一種高強度木塑復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強度木塑復(fù)合材料及其制備方法，所述的高強度木塑復(fù)合材料包括木質(zhì)、非木質(zhì)或竹材纖維增強塑料復(fù)合材料，所述的木質(zhì)、非木質(zhì)或竹材纖維質(zhì)量百分比為5~80%，其余為塑料。所述的制備方法包括前處理、蒸煮、纖維制備、混合、擠壓或平壓步驟。本發(fā)明將木質(zhì)原料、非木質(zhì)原料或竹材制備成纖維狀原料，本發(fā)明產(chǎn)品具有密度低、強度高、抗沖擊性、承重性能好和可循環(huán)利用、重復(fù)利用、再加工性好的特性。本發(fā)明能顯著節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，而且有效減小現(xiàn)有木塑復(fù)合材料的密度和厚度，為推動木塑復(fù)合材料的快速發(fā)展，發(fā)展新型高強度、輕質(zhì)、超薄木塑復(fù)合材料和建立資源節(jié)約型社會奠定基礎(chǔ)。
【專利說明】一種高強度木塑復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，進(jìn)一步屬于木塑復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高強度木塑復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木塑復(fù)合材料具有木質(zhì)材料和塑料的雙重特性，可以被廣泛的應(yīng)用于制備室內(nèi)和室外的家具，墻體材料，結(jié)構(gòu)材料，汽車擋板等，是一種新型的材料。但木質(zhì)材料是一種極性材料而樹酯(包括聚乙烯、聚丙烯、高密度聚丙烯和聚氯乙烯等)是一種非極性材料，為了制備出性能更優(yōu)的木塑復(fù)合材料，目前國內(nèi)外眾多科研工作者都圍繞改善木塑復(fù)合材料的界面相容性或利用無機纖維增強而進(jìn)行；這些研究包括在木塑復(fù)合材料中添加偶聯(lián)劑、螯合劑以改善木質(zhì)材料與樹脂之間的界面相容性或者利用物理化學(xué)的方法來處理木質(zhì)材料的表面，以提高木質(zhì)材料和樹脂之間的界面相容性和木塑復(fù)合材料的物理力學(xué)性能或者利用玻璃纖維、石棉纖維、玄武巖纖維、碳纖維等作為增強材料來制備高強度木塑復(fù)合材料。但目前采用的木纖維多采用粉狀的木粉或者麻類的韌皮長纖維被用于制備木塑復(fù)合材料，其中韌皮長纖維增強的木塑復(fù)合材料通常被用來制備結(jié)構(gòu)材料或者汽車擋板。
[0003]當(dāng)利用木粉制備木塑復(fù)合材料時，通常將塑料也制備成粉狀，使塑料粉和木粉可以均勻的進(jìn)行混合；當(dāng)利用韌皮型長纖維來制備木塑復(fù)合材料時，則將長纖維織成布、紡成紗，然后將塑料制備成薄膜或抽絲進(jìn)行層壓或纏繞，以解決塑料和纖維無法混合均勻的問題。如果將木質(zhì)或非木質(zhì)材料制備成纖維狀以取代現(xiàn)有的粉狀木纖維，既可以起到填充作用，還可以發(fā)揮木纖維自身的力學(xué)性能，為制備出高強度的纖維增強型木塑復(fù)合材料奠定基礎(chǔ)。
[0004]如果將木質(zhì)原料或非木質(zhì)原料制備成纖維狀，則該材料既不能很好的與粉狀塑料進(jìn)行混合也不能很好的與薄膜狀或絲狀的塑料進(jìn)行混合，所以在利用短纖維制備木塑復(fù)合材料時，不僅需要解決木質(zhì)材料與塑料之間的相容性，短纖維在塑料中的分散性也需要很好的解決，才能制備出性能優(yōu)良的復(fù)合材料；目前有研究者借鑒橡膠的制備工藝采用密煉法進(jìn)行共混，但并沒有將這兩個關(guān)鍵問題很好的進(jìn)行解決。因此，開發(fā)一種能解決上述兩個關(guān)鍵問題的木塑復(fù)合材料是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一目的在于提供一種高強度木塑復(fù)合材料；第二目的在于提供所述高強度木塑復(fù)合材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的第一目的是這樣實現(xiàn)的，所述的高強度木塑復(fù)合材料包括木質(zhì)、非木質(zhì)或竹材纖維增強塑料制備高強度木塑復(fù)合材料，所述的木質(zhì)、非木質(zhì)或竹材纖維質(zhì)量百分比為5~80%，其余為塑料。
[0007]本發(fā)明的第二目的是這樣實現(xiàn)的，包括原料前處理、蒸煮、纖維制備、混合成型步驟，具體包括:A、前處理:調(diào)節(jié)木質(zhì)原料、非木質(zhì)原料或竹材含水率至30飛0%，經(jīng)削片機制成長度18~20mm,寬度15~18mm,厚度4~5mm的木片、非木質(zhì)原料碎料備用；
B、蒸煮:將經(jīng)前處理后的木質(zhì)原料木片、非木質(zhì)原料碎料或竹材竹片在溫度10(Tl80°C下蒸煮 15~120min ；
C、纖維制備:將蒸煮好的木片、非木質(zhì)原料碎料或竹材竹片進(jìn)行熱磨制備纖維，將分離的纖維進(jìn)行干燥；
D、混合成型:將干燥后的纖維與塑料按配方進(jìn)行混合得到纖維與塑料的混合物，經(jīng)成型后得到目標(biāo)復(fù)合材料。
[0008]本發(fā)明利用纖維狀的木質(zhì)或非木質(zhì)材料作為木塑復(fù)合材料的填充劑以制備出物理力學(xué)性能優(yōu)異的木塑復(fù)合材料。既克服利用生物質(zhì)材料粉狀顆粒無法制備出力學(xué)性能較高的木塑復(fù)合材料，又可以擴大纖維增強性木塑復(fù)合材料的纖維來源；還可以提高木質(zhì)材料和非木質(zhì)材料的利用率和利用價值。本發(fā)明將木質(zhì)原料、非木質(zhì)原料或竹材制備成纖維狀原料，替代現(xiàn)有木塑復(fù)合材料制備過程中使用的粉狀纖維、韌皮長纖維、無機纖維等；與同類木塑復(fù)合材料相比，該產(chǎn)品具有密度低、強度高、承重性能好的特性，可用于制備家具、墻體、木門、包裝箱、汽車擋板等領(lǐng)域。該技術(shù)的實施不僅能顯著節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，而且有效減小現(xiàn)有木塑復(fù)合材料的密度和厚度，為推動木塑復(fù)合材料的快速發(fā)展，發(fā)展新型高強度、輕質(zhì)、超薄木塑復(fù)合材料和建立資源節(jié)約型社會奠定基礎(chǔ)。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明教導(dǎo)所作的任何變換或替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0011]本發(fā)明所述的高強度木塑復(fù)合材料包括木質(zhì)、非木質(zhì)或竹材纖維和塑料，所述的木質(zhì)、非木質(zhì)或竹材纖維質(zhì)量百分比為5~80%，其余為塑料。
[0012]所述的高強度木塑復(fù)合材料還包括質(zhì)量百分比0.no%的偶聯(lián)劑和質(zhì)量百分比I~10%的潤滑劑。
[0013]所述的塑料是熱塑性塑料，為聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯中的一種。
[0014]所述的偶聯(lián)劑為乙酸酯、馬來酸酐、硅烷、異氰酸鹽、過氧化異丙苯、鋁酸酯、乙烯-丙烯酸酯、鈦酸酯、磷酸酯、鎂類偶聯(lián)劑、錫類偶聯(lián)劑或鉻合物中的一種。
[0015]所述的潤滑劑為硬膽酸鋅、碳酸鈣、乙撐雙脂肪酸酰胺、聚酯蠟、硬脂酸、硬脂酸鉛、聚乙烯蠟、石蠟、氧化聚乙烯蠟中的一種；優(yōu)選碳酸鈣(CaCO3)。
[0016]本發(fā)明所述的高強度木塑復(fù)合材料的制備方法，包括前處理、蒸煮、纖維制備、混合成型步驟，具體包括:
A、前處理:調(diào)節(jié)木質(zhì)原料、非木質(zhì)原料或竹材含水率至30飛0%，經(jīng)削片機制成長度18~20mm,寬度15"l8mm,厚度4~5mm的木片、非木質(zhì)原料碎料備用；
B、蒸煮:將經(jīng)前處理后的木質(zhì)原料木片、非木質(zhì)原料碎料或竹材竹片在溫度10(Tl80°C下蒸煮 15~120min ；C、纖維制備:將蒸煮好的木質(zhì)原料片、非木質(zhì)原料碎料或竹材竹片進(jìn)行熱磨制備纖維，將分離的纖維進(jìn)行干燥；
D、混合成型:將干燥后的纖維與塑料按配方進(jìn)行混合得到纖維與塑料的混合物，經(jīng)成型后得到目標(biāo)復(fù)合材料。
[0017]B步驟所述的熱磨為利用高濃度盤磨機進(jìn)行熱磨。
[0018]C步驟所述的干燥是在13(Tl70°C下干燥至含水率為(Tl%。
[0019]所述的成型為利用平壓、擠壓或模壓法將所述的木材、竹材或農(nóng)作物秸桿纖維與塑料的混合物在11(T180°C條件下進(jìn)行成型，得到目標(biāo)復(fù)合材料。
[0020]本發(fā)明所述一種高強度木塑復(fù)合材料的制備方法為所述的利用纖維狀木質(zhì)材料替代木粉制備木塑復(fù)合材料的一種方法。
[0021]所述的一種高強度木塑復(fù)合材料的制備方法，其制備方法為利用平壓、擠壓或模壓法將所述的高強度木塑復(fù)合材料在11(T180°C條件下進(jìn)行成型，產(chǎn)品的密度為
0.7(Tl.50g/cm3，產(chǎn)品厚度為6~30mm，成型時間為3(T90s/mm ;將利用平壓法或模壓法成型后的板材，利用冷壓機進(jìn)行二次成型，并利用冷卻水進(jìn)行冷卻，直至產(chǎn)品定型為止，將利用擠壓成型的板材直接利用冷卻水進(jìn)行冷卻，使產(chǎn)品冷卻定型。
[0022]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:首創(chuàng)性地將木質(zhì)原料、非木質(zhì)原料或竹材制備成纖維狀原料，替代現(xiàn)有木塑復(fù)合材料制備過程中使用的粉狀纖維、韌皮長纖維、無機纖維等；與同類木塑復(fù)合材料相比，該產(chǎn)品具有密度低、強度高、承重性能好的特性，可用于制備家具、墻體、木門、包裝箱、汽車擋板等領(lǐng)域。該技術(shù)的實施不僅能顯著節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，而且有效減小現(xiàn)有木塑復(fù)合材料的密度和厚度，為推動木塑復(fù)合材料的快速發(fā)展，發(fā)展新型高強度、輕質(zhì)、超薄木塑復(fù)合材料和建立資源節(jié)約型社會奠定基礎(chǔ)。
[0023]下面以部分具體實施例`對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明:
實施例1 ——制備思茅松纖維增強型聚丙烯基復(fù)合材料
以思茅松作為木塑復(fù)合材料的增強材料制備聚丙烯基復(fù)合材料。(I)調(diào)節(jié)思茅松木材和枝丫材含水率至30~50%，然后經(jīng)削片機制成長度18~20mm，寬度15~18mm，厚度4~5mm的木片；經(jīng)篩選除去尺寸不合格的木片后，備用；(2)原料蒸煮:在溫度180°C條件下將木木片進(jìn)行蒸煮，蒸煮時間為15min ；(3)纖維制備:利用高濃度盤磨機對蒸煮好的思茅松木片進(jìn)行熱磨，以制備纖維，將分離好的纖維在130°C條件下進(jìn)行干燥，干燥至含水率為0-1%。(4)原料混合:將干燥后的纖維與聚丙烯塑料進(jìn)行混合，纖維的添加量為50%，偶聯(lián)劑乙酸酯的添加量為5%，潤滑劑碳酸鈣的添加量為5%。(5)板材成型:利用平壓法將纖維、塑料、偶聯(lián)劑和潤滑劑的混合物進(jìn)行成型，成型溫度為180°C，產(chǎn)品的密度為0.70g/cm3,板材厚度為IOmm,成型時間30s/mm。(6)板材后處理:將利用平壓法成型后的板材,利用冷壓機進(jìn)行二次成型，并利用冷卻水進(jìn)行冷卻，直至產(chǎn)品定型。對成品板材進(jìn)行性能測定；測試結(jié)果見表1所示。
[0024]實施例2 ——制備思茅松纖維增強型聚乙烯基復(fù)合材料
以思茅松作為木塑復(fù)合材料的增強材料制備聚乙烯基復(fù)合材料。(I)調(diào)節(jié)思茅松木材和枝丫材含水率至30~50%，然后經(jīng)削片機制成長度18~20mm，寬度15~18mm，厚度4~5_的木片；經(jīng)篩選除去尺寸不合格的木片后，備用；(2)原料蒸煮:在溫度100°C條件下將木木片進(jìn)行蒸煮，蒸煮時間為120min ;(3)纖維制備:利用高濃度盤磨機對蒸煮好的思茅松木片進(jìn)行熱磨，以制備纖維，將分離好的纖維在170°C條件下進(jìn)行干燥，干燥至含水率為(Tl%。(4)原料混合:將干燥后的纖維與聚乙烯塑料進(jìn)行混合，纖維的添加量為30%，其余為聚乙烯塑料。(5)板材成型:利用平壓法將纖維、塑料進(jìn)行成型，成型溫度為180°C，產(chǎn)品的密度為0.90g/cm3,板材厚度為30mm,成型時間90s/mm。(6)板材后處理:將利用平壓法成型后的板材，利用冷壓機進(jìn)行二次成型，并利用冷卻水進(jìn)行冷卻，直至產(chǎn)品定型。對成品板材進(jìn)行性能測定；測試結(jié)果見表1所示。
[0025]實施例3 ——制備思茅松纖維增強型聚氯乙烯基復(fù)合材料
以思茅松作為木塑復(fù)合材料的增強材料制備聚氯乙烯基復(fù)合材料。(I)調(diào)節(jié)思茅松木材和枝丫材含水率至30~50%，然后經(jīng)削片機制成長度18~20mm，寬度15~18mm，厚度4~5mm的木片；經(jīng)篩選除去尺寸不合格的木片后，備用；(2)原料蒸煮:在溫度150°C條件下將木片進(jìn)行蒸煮，蒸煮時間為SOmin ; (3)纖維制備:利用高濃度盤磨機對蒸煮好的思茅松木片進(jìn)行熱磨，以制備纖維，將分離好的纖維在160°C條件下進(jìn)行干燥，干燥至含水率為(Tl%。(4)原料混合:將干燥后的纖維與聚氯乙烯塑料進(jìn)行混合，纖維的添加量為5%，偶聯(lián)劑馬來酸酐的添加量為10%，潤滑劑碳酸鈣的添加量為1%。(5)板材成型:利用平壓法將纖維、塑料、偶聯(lián)劑和潤滑劑的混合物進(jìn)行成型，成型溫度為150°C，產(chǎn)品的密度為l.0g/cm3，板材厚度為IOmm,成型時間30s/mm。(6)板材后處理:將利用平壓法成型后的板材,利用冷壓機進(jìn)行二次成型，并利用冷卻水進(jìn)行冷卻，直至產(chǎn)品定型。對成品板材進(jìn)行性能測定；測試結(jié)果見表1所示。
[0026]實施例4 ——制備竹材纖維增強型聚丙烯基復(fù)合材料
以竹材作為木塑復(fù)合材料 的增強材料制備聚丙烯基復(fù)合材料。(I)調(diào)節(jié)竹材和枝丫竹材含水率至30~50%,然后經(jīng)削片機制成長度18~20mm,寬度15~18mm,厚度4~5mm的竹片；經(jīng)篩選除去尺寸不合格的竹片后，備用；(2)原料蒸煮:在溫度120°C條件下將竹片進(jìn)行蒸煮，蒸煮時間為90min ;(3)纖維制備:利用高濃度盤磨機對蒸煮好的竹片進(jìn)行熱磨，以制備纖維，將分離好的纖維在140°C條件下進(jìn)行干燥，干燥至含水率為(Tl%。(4)原料混合:將干燥后的纖維與聚丙烯塑料進(jìn)行混合，纖維的添加量為80%，其余為聚丙烯塑料。(5)板材成型:利用平壓法將纖維、塑料的混合物進(jìn)行成型，成型溫度為180°C，產(chǎn)品的密度為
0.75g/cm3,板材厚度為6mm,成型時間30s/mm。(6)板材后處理:將利用平壓法成型后的板材，利用冷壓機進(jìn)行二次成型，并利用冷卻水進(jìn)行冷卻，直至產(chǎn)品定型。對成品板材進(jìn)行性能測定；測試結(jié)果見表1所示。
[0027]實施例5 ——制備工業(yè)大麻桿纖維增強型聚氯乙烯基復(fù)合材料
以工業(yè)大麻桿作為木塑復(fù)合材料的增強材料制備聚氯乙烯基復(fù)合材料。(I)調(diào)節(jié)工業(yè)大麻桿含水率至30~50%，然后經(jīng)削片機制成粉料；經(jīng)篩選，備用；(2)原料蒸煮:在溫度110°C條件下將工業(yè)大麻桿進(jìn)行蒸煮，蒸煮時間為IOOmin ; (3)纖維制備:利用高濃度盤磨機對蒸煮好的工業(yè)大麻桿進(jìn)行熱磨，以制備纖維，將分離好的纖維在160°C條件下進(jìn)行干燥，干燥至含水率為(Tl%。(4)原料混合:將干燥后的纖維與聚氯乙烯塑料進(jìn)行混合，纖維的添加量為20%，偶聯(lián)劑硅烷的添加量為0.1%，潤滑劑碳酸鈣的添加量為5%。(5)板材成型:利用平壓法將纖維、塑料、偶聯(lián)劑和潤滑劑的混合物進(jìn)行成型，成型溫度為130°C，產(chǎn)品的密度為0.80g/cm3,板材厚度為20mm,成型時間60s/mm。(6)板材后處理:將利用平壓法成型后的板材，利用冷壓機進(jìn)行二次成型，并利用冷卻水進(jìn)行冷卻，直至產(chǎn)品定型。對成品板材進(jìn)行性能測定；測試結(jié)果見表1所示。
[0028]實施例6 ——制備稻草纖維增強型聚丙烯基復(fù)合材料
以稻草纖維作為木塑復(fù)合材料的增強材料制備聚丙烯基復(fù)合材料。(I)調(diào)節(jié)稻草纖維含水率至30~50%，然后經(jīng)削片機制成碎料，經(jīng)篩選，備用；(2)原料蒸煮:在溫度130°C條件下將稻草纖維進(jìn)行蒸煮，蒸煮時間為40min ;(3)纖維制備:利用高濃度盤磨機對蒸煮好的稻草纖維進(jìn)行熱磨，以制備纖維，將分離好的纖維在180°C條件下進(jìn)行干燥，干燥至含水率為(Tl%。(4)原料混合:將干燥后的纖維與聚丙烯塑料進(jìn)行混合，纖維的添加量為50%，偶聯(lián)劑馬來酸酐的添加量為5%，潤滑劑碳酸鈣的添加量為10%。(5)板材成型:利用平壓法將纖維、塑料、偶聯(lián)劑和潤滑劑的混合物進(jìn)行成型，成型溫度為150°C，產(chǎn)品的密度為0.1Qg/cm3,板材厚度為15mm,成型時間50s/mm。(6)板材后處理:將利用平壓法成型后的板材,利用冷壓機進(jìn)行二次成型，并利用冷卻水進(jìn)行冷卻，直至產(chǎn)品定型。對成品板材進(jìn)行性能測定；測試結(jié)果見表1所示。
[0029]表1
【權(quán)利要求】
1.一種高強度木塑復(fù)合材料，其特征在于所述的高強度木塑復(fù)合材料包括木質(zhì)、非木質(zhì)或竹材纖維增強塑料復(fù)合材料，所述的木質(zhì)、非木質(zhì)或竹材纖維質(zhì)量百分比為5~80%，其余為塑料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度木塑復(fù)合材料，其特征在于所述的高強度木塑復(fù)合材料還包括質(zhì)量百分比0.no%的偶聯(lián)劑和質(zhì)量百分比廣io%的潤滑劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度木塑復(fù)合材料，其特征在于所述的塑料是熱塑性塑料，為聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強度木塑復(fù)合材料，其特征在于所述的偶聯(lián)劑為乙酸酯、馬來酸酐、硅烷、異氰酸鹽、過氧化異丙苯、鋁酸酯、乙烯-丙烯酸酯、鈦酸酯、磷酸酯、鎂類偶聯(lián)劑、錫類偶聯(lián)劑或鉻絡(luò)合物中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強度木塑復(fù)合材料，其特征在于所述的潤滑劑為硬膽酸鋅、碳酸鈣、聚酯蠟、硬脂酸、硬脂酸鉛、聚乙烯蠟、石蠟、氧化聚乙烯蠟中的一種。
6.一種權(quán)利要求1飛任一所述的高強度木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括前處理、蒸煮、纖維制備、混合成型步驟，具體包括: A、前處理:調(diào)節(jié)木質(zhì)原料、非木質(zhì)原料或竹材含水率至30飛0%，經(jīng)削片機制成長度18~20mm,寬度厚度4~5mm的木片、竹片、非木質(zhì)原料碎料備用； B、蒸煮:將經(jīng)前處理后的木質(zhì)原料木片、 非木質(zhì)原料碎料或竹材竹片在溫度10(Tl80°C下蒸煮 15~120min ； C、纖維制備:將蒸煮好的木質(zhì)原料木片、非木質(zhì)原料碎料或竹材竹片進(jìn)行熱磨制備纖維，將分離的纖維進(jìn)行干燥； D、混合成型:將干燥后的纖維與塑料按配方進(jìn)行混合得到纖維與塑料的混合物，經(jīng)成型后得到目標(biāo)復(fù)合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于B步驟所述的熱磨為利用高濃度盤磨機進(jìn)行熱磨。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于C步驟所述的干燥是在13(T170°C下干燥至含水率為(Tl%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述的成型為利用平壓、擠壓或模壓法將所述的木材、竹材或農(nóng)作物秸桿纖維與塑料的混合物在11(T180°C條件下進(jìn)行成型，得到目標(biāo)復(fù)合材料。
【文檔編號】C08L27/06GK103613945SQ201310597289
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】吳章康, 杜官本, 李曉平, 湯正捷, 龔迎春, 肖瑞 申請人:西南林業(yè)大學(xué)