專利名稱：一種再生木質(zhì)復(fù)合材料及應(yīng)用該材料成型的木塑型材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種再生木質(zhì)復(fù)合材料及應(yīng)用該材料成型的型材，尤其是一種再生木質(zhì)復(fù)合材料及應(yīng)用該材料成型的木塑型材。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的木塑復(fù)合材料或塑木復(fù)合材料，其原材料是由粒徑為180～250μm、含水率為3～8％的木粉加廢塑料和硅烷塑料成型用偶聯(lián)劑及其它助劑組合而成的；采用的復(fù)合材料成型方法是將熱固性樹脂發(fā)泡物質(zhì)與木粉混和，施加高速攪拌力使物料自摩擦升溫到185～210℃，將其干燥和融合，然后再加入熱塑性樹脂進(jìn)行混拌，制成粒徑在15mm以下的顆粒狀再生木質(zhì)合成樹脂。但是，原材料組合和材料成型方法存在以下問題從原材料組合分析一方面，制作木粉的原材料僅限于木材和木材廢、余料，原材料存在局限性和資源爭奪性；另一方面，粒徑為180～250μm的木粉屬于細(xì)粉狀態(tài)，含有20％以上的纖維薄壁細(xì)胞，依據(jù)木材細(xì)胞組成理論，木材的薄壁細(xì)胞具有強(qiáng)大的聚集性，是木材吸濕和脆裂的主要途徑，所以使用細(xì)粉狀態(tài)的木粉成型的復(fù)合材料，容易導(dǎo)致材料在綜合使用條件中強(qiáng)度降低和損失。
從該復(fù)合材料成型方法分析一方面，樹脂的結(jié)晶熔點是175℃，木纖維的熱裂解溫度是145～165℃，樹脂與木粉共同升溫到165℃以上，在樹脂沒有達(dá)到融化和包裹木粉顆粒之前，木粉顆粒很容易被燒失和碳化，產(chǎn)生的灰分將會嚴(yán)重降低復(fù)合材料的強(qiáng)度；另一方面，被樹脂包裹的木粉顆粒取向排列為纖維鏈后，其纖維鏈的間隙均由樹脂填充，依據(jù)材料知識，熱塑性樹脂的成型收縮率為1.0～2.5％，應(yīng)用該材料成型的產(chǎn)品很容易產(chǎn)生塌陷和收縮變形，導(dǎo)致成型產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有木塑型材原材料組合和材料成型方法中存在的問題。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種再生木質(zhì)復(fù)合材料，由超細(xì)纖維粉體、超細(xì)礦石粉、廢舊塑料再生料、塑料成型用偶聯(lián)劑組合而成，其中，其制備方法為(各組份按重量百分比計)a、38～41.6％超細(xì)纖維粉體與3％著色劑混合；b、沖擊粉碎，高循環(huán)碰撞，干燥至含水率在1％以下；c、加入25％超細(xì)礦石粉和27～30％廢舊塑料再生料及塑料成型用偶聯(lián)劑；d、熔融攪拌；e、混煉攪拌；e、冷卻攪拌；f、粒料粉碎，制成成品。
本發(fā)明還提供一種用上述再生木質(zhì)復(fù)合材料成型的木塑型材，其制作工藝為(各組份按重量百分比計)a、將農(nóng)作物秸稈或木屑或樹枝或堅果殼或竹子中的一種或其組合物磨細(xì)切碎為1～2mm的碎?；蛩闂U；b、磁選篩分去除金屬異物，粒徑2mm以上的碎粒或碎桿返回再進(jìn)一步切碎；
c、干燥，超細(xì)粉碎成超細(xì)纖維粉體；d、38～41.6％超細(xì)纖維粉體和3％著色劑混合；e、在高速攪拌捏合機(jī)內(nèi)以700～900rpm沖擊粉碎，高循環(huán)碰撞，160℃高溫干燥至含水率在1％以下；f、加入25％超細(xì)礦石粉和27～30％廢舊塑料再生料及助劑，在高速攪拌捏合機(jī)內(nèi)以600～700rpm，170～180℃高溫下熔融攪拌；g、在高速攪拌捏合機(jī)內(nèi)以200～400rpm，170～180℃高溫下混煉攪拌；h、送入冷卻攪拌機(jī)，以400～600rpm冷卻攪拌；i、粉碎成顆粒狀木質(zhì)復(fù)合粒料；j、由擠出機(jī)經(jīng)由成型模具擠壓，熱塑充填，冷卻結(jié)晶，定尺鋸裁、沙光，制成成品。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述的顆粒狀木質(zhì)復(fù)合材料粒徑在5mm以下。
所述的超細(xì)纖維粉體，其粒徑為100μm～125μm，含水率在5％以下，由農(nóng)作物秸稈或木屑或樹枝或堅果殼或竹子中的一種或其組合物經(jīng)磨細(xì)制成。
所述的廢舊塑料再生料為熔體指數(shù)MFR在2～8g/10min的聚丙烯PP再生料或聚乙烯PE再生料。
所述的塑料成型用偶聯(lián)劑為由酸酐接枝的乙烯基共聚物或甲基丙烯酸接枝共聚物。
本發(fā)明的有益效果是1、原材料不僅可用木材和木材廢棄物，還擴(kuò)大到使用農(nóng)作物秸稈、堅果殼、竹子領(lǐng)域，來源廣泛且資源可再生循環(huán)利用；2、使用超細(xì)礦石粉，避免了樹脂收縮產(chǎn)生的尺寸不穩(wěn)定性，增強(qiáng)了復(fù)合材料的耐化學(xué)性能，避免了纖維顆粒燒失問題，應(yīng)用超細(xì)粉體的比表面積和表面能特性，使復(fù)合材料的密度提高一倍以上、強(qiáng)度和硬度提高15％以上；3、纖維粉和礦石粉均采用了超細(xì)最佳粒徑和顆粒級配，不僅構(gòu)筑了粗、細(xì)骨料效果和拉筋效果，而且超細(xì)粉體獨特的比表面積和表面能可以與樹脂交聯(lián)酯化和分子鍵能化，使得材料成型后，材料交聯(lián)體為網(wǎng)絡(luò)填充密實結(jié)構(gòu)，由此得到材料內(nèi)部應(yīng)力由點到線再由線到面的合理傳遞和分散；4、材料成型方法防止了粉體纖維燒失問題并將原聚集粉體粉碎為非聚集粉體，使得樹脂融溶包裹粉體表面更充分和更完全；5、成型所得的再生木質(zhì)復(fù)合材料型材其含水率小于0.1％且不吸濕，材質(zhì)均勻且內(nèi)應(yīng)力傳遞穩(wěn)定可靠。
具體實施例方式
一、原材料準(zhǔn)備1、超細(xì)纖維粉體由農(nóng)作物秸稈或木屑或樹枝或堅果殼或竹子為原材料，經(jīng)經(jīng)切碎、干燥、超磨細(xì)工序，形成的粒經(jīng)為100～125μm、含水率在5％以下的粉體；2、超細(xì)礦石粉細(xì)度粒經(jīng)為15μm以下的磨細(xì)滑石粉或磨細(xì)高嶺土，控制使用技術(shù)參數(shù)為二氧化硅SiO2含量在60％以上、燒失率為8％以下；3、廢舊塑料再生料聚丙烯PP再生料或聚乙烯PE再生料，控制使用技術(shù)參數(shù)為熔體指數(shù)MFR＝2～8g/100min、溶化溫度為145℃以上、熱解溫度為170～220℃；4、塑料成型用偶聯(lián)劑由酸酐接枝或甲基丙烯酸接枝的乙烯基共聚物，控制使用技術(shù)參數(shù)為分子量為30000、軟化點為145℃，使用量為0.5～5％。
5、其他助劑成型用助劑乙撐雙硬脂酸胺EBS，平均熔點為165℃；著色劑TCA鈦白復(fù)合顏料或氧化鐵或鉻酸鉛鹽。
上述的廢舊塑料再生料、酸酐接枝或甲基丙烯酸接枝的乙烯基、超細(xì)礦石粉、助劑均可從專業(yè)生產(chǎn)廠或市場購買。
二、機(jī)械設(shè)備高速攪拌捏合機(jī)、冷卻攪拌機(jī)、刀片式粉碎機(jī)、磁選式篩分機(jī)、強(qiáng)力切碎機(jī)等，均可從專業(yè)生產(chǎn)廠購買。
上述的高速攪拌捏合機(jī)的內(nèi)攪拌系統(tǒng)裝有四層專用攪拌葉片；其底層是AO型葉片，使用功能為無死角出料；底數(shù)二層是SR型葉片，使用功能為粉碎；底數(shù)三層是SO型葉片，使用功能為高循環(huán)、高載荷；頂層是PO型葉片，使用功能為融溶。
三、再生木質(zhì)復(fù)合材料的制備1、切碎將農(nóng)作物秸稈或木屑或樹枝或堅果殼或竹子或其組合，用強(qiáng)力切碎機(jī)切碎為1～2mm的碎粒或碎桿；2、磁選篩分將上述碎?；蛩闂U裝入磁選式篩分機(jī)，經(jīng)由磁濾輸送帶去除金屬異物；由往復(fù)篩篩除出粒徑2mm以上的碎粒或碎桿，經(jīng)輸送帶返回到切碎機(jī)再次切碎，篩余后粒徑2mm以下的碎?；蛩闂U進(jìn)入下道工序；3、干燥和超細(xì)粉碎將上述碎?；蛩闂U干燥并超細(xì)粉碎。干燥使用熱風(fēng)介質(zhì)，送風(fēng)口溫度控制在140～160℃，引風(fēng)口溫度控制為50～70℃，出料口溫度控制在60～80℃，螺旋式給料機(jī)轉(zhuǎn)速控制在300～500rpm；用機(jī)外篩分二次磨細(xì)配套系統(tǒng)進(jìn)行超細(xì)粉碎，得到含水率降至5％以下、粒徑為100～125μm的超細(xì)纖維粉體；
4、一級混和料干燥攪拌將占重量配合比為38～41.6％的上述超細(xì)纖維粉體和3％的著色劑混合為一級混和料，裝入高速攪拌捏合機(jī)內(nèi)以700～900rpm高速旋轉(zhuǎn)15～20分鐘，依靠高速攪拌捏合機(jī)的SR型葉片和SO型葉片的作用，使一級混和料在沖擊粉碎和高循環(huán)碰撞力中產(chǎn)生160℃高溫，高溫產(chǎn)生的蒸汽通過高速攪拌捏合機(jī)上部排氣孔過濾排出，將其含水率由5％降至0.1％以下，得到41～44.6％干燥的非聚集性一級混和料；5、融溶攪拌在上述條件下，暫時停止攪拌30秒并保持混和料溫度下降少于10℃，裝入25％的超細(xì)礦石粉和27～30％的廢舊塑料再生料及塑料成型用偶聯(lián)劑，30秒內(nèi)再次啟動高速攪拌捏合機(jī)，以600～700rpm高速旋轉(zhuǎn)10分鐘，依靠高速攪拌捏合機(jī)的SR型葉片和PO型葉片作用，使廢舊塑料再生料在170～180℃中融化，并在高循環(huán)力的作用下酯化和表能化地包裹于超細(xì)纖維粉體表面和超細(xì)礦石粉表面；6、混煉攪拌在上述條件下，調(diào)整高速攪拌捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為200～400rpm攪拌4～8分種，控制溫度仍為170～180℃；在高速攪拌捏合機(jī)PO型葉片作用下，經(jīng)廢舊塑料包裹的超細(xì)纖維粉體與經(jīng)廢舊塑料包裹的超細(xì)礦石粉產(chǎn)生聚集，得到高溫膠凝狀的再生木質(zhì)合成料；然后打開排出氣閥，在AO型葉片作用下，高速攪拌捏合機(jī)內(nèi)的高溫膠凝狀合成料被排放入冷卻攪拌機(jī)；7、冷卻攪拌在上述混煉攪拌的同時，將冷卻攪拌機(jī)啟動并提速到400～600rpm；待高溫凝膠狀的再生木質(zhì)合成料被排入到壁箱水套式冷卻攪拌機(jī)內(nèi)后，同時啟動冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，冷卻水的控制溫度為進(jìn)水口溫度為20℃、出水口溫度為35℃以下，冷卻水壓力控制為0.3～0.5Mpa，進(jìn)行冷卻攪拌15～20分種，在冷卻攪拌機(jī)SR型葉片和冷媒體作用下，再生木質(zhì)合成料逐漸從180℃下降為120℃并凝結(jié)成膠粘塊狀，再由120℃下降到80℃時完全硬化，經(jīng)冷卻攪拌機(jī)SR型葉片的切割，得到徑向小于2.5mm～5mm、厚度小于5mm的塊料，然后在冷卻攪拌機(jī)的人工觀察孔觀察物料達(dá)到塊料標(biāo)準(zhǔn)時，打開冷卻攪拌機(jī)的排出氣閥，塊料在冷卻攪拌機(jī)的AO葉片作用下自動排出到集料盤；8、粒料粉碎將上述得到的冷卻塊料，裝入刀片式切粒機(jī)料斗，粉碎機(jī)通過刀片式切割滾將塊料自動粉碎，符合粒徑的顆粒經(jīng)粉碎機(jī)下部設(shè)有的孔徑為5mm的篩網(wǎng)流出到集料箱，得到所需的0.5～5mm粒徑的不規(guī)則體形的顆粒狀木質(zhì)復(fù)合材料。
四、再生木質(zhì)復(fù)合材料木塑型材的成型將上述得到的顆粒狀木質(zhì)復(fù)合材料作為原料，放入保溫干燥機(jī)內(nèi)干燥機(jī)設(shè)定的熱風(fēng)溫度為80～85℃；同時將雙螺桿擠出機(jī)升溫到160～185℃，成型模具溫度升溫在160℃以上；然后將原料從保溫干燥機(jī)內(nèi)取出投入雙螺桿擠出機(jī)料斗，啟動擠出機(jī)并調(diào)整擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力進(jìn)入成型過程，擠出機(jī)的最高溫度控制在195℃以下；擠出機(jī)料斗內(nèi)的物料被擠出機(jī)螺桿運動送入螺桿筒腔，經(jīng)擠出機(jī)的加熱裝置和螺桿槽變化的作用，隨螺桿軸向移動的物料在螺桿擠出機(jī)內(nèi)完成壓縮排氣、加熱軟化、熱塑密實的過程，再由擠出機(jī)螺桿運動產(chǎn)生的推力將熱塑密實的物料通過連接空腔法蘭擠入成型模具；熱塑密實的物料在成型模具內(nèi)仍以移動方式完成充填、熱塑成型、冷卻結(jié)晶過程并得到木塑型材坯料，繼續(xù)在擠出機(jī)連續(xù)擠推的工作過程中出模，得到同一截面形狀和任意長度的木塑型材成型坯料；最后經(jīng)定尺鋸裁、沙光，得到與天然木材木紋理一致的木塑型材。
上述的成型過程是一個連續(xù)的機(jī)械設(shè)備工作過程，人工操作僅為監(jiān)視設(shè)備配套的顯示屏進(jìn)行觸摸式參數(shù)調(diào)整，擠出機(jī)的加溫和降溫將會自動調(diào)整到控制要求。
上述的成型模具是由充填空腔、內(nèi)胎芯模、外殼組成通道式模具，按照作用功能和溫度的界限，理論上劃分為充填區(qū)、熱塑成型區(qū)、冷卻結(jié)晶區(qū)；充填區(qū)和熱塑成型區(qū)段溫度控制在185～175℃，冷卻結(jié)晶區(qū)的溫度控制在175℃遞降到65℃；充填區(qū)和熱塑成型區(qū)配有電極對模具進(jìn)行加熱，通過顯示屏觀察溫度變化并根據(jù)需要隨時觸摸顯示屏調(diào)整溫度；冷卻結(jié)晶區(qū)配有內(nèi)循環(huán)冷卻水孔道，接駁外部循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行；模具溫度的調(diào)整是通過顯示屏觀察溫度變化，根據(jù)需要隨時開、閉設(shè)在模具臺車側(cè)方的冷卻水閥門調(diào)整溫度。
上述的定尺鋸裁、沙光是采用目前市場成熟的木工加工機(jī)械完成。
權(quán)利要求
1.一種再生木質(zhì)復(fù)合材料，由超細(xì)纖維粉體、超細(xì)礦石粉、廢舊塑料再生料、塑料成型用偶聯(lián)劑組合而成，其特征在于其制備方法為(各組份按重量百分比計)a、38～41.6％超細(xì)纖維粉體與3％著色劑混合；b、沖擊粉碎，高循環(huán)碰撞，干燥至含水率在1％以下；c、加入25％超細(xì)礦石粉和27～30％廢舊塑料再生料及塑料成型用偶聯(lián)劑；d、熔融攪拌；e、混煉攪拌；e、冷卻攪拌；f、粒料粉碎，制成成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種再生木質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于成品為粒徑在5mm以下的顆粒狀木質(zhì)復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種再生木質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于所述的超細(xì)纖維粉體，其粒徑為100μm～125μm，含水率在5％以下，由農(nóng)作物秸稈或木屑或樹枝或堅果殼或竹子中的一種或其組合物經(jīng)磨細(xì)制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種再生木質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于所述的廢舊塑料再生料為熔體指數(shù)MFR在2～8g/10min的聚丙烯再生料或聚乙烯再生料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種再生木質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于所述的塑料成型用偶聯(lián)劑為由酸酐接枝的乙烯基共聚物或甲基丙烯酸接枝共聚物。
6.一種用權(quán)利要求1再生木質(zhì)復(fù)合材料成型的木塑型材，其特征在于其制作工藝為(各組份按重量百分比計)a、將農(nóng)作物秸稈或木屑或樹枝或堅果殼或竹子中的一種或其組合物磨細(xì)切碎為1～2mm的碎?；蛩闂U；b、磁選篩分去除金屬異物，粒徑2mm以上的碎?；蛩闂U返回再進(jìn)一步切碎；c、干燥，超細(xì)粉碎成超細(xì)纖維粉體；d、38～41.6％超細(xì)纖維粉體和3％著色劑混合；e、在高速攪拌捏合機(jī)內(nèi)以700～900rpm沖擊粉碎，高循環(huán)碰撞，160℃高溫干燥至含水率在1％以下；f、加入25％超細(xì)礦石粉和27～30％廢舊塑料再生料及助劑，在高速攪拌捏合機(jī)內(nèi)以600～700rpm，170～180℃高溫下熔融攪拌；g、在高速攪拌捏合機(jī)內(nèi)以200～400rpm，170～180℃高溫下混煉攪拌；h、送入冷卻攪拌機(jī)，以400～600rpm冷卻攪拌；i、粉碎成顆粒狀木質(zhì)復(fù)合粒料；j、由擠出機(jī)經(jīng)由成型模具擠壓，熱塑充填，冷卻結(jié)晶，定尺鋸裁、沙光，制成成品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用再生木質(zhì)復(fù)合材料成型的木塑型材，其特征在于顆粒狀木質(zhì)復(fù)合材料粒徑在5mm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用再生木質(zhì)復(fù)合材料成型的木塑型材，其特征在于所述的超細(xì)纖維粉體，其粒徑為100μm～125μm，含水率在5％以下，由農(nóng)作物秸稈或木屑或樹枝或堅果殼或竹子中的一種或其組合物經(jīng)磨細(xì)制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用再生木質(zhì)復(fù)合材料成型的木塑型材，其特征在于所述的廢舊塑料再生料為熔體指數(shù)MFR在2～8g/10min的聚丙烯再生料或聚乙烯再生料。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用再生木質(zhì)復(fù)合材料成型的木塑型材，其特征在于所述的塑料成型用偶聯(lián)劑為由酸酐接枝的乙烯基共聚物或甲基丙烯酸接枝共聚物。
全文摘要
一種再生木質(zhì)復(fù)合材料，由超細(xì)纖維粉體、超細(xì)礦石粉、廢舊塑料再生料、塑料成型用偶聯(lián)劑組合而成，其中，其制備方法為(各組份按重量百分比計)38～41.6％超細(xì)纖維粉體與3％著色劑混合；沖擊粉碎，高循環(huán)碰撞，干燥至含水率在1％以下；加入25％超細(xì)礦石粉和27～30％廢舊塑料再生料及塑料成型用偶聯(lián)劑；熔融攪拌；混煉攪拌；冷卻攪拌；粒料粉碎，制成成品。本發(fā)明的優(yōu)點是可用其制成木塑型材，原材料來源廣泛且資源可再生循環(huán)利用。
文檔編號B27N1/02GK1915624SQ20061003067
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月31日
發(fā)明者(要求不公開姓名) 申請人:(不公布姓名), 鄒建平