专利名称：提高木塑复合材料强度的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种木塑复合材料，具体地说，涉及的是一种提高木塑复合材料强度 的制备方法。
背景技术：
近年来，由于全球能源和环境问题的日益突出，采用自然界丰富的天然植物纤维 替代合成纤维增强树脂的木塑复合材料逐渐受到人们的关注。木塑复合材料结合了塑料 与木材的优点，具有使用寿命长、美观、造价低、防虫、防腐、抗滑、可喷涂、比纯塑料产品的 硬度高，与木材一样具有可加工、粘接和固定等优点，并可再回收利用。因此，广泛应用于门 窗、地板、墙壁的建筑、舰船、栅栏、家具、汽车材料等。现有木塑复合材料的制备方法一般有挤出成型、注射成型和热压成型，挤出成型 可分为一步法和多步法。一步法是木塑复合材料的配混、脱挥及制品挤出在一个设备或一 组设备内连续完成。多步法是木塑复合材料的配混、脱挥和制品挤出在不同设备中完成， 可以先将原材料配混制成中间木塑粒料，然后再挤出加工成制品。采用一步法时，若脱挥、 脱水不佳将使产品因有气泡而力学性能大幅度降低；同时，它要求制品的结构不能太复杂。 所以，实际加工过程中一步法经常由于木粉含水量高和制品结构复杂而受到限制。目前产 业化生产所采用的大部分是多步法。因为一般木粉的添加量比较高，在木塑复合材料制备 过程中亲水性植物纤维与憎水性聚合物之间存着比较大的界面能差，两者界面很难充分融 合，且植物纤维表面存在着大量的羟基基团易形成氢键导致聚集，从而使植物纤维在聚合 物中不能分散均勻，而这些植物纤维的团聚体在外力的作用下易导致应力集中，使得制品 的物理力学性能大幅度下降，影响到其的广泛应用。比如，中国专利名称为木塑复合材料及其制备方法、木塑复合材料的板材和片材 制备方法，申请号=02157950.4,申请日:2002-12_23，公开号为:1482166，该发明提供一种 木塑复合材料“该木塑复合材料是指由热塑性树脂、木粉、助剂相溶剂、改性剂等原料按重 量比混合而成，将该木塑复合材料。经挤出机造粒后再经挤出机挤出成型或直接经挤出机 熔融塑化挤出并通过一个片状机头口模挤出到压延机上，压成板、片材型材，在材料上下面 各热覆合一层介质膜或织物，或双面各再热覆合一层铝箔(带)层，经冷却裁边切断成成
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ΡΠ O又如，中国专利利用植物秸秆和废旧塑料制造木塑复合材料的方法及其材料，申 请号200710180007. 6,申请日:2007-10_24，公开号为101417459，该发明涉及一种利用 植物秸秆和废旧塑料制造木塑复合材料的方法及其材料“将聚酯和植物木质纤维材料如 木屑、竹粉、稻壳、秸梗等材料按一定比例混合，并添加特制的助剂，经高温、挤压、成型等工 艺制成复合建筑型材。”虽然上述的专利申请都能够解决一定的问题，但是仍旧没有解决木塑复合材料制 备过程中亲水性植物纤维与憎水性聚合物之间界面结合强度低的问题，制备得到的木塑复 合材料强度低。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种提高木塑复合材料强度 的制备方法，通过对制备原料的配比优化等措施，使制备的木塑复合材料强度提高，尤其是 木粉和塑料间相界面结合强度提高，从而提高力学性能。为实现上述的目的， 本发明所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其采用的 原料重量配比为植物纤维40-70%增强纤维1-3%润滑剂4-6%塑料 余量上述原料通过熔融共混的方法将与原料充分混合，再以挤出成型得到木塑复合材 料。进一步的，所述增强纤维为芳纶纤维，芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，具有 超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5 6倍，模量 为钢丝或玻璃纤维的2 3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度 的温度下，不分解，不融化。进一步的，所述增强纤维也可以是玻璃纤维，玻璃纤维纤维量高，单丝直径一致， 纤维在分散之前保持段状有很好的流动性，因为是无机的，所以不产生静电，耐温度高。在 玻璃纤维、植物纤维和塑料的体系中，由于各原料之间的协同增强作用，形成了特殊的三维 网络结构，木塑复合材料的力学性能得到显著改善。优选的，所述增强纤维采用长径比较大的L型玻璃纤维，木塑复合材料的弯曲强 度、弯曲模量以及冲击强度同时得到提高。进一步的，所述植物纤维为木屑、竹屑、农作物桔秆粉、稻麦壳粉、豆类、玉米淀粉、 棉花果壳、坚果硬壳或椰壳等植物中之一或它们任何组合经过粉碎、烘干、过筛得到的。进一步的，所述植物纤维过筛所用筛目为10-100目，含水率在4%以下。进一步的，所述塑料为新塑料或/和废旧塑料，形式为塑料粒子。进一步的，所述塑料为热熔塑胶，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及它们的共聚 物中的一种或者几种。进一步的，所述润滑剂为硬胆酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺、聚酯蜡、硬脂酸、硬脂酸 铅、聚乙烯蜡、石蜡、氧化聚乙烯蜡等。进一步的，所述植物纤维预先进行碱处理，即将植物纤维浸泡于质量分数为10% 的NaOH溶液中，常温下浸泡处理4h，再用去离子水冲洗呈中性，烘干至恒重。进一步的，所述熔融共混的方法，是指将碱处理后的植物纤维、塑料粒子、增强纤 维以及润滑剂按照比例在高速搅拌机中进行机械混合，然后置于双螺杆挤出机中进行挤出 成型。进一步的，所述挤出温度为150°C 205°C。进一步的，所述原料中还可以进一步添加偶联剂，所述偶联剂可以为异氰酸盐、过 氧化异丙苯、铝酸酯、酞酸酯类、硅烷偶联剂、马来酸酐改性聚丙剂(man-g-pp)、乙烯-丙烯酸酯(eaa)等。所述偶联剂添加量为植物纤维质量的 8%。本发明通过上述的技术方案，采用增强纤维来增强整个木塑复合材料的力学性能，木粉和塑料间相界面结合强度也得到提高。同时，通过对添加剂的选用，比如偶联剂能 使塑料与木粉表面之间产生强的界面结合，同时能降低木粉的吸水性，提高木粉与塑料的 相容性及分散性，所以复合材料的力学性能明显提高；通过加入润滑剂来改善熔体的流动 性和挤出制品的表面质量，从而得到力学性能和表面质量都很好的木塑复合材料。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限 定本发明的保护范围。实施例1提高木塑复合材料强度的制备方法，采用的原料重量配比为植物纤维70%芳纶纤维润滑剂 6%塑料 余量制备步骤(1)首先对植物纤维进行粉碎、烘干、过筛，得到10-100目之间的植物纤维，含水 率在4%以下。(2)将植物纤维预先进行碱处理，即将植物纤维浸泡于质量分数为10%的NaOH溶 液中，常温下浸泡处理4h，再用去离子水冲洗呈中性，烘干至恒重。(3)将碱处理后的植物纤维、塑料粒子、增强纤维以及润滑剂按照比例在高速搅拌 机中进行机械混合，然后置于双螺杆挤出机中进行挤出成型。其中搅拌速度为1500转/分， 混合温度在80-120°C，挤出温度为150°C 205°C。实施例2提高木塑复合材料强度的制备方法，采用的原料重量配比为植物纤维 50%L型玻璃纤维2%润滑剂5%废旧塑料 余量制备步骤(1)首先对植物纤维进行粉碎、烘干、过筛，得到10-100目之间的植物纤维，含水 率在4%以下。(2)将植物纤维预先进行碱处理，即将植物纤维浸泡于质量分数为10%的NaOH溶 液中，常温下浸泡处4h，再用去离子水冲洗呈中性，烘干至恒重。(3)将碱处理后的植物纤维、塑料粒子、玻璃纤维以及润滑剂按照上述原料比例 在高速搅拌机中进行机械混合，然后置于双螺杆挤出机中进行挤出成型。其中搅拌速度 为1800转/分，混合温度在80-120°C，挤出温度为150°C 205°C，分段进行，其中i段 150 170°C ；ii 段160 190°C ；iii 段170 195°C ；iv 段180 195°C ；机头 口模段180 205°C。各段的温度应尽可能稳定，且总的停留时间少于15min。实施例3提高木塑复合材料强度的制备方法，采用的原料重量配比为植物纤维 40%L型玻璃纤维3%润滑剂4%废旧塑料 余量制备步骤同实施例1。
实施例4提高木塑复合材料强度的制备方法，采用的原料重量配比为植物纤维 40%L型玻璃纤维 3%润滑剂4%废旧塑料 余量本实施例原料中，添加偶联剂，所述偶联剂可以为异氰酸盐、过氧化异丙苯、铝酸 酯、酞酸酯类、硅烷偶联剂、马来酸酐改性聚丙剂(man-g-pp)、乙烯-丙烯酸酯(eaa)等。所 述偶联剂添加量为植物纤维质量的1% 8%。制备步骤同实施例1。实施例5提高木塑复合材料强度的制备方法，采用的原料重量配比为植物纤维40%L型玻璃纤维和芳纶纤维3%润滑剂4%废旧塑料余量制备步骤同实施例1上述实施例1-5中所述塑料为热熔塑胶，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及它们的共聚物中的一种 或者几种。所述润滑剂为硬胆酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺、聚酯蜡、硬脂酸、硬脂酸铅、聚乙烯 蜡、石蜡、氧化聚乙烯蜡等。本发明采用增强纤维来增强整个木塑复合材料的力学性能，木粉和塑料间相界面 结合强度也得到提高。同时，通过对添加剂的选用，比如偶联剂能使塑料与木粉表面之间产 生强的界面结合，同时能降低木粉的吸水性，提高木粉与塑料的相容性及分散性，所以复合 材料的力学性能明显提高；通过加入润滑剂来改善熔体的流动性和挤出制品的表面质量， 从而得到力学性能和表面质量都很好的木塑复合材料。本发明的范围不受所述具体实施方案的限制，所述实施方案只欲作为阐明本发明 各个方面的单个例子，本发明范围内还包括功能等同的方法和组分。实际上，除了本文所述 的内容外，本领域技术人员参照上文的描述可以容易地掌握对本发明的多种改进。所述改 进也落入所附权利要求书的范围之内。上文提及的每篇参考文献皆全文列入本文作为参考。
权利要求
1.一种提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于采用的原料重量配比为植物纤维40-70%增强纤维润滑剂 4-6%塑料 余量上述原料通过熔融共混的方法将与原料充分混合，再以挤出成型得到木塑复合材料。
2.根据权利要求1所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述增强 纤维为芳纶纤维或玻璃纤维中的一种或两种；所述增强纤维采用长径比较大的L型玻璃纤 维。
3.根据权利要求1所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述植物 纤维为木屑、竹屑、农作物桔秆粉、稻麦壳粉、豆类、玉米淀粉、棉花果壳、坚果硬壳或椰壳等 植物中之一或它们任何组合经过粉碎、烘干、过筛得到的；所述植物纤维过筛所用筛目为 10-100目，含水率在4%以下。
4.根据权利要求1所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述塑料 为新塑料或/和废旧塑料，形式为塑料粒子。
5.根据权利要求1或4所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述 塑料为热熔塑胶，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及它们的共聚物中的一种或者几种。
6.根据权利要求1所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述润滑 齐 为硬胆酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺、聚酯蜡、硬脂酸、硬脂酸铅、聚乙烯蜡、石蜡、氧化聚乙烯 蜡中一种或者几种组合。
7.根据权利要求1所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述植物 纤维预先进行碱处理，即将植物纤维浸泡于质量分数为10%的NaOH溶液中，常温下浸泡处 理4h，再用去离子水冲洗呈中性，烘干至恒重。
8.根据权利要求1所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述熔融 共混的方法，是指将碱处理后的植物纤维、塑料粒子、增强纤维以及润滑剂按照比例在高 速搅拌机中进行机械混合，然后置于双螺杆挤出机中进行挤出成型。
9.根据权利要求1所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述原料 中还进一步添加偶联剂，所述偶联剂为异氰酸盐、过氧化异丙苯、铝酸酯、酞酸酯类、硅烷偶 联剂、马来酸酐改性聚丙剂、乙烯_丙烯酸酯中一种或几种。
10.根据权利要求1或9所述的提高木塑复合材料强度的制备方法，其特征在于所述 偶联剂添加量为植物纤维质量的1% 8%。
全文摘要
本发明公开一种提高木塑复合材料强度的制备方法，采用的原料重量配比为植物纤维40-70％，增强纤维1-3％，润滑剂4-6％，塑料为余量。上述原料通过熔融共混的方法将与原料充分混合，再以挤出成型得到木塑复合材料。本发明通过上述的技术方案，采用增强纤维来增强整个木塑复合材料的力学性能，木粉和塑料间相界面结合强度也得到提高。同时，通过对添加剂的选用，比如偶联剂能使塑料与木粉表面之间产生强的界面结合，同时能降低木粉的吸水性，提高木粉与塑料的相容性及分散性，所以复合材料的力学性能明显提高；通过加入润滑剂来改善熔体的流动性和挤出制品的表面质量，从而得到力学性能和表面质量都很好的木塑复合材料。
文档编号C08L27/06GK102108213SQ20101061264
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者卞芬芬, 朱子东, 郑义红, 马时 申请人:上海国成塑料有限公司