醛膠粘劑和正己烷、吐溫-80按質量100:5:3的比例高速混合后，再加入5％多異氰酸酯攪拌均勻，將坯料常壓浸漬到同坯料重量的膠粘劑溶液中，通過擠壓方式使膠液均勻分散；組坯放入溫度為140℃～150℃的模壓機進行固化成型，取出后冷卻裁剪，制備得到輕質復合板材。
本實施例得到的輕質纖維復合材料最終密度為0.35g/cm3，靜曲強度16MPa，內結合強度0.2MPa，24小時吸收厚度膨脹率<2％。
實施例2
1)稱取90kg木纖維和10kg EVA乳液，將EVA乳液加定量水降低粘度后，在拌膠機中均勻噴灑在木纖維表面，隨后利用鋪裝設備在成型框中均勻鋪裝，預壓到密度0.15g/cm3厚度30mm的軟坯；將該坯料在100℃烘箱中干燥2小時后取出備用；
2)酚醛膠粘劑和正己烷、吐溫-80按質量100:6:5的比例高速混合后，再加入5％水性異氰酸酯攪拌均勻，將坯料分上下表面常壓浸漬到等重量的膠粘劑溶液中，通過擠壓方式使膠液均勻分散；組坯放入溫度為120℃～130℃的熱壓機進行熱壓固化成型，取出后冷卻裁剪，制備得到 輕質復合板材。
本實施例得到的復合材料最終密度0.40g/cm3，靜曲強度20MPa，內結合強度0.5MPa，24小時吸收厚度膨脹率<3％。
實施例3
按照下面的重量稱取原料(kg)：
1)稱取阻燃木纖維90kg，三聚氰胺改性脲醛樹脂膠粘劑10kg，將膠粘劑噴灑在木纖維表面后鋪裝，120℃熱壓機定型坯料密度0.20g/cm3；
2)酚醛膠粘劑和正戊烷、十二烷基苯磺酸鈉按質量100:4:3的比例高速混合后，再加入5％水性異氰酸酯和6％三羥甲基氧化膦攪拌均勻，將坯料分上下表面加壓浸漬到等重量的膠粘劑溶液中；組坯放入溫度為130℃～150℃的熱壓機進行熱壓固化成型。
本實施例得到的復合材料最終密度0.34g/cm3，靜曲強度18MPa，內結合強度0.2 5MPa，24小時吸收厚度膨脹率<6％，氧指數32％。
實施例4
1)稱取80kg木纖維和20kg聚丙烯纖維，將該兩種料均勻混合后進行開松、梳理、縱橫向交叉鋪網，再經過上、下針刺成氈，得到密度為0.15g/cm3且厚度為20mm的木纖維/聚丙烯纖維復合氈；將該復合氈放入170℃熱壓機中壓制成厚度為15mm的坯料后備用；
3)將酚醛膠粘劑和正己烷、吐溫-80按質量100:8:2的比例高速混合后，再加入2％多異氰酸酯攪拌均勻，將坯料減壓浸漬到同坯料重量的膠粘劑溶液中，通過擠壓方式使膠液均勻分散；組坯放入溫度為140℃～150℃的模壓機進行固化成型，取出后冷卻裁剪，制備得到輕質復合板材。
本實施例得到的輕質纖維復合材料最終密度為0.40g/cm3，靜曲強度18MPa，內結合強度0.3MPa，24小時吸收厚度膨脹率<2％。
實施例5
1)稱取90kg回收麻纖維和10kg聚丙烯纖維，將該兩種料均勻混合后進行開松、梳理、縱橫向交叉鋪網，再經過上、下針刺成氈，得到密度為0.12g/cm3且厚度為40mm的麻纖維/聚丙烯纖維復合氈；將該復合氈放入170℃熱壓機中壓制成厚度為35mm的坯料后備用；
3)酚醛膠粘劑和正戊烷、十二烷基苯磺酸鈉按質量100:4:2的比例高速混合后，再加入4％水性異氰酸酯和6％三羥甲基氧化膦攪拌均勻，將坯料分上下表面加壓浸漬到1.5倍重量的膠粘劑溶液中；組坯放入溫度為130℃～150℃的熱壓機進行熱壓固化成型。
本實施例得到的輕質纖維復合材料最終密度為0.41g/cm3，24小時吸收厚度膨脹率<2％，24小時吸水率<2％，靜曲強度>10MPa。
實施例6
1)稱取92kg竹纖維和8kg PVA(聚乙烯醇)溶液，將PVA溶液在拌膠機中均勻噴灑在木纖維表面，隨后利用鋪裝設備在成型框中均勻鋪裝，預壓到密度0.15g/cm3厚度40mm的軟坯；將該坯料在110℃烘箱中干燥3h后取出備用；
2)酚醛膠粘劑和正己烷、十二烷基苯磺酸鈉按質量100:5:5的比例高速混合后，再加入6％水性異氰酸酯攪拌均勻，將坯料分上下表面減壓浸漬到等重量的膠粘劑溶液中，通過平面擠壓方式使膠液均勻分散；組坯放入溫度為130℃～140℃的熱壓機進行熱壓固化成型，取出后冷卻裁剪，制備得到輕質復合板材。
本實施例得到的復合材料最終密度0.30g/cm3，靜曲強度>12MPa，內結合強度>0.2MPa，24小時吸收厚度膨脹率<3％。
上述各實施例可在不脫離本發明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應視為例示性，而非用以限制本發明申請專利的保護范圍。