本发明属于聚氯乙烯碳塑制品制备工艺技术领域，具体涉及的是一种利用煤矸石制备聚氯乙烯碳塑制品的方法。
背景技术：
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石若弃置不用，会占用大片土地；煤矸石中的硫化物逸出或浸出，会污染大气、农田和水体；矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害；中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨，对环境造成了很大的污染。因此，煤矸石的处理及资源化利用问题受到整个社会的热切关注。
目前市场上使用的装修材料多为实木，需要二次加工打磨、上胶水、腻子和油漆，其会释放大量的甲醛及其他有害物质，对长期接触的人的身体健康会产生一定不利影响。而当前森林资源越来越稀少，人们正在寻找其的替代品，现有替代品多为用竹木粉或杨木粉加工生产的木塑产品，多用做内墙装饰板、外墙装饰板、栈道板、护栏、亭台楼阁等。实木塑产品和竹木塑产品存在价格昂贵、加工成本高、森林资源有限等问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种利用煤矸石制备聚氯乙烯碳塑制品的方法，解决现有技术存在的价格昂贵、加工成本高、资源有限的技术问题。为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种利用煤矸石制备聚氯乙烯碳塑制品的方法，包括以下步骤：
1)煤矸石预处理：将煤矸石分别加工为120～300目的煤矸石粉灰和纤维直径为0.01～0.05毫米的煤矸石纤维；所述煤矸石主要由煤矿及电厂生产过程中产生，低成本且环保。
2)煤矸石粉灰偶联包裹处理：向高速混料机内依次加入重量份为40～60份的煤矸石粉灰和重量份为0.4～0.5份的钛酸酯偶联剂，升温至80～100℃后混合8～15min，使煤矸石粉灰经偶联包裹，然后将其放入低温混合机内继续混合，直至其降温至40～50℃后停机，放料备用；高温偶联包裹处理，能增强聚氯乙烯碳塑制品初料制备步骤中高分子聚合物原料基体与煤矸石粉灰材料之间的界面结合力，使其与其他原的料更好的相容，以增强产品的强度。
3)煤矸石纤维增强改性处理：称取重量份为8～10份的增强剂乳液于烧杯中,加入重量份为1000～1500份的水，充分摇匀后再向其内加入重量份为40～60份的煤矸石纤维，用玻璃棒搅拌使其分散，静置2～3小时后，真空抽滤得到增强改性后的纤维，然后将其放入烘箱烘干备用；由于煤矸石纤维脆性大、刚性强，在研磨过程中易发生断裂，经增强后的纤维表面包覆一层增强剂薄膜，使得纤维的韧性和强度有所增加。
4)聚氯乙烯碳塑制品的初料配制：将重量份为80～120份的聚氯乙烯树脂、重量份为2～6份的氯化聚氯乙烯cpe、重量份为3～6份的丙烯酸脂类共聚物acr401、重量份为4～6份的钙锌稳定剂、重量份为3～5份的凹凸棒石粘土、重量份为40～60份的经步骤2)处理后的煤矸石粉灰和重量份为40～60份的经步骤3)处理后的煤矸石纤维分别加入高速混料机内，于40～80℃温度下搅拌3～6min；再加入重量份为0.2～0.5份的光稳定剂、重量份为0.2～0.8份的氯化聚乙烯蜡、重量份为0.3～1份的硬脂酸、重量份为0.5～2份的硬脂酸钙、重量份为3～6份的发泡剂后，于100～125℃搅拌11～15min；然后将其放入低温混合机内继续混合，直至其降温至20～40℃后停机，制得初料备用；
在经过前处理后的煤矸石粉灰和煤矸石纤维中加入聚氯乙烯树脂的同时添加改性剂氯化聚氯乙烯cpe和丙烯酸脂五类共聚物acr401,即能改善加工工艺,又能提高产品的韧性和强度。其中氯化聚氯乙烯可增强产品的拉伸、抗冲击性能，而丙烯酸脂类共聚物acr401可调节促进塑化反应,缩短物料在生产过程中的塑化时间并提高塑化质量,有效提高产品的物理性能。
凹凸棒石粘土是具有纳米通道结构的天然纳米结构矿物材料，有非常大的比表面积和一定的离子交换性，因此，其具有较好的粘结性、可塑性、触变性、耐火性和热稳定性，能有效的吸附空气中甲醛、氨和苯等有害物质，保护环境和增进人们的身体健康。
通常聚氯乙烯树脂的加工温度较低，一般不超过130℃，而本制备方法需要对原料进行高温加工，不添加热稳定剂将使得无法依照该方法生产碳塑产品。而添加钙锌稳定剂可以提高聚氯乙烯树脂的加工温度，防止高温加工产品时聚氯乙烯树脂分解的问题，同时延长产品的寿命。
添加润滑剂：氯化聚烯蜡、硬脂酸钙和硬脂酸，能减小物料在生产过程中与料筒、螺杆之间的磨擦力，以及物料与物料之间的剪切磨擦对原料的破坏，并解决了因发泡造成原料蠕动性能不良的问题，保证了合适的物料流动性和最终产品的力学性能。
添加发泡剂能是减轻产品的重量，使之产生木工质感，同时使产品在具有硬度的同时获得良好的韧度，不容易断裂。
聚氯乙烯碳塑制品的初料配制过程中，若将所有原料一次性投入高速混合机内混合，主原料与其他原料却不能很好的混合并充分地发挥其他原料的作用，产品性能受到影响，也会使得其他原料的使用量增加，造成不必要的原料浪费。
首先将聚氯乙烯树脂、氯化聚氯乙烯cpe、丙烯酸脂类共聚物acr401、钙锌稳定剂、凹凸棒石粘土、处理后的煤矸石粉灰和处理后的煤矸石纤维混合的主要原因是：一、上述几样原料的份量大混合均匀难度大，为使原料充分反应、保证产品的质量及节省生产原料，需要将其进行单独混合；二、通过搅拌混合，先蒸发掉占总原料大部分比例的上述原料中的部分水份，以方便后继其与用量较小的其他原料混合并反应的进行；三、让聚氯乙烯树脂与处理后的煤矸石粉灰和处理后的煤矸石纤维能进行充分的偶联反应，并让其充分吸收改性剂氯化聚氯乙烯cpe和丙烯酸脂类共聚物acr401及钙锌稳定剂，以使这些物质在后继的加工中发挥最大的作用，即使产品得以在高温下进行加工，有效增强产品的硬度、韧度。第二步加入助剂光稳定剂后，搅拌混合后，最后一步加入润滑剂氯化聚乙烯蜡、硬脂酸和硬脂酸钙以及发泡剂，分温度阶段分步混料，且最后才加入润滑剂、发泡剂进行混合，主要是为了使得主原料聚氯乙烯树脂、煤矸石粉灰粉和煤矸石纤维能先充分吸收改性剂、钙锌稳定剂，再吸收助剂，充分改性并发挥以上物质的性能。而若先加入发泡剂将严重影响主原料对其他原料的吸收，影响产品性能,耗费原料。其次，将所占比例较大的改性剂、钙锌稳定剂和所占比例较少的助剂光稳定剂分步与主原料进行混合，也使得主原料对上述原料吸收更充分。
5)挤出成形：将上述步骤4)中制得的初料送入挤出机，经挤出机的加热及剪切塑化后通过模具挤出，经定型模真空冷却成型，切割包装后制得聚氯乙烯碳塑制品成品。
进一步，步骤2)中在高速混料机内加入煤矸石粉灰和钛酸酯偶联剂的同时还加入重量份为0.3～7.0份的防霉剂，用于防止产品的霉变。
进一步，步骤4)中在高速混料机内加入聚氯乙烯树脂的同时还加入重量份为5～10份的碳酸钙。添加填充剂碳酸钙能增加产品的硬度，降低配方成本。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为0.2～6份的抗氧化剂。添加抗氧化剂能防止产品过早与空气接触而导致氧化变性。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为5～15份的丙烯酸酯类共聚物acr530。丙烯酸酯类共聚物acr530作为发泡调节剂，可以发泡气孔的大小及密度，使产品在发泡过程中产生细密的气孔，获得理想的表面结皮校果，有效防止产品过早的氧化、老化。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为5～10份的消烟剂。添加消烟剂可减少产品燃烧时产生的烟浓度，保护环境。
进一步，步骤5)中挤出机的料筒温度为第一区160～165℃；第二区165～170℃、第三区170～178℃、第四区175～185℃；模具温度为170～185℃。挤出机料筒分段加热的目的是使物料在料筒内通过螺杆在各阶段所需要的适合温度下进行加工。通过第一区加工聚氯乙烯碳塑制品初料进行初级塑化反应，进入第二区回流槽内其被反复来回剪切进行塑化反应，到达第三区其已经行成凝胶状且其内部产生了较大的压力，因煤矸石粉灰特殊物理性能故第四区需温度略高为宜，以保证物料在最佳的状态。
进一步，步骤3)中增强剂乳液是通过下述方法制备而成的：室温下将重量份为8～12份的淀粉、重量份为80～120份的水、重量份为0.3～0.7份的nahso3加入到三口烧瓶中，边搅拌边升温至92℃，使淀粉氧化降解，然后在94℃温度下恒温搅拌50min，使淀粉糊化；将糊化后的淀粉降温至80℃后滴加重量份为10～15份的单体苯乙烯、重量份为5～9份的丙烯酸丁酯和重量份为2～3份的双氧水溶液，在80℃温度下恒温搅拌90min，即可制得增强剂乳液。
本发明是通过煤矸石添加上其他的高分子材料粉料，经过高温混合、高温挤出及冷却定型而成，不含任何的胶水成份，使用过程中无需保养，装修后即可使用，无气味且无有害气体的释放。本发明采用上述工艺方法制得的产品耐水性好、可塑性高、无有害气体释放、低碳环保，可达到环保装修行业标准；选用的煤矸石原料属固废材料，使用其做为填充，既降低成本而又实现固废绿色转换。
与背景技术相比，本发明具有绿色环保、耐水性好、可塑性高、无有害气体释放等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例一：
一种利用煤矸石制备聚氯乙烯碳塑制品的方法，包括以下步骤：
1)煤矸石预处理：将煤矸石分别加工为120目的煤矸石粉灰和纤维直径为0.01毫米的煤矸石纤维；
2)煤矸石粉灰偶联包裹处理：向高速混料机内依次加入重量份为40份的煤矸石粉灰和重量份为0.4份的钛酸酯偶联剂，升温至80℃后混合8min，使煤矸石粉灰经偶联包裹，然后将其放入低温混合机内继续混合，直至其降温至40℃后停机，放料备用；
3)煤矸石纤维增强改性处理：称取重量份为8份的增强剂乳液于烧杯中,加入重量份为1000份的水，充分摇匀后再向其内加入重量份为40份的煤矸石纤维，用玻璃棒搅拌使其分散，静置2小时后，真空抽滤得到增强改性后的纤维，然后将其放入烘箱烘干备用；
4)聚氯乙烯碳塑制品的初料配制：将重量份为80份的聚氯乙烯树脂、重量份为2份的氯化聚氯乙烯cpe、重量份为3份的丙烯酸脂类共聚物acr401、重量份为4份的钙锌稳定剂、重量份为3份的凹凸棒石粘土、重量份为40份的经步骤2)处理后的煤矸石粉灰和重量份为40份的经步骤3)处理后的煤矸石纤维分别加入高速混料机内，于40℃温度下搅拌3min；再加入重量份为0.2份的光稳定剂、重量份为0.2份的氯化聚乙烯蜡、重量份为0.3份的硬脂酸、重量份为0.5份的硬脂酸钙、重量份为3份的发泡剂后，于100℃搅拌11min；然后将其放入低温混合机内继续混合，直至其降温至20℃后停机，制得初料备用；
5)挤出成形：将上述步骤4)中制得的初料送入挤出机，经挤出机的加热及剪切塑化后通过模具挤出，经定型模真空冷却成型，切割包装后制得聚氯乙烯碳塑制品成品。
进一步，步骤2)中在高速混料机内加入煤矸石粉灰和钛酸酯偶联剂的同时还加入重量份为0.3份的防霉剂。
进一步，步骤4)中在高速混料机内加入聚氯乙烯树脂的同时还加入重量份为5份的碳酸钙。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为0.2份的抗氧化剂。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为5份的丙烯酸酯类共聚物acr530。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为5份的消烟剂。
进一步，步骤5)中挤出机的料筒温度为第一区160℃；第二区165℃、第三区170℃、第四区175℃；模具温度为170℃。
进一步，步骤3)中增强剂乳液是通过下述方法制备而成的：室温下将重量份为8份的淀粉、重量份为80份的水、重量份为0.3份的nahso3加入到三口烧瓶中，边搅拌边升温至92℃，使淀粉氧化降解，然后在94℃温度下恒温搅拌50min，使淀粉糊化；将糊化后的淀粉降温至80℃后滴加重量份为10份的单体苯乙烯、重量份为5份的丙烯酸丁酯和重量份为2份的双氧水溶液，在80℃温度下恒温搅拌90min，即可制得增强剂乳液。
实施例二：
一种利用煤矸石制备聚氯乙烯碳塑制品的方法，包括以下步骤：
1)煤矸石预处理：将煤矸石分别加工为200目的煤矸石粉灰和纤维直径为0.03毫米的煤矸石纤维；
2)煤矸石粉灰偶联包裹处理：向高速混料机内依次加入重量份为50份的煤矸石粉灰和重量份为0.45份的钛酸酯偶联剂，升温至90℃后混合12min，使煤矸石粉灰经偶联包裹，然后将其放入低温混合机内继续混合，直至其降温至45℃后停机，放料备用；
3)煤矸石纤维增强改性处理：称取重量份为9份的增强剂乳液于烧杯中,加入重量份为1200份的水，充分摇匀后再向其内加入重量份为50份的煤矸石纤维，用玻璃棒搅拌使其分散，静置2.5小时后，真空抽滤得到增强改性后的纤维，然后将其放入烘箱烘干备用；
4)聚氯乙烯碳塑制品的初料配制：将重量份为100份的聚氯乙烯树脂、重量份为4份的氯化聚氯乙烯cpe、重量份为5份的丙烯酸脂类共聚物acr401、重量份为5份的钙锌稳定剂、重量份为4份的凹凸棒石粘土、重量份为50份的经步骤2)处理后的煤矸石粉灰和重量份为50份的经步骤3)处理后的煤矸石纤维分别加入高速混料机内，于60℃温度下搅拌5min；再加入重量份为0.4份的光稳定剂、重量份为0.5份的氯化聚乙烯蜡、重量份为0.6份的硬脂酸、重量份为1.4份的硬脂酸钙、重量份为5份的发泡剂后，于120℃搅拌13min；然后将其放入低温混合机内继续混合，直至其降温至30℃后停机，制得初料备用；
5)挤出成形：将上述步骤4)中制得的初料送入挤出机，经挤出机的加热及剪切塑化后通过模具挤出，经定型模真空冷却成型，切割包装后制得聚氯乙烯碳塑制品成品。
进一步，步骤2)中在高速混料机内加入煤矸石粉灰和钛酸酯偶联剂的同时还加入重量份为4份的防霉剂。
进一步，步骤4)中在高速混料机内加入聚氯乙烯树脂的同时还加入重量份为8份的碳酸钙。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为3份的抗氧化剂。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为12份的丙烯酸酯类共聚物acr530。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为8份的消烟剂。
进一步，步骤5)中挤出机的料筒温度为第一区：160℃；第二区165℃、第三区170℃、第四区175℃；模具温度为170℃。
进一步，步骤3)中增强剂乳液是通过下述方法制备而成的：室温下将重量份为10份的淀粉、重量份为100份的水、重量份为0.5份的nahso3加入到三口烧瓶中，边搅拌边升温至92℃，使淀粉氧化降解，然后在94℃温度下恒温搅拌50min，使淀粉糊化；将糊化后的淀粉降温至80℃后滴加重量份为13份的单体苯乙烯、重量份为7份的丙烯酸丁酯和重量份为2.5份的双氧水溶液，在80℃温度下恒温搅拌90min，即可制得增强剂乳液。
实施例三
一种利用煤矸石制备聚氯乙烯碳塑制品的方法，包括以下步骤：
1)煤矸石预处理：将煤矸石分别加工为300目的煤矸石粉灰和纤维直径为0.05毫米的煤矸石纤维；
2)煤矸石粉灰偶联包裹处理：向高速混料机内依次加入重量份为60份的煤矸石粉灰和重量份为0.5份的钛酸酯偶联剂，升温至100℃后混合15min，使煤矸石粉灰经偶联包裹，然后将其放入低温混合机内继续混合，直至其降温至50℃后停机，放料备用；
3)煤矸石纤维增强改性处理：称取重量份为10份的增强剂乳液于烧杯中,加入重量份为1500份的水，充分摇匀后再向其内加入重量份为60份的煤矸石纤维，用玻璃棒搅拌使其分散，静置3小时后，真空抽滤得到增强改性后的纤维，然后将其放入烘箱烘干备用；
4)聚氯乙烯碳塑制品的初料配制：将重量份为120份的聚氯乙烯树脂、重量份为6份的氯化聚氯乙烯cpe、重量份为6份的丙烯酸脂类共聚物acr401、重量份为6份的钙锌稳定剂、重量份为5份的凹凸棒石粘土、重量份为60份的经步骤2)处理后的煤矸石粉灰和重量份为60份的经步骤3)处理后的煤矸石纤维分别加入高速混料机内，于80℃温度下搅拌6min；再加入重量份为0.5份的光稳定剂、重量份为0.8份的氯化聚乙烯蜡、重量份为1份的硬脂酸、重量份为2份的硬脂酸钙、重量份为6份的发泡剂后，于125℃搅拌15min；然后将其放入低温混合机内继续混合，直至其降温至40℃后停机，制得初料备用；
5)挤出成形：将上述步骤4)中制得的初料送入挤出机，经挤出机的加热及剪切塑化后通过模具挤出，经定型模真空冷却成型，切割包装后制得聚氯乙烯碳塑制品成品。
进一步，步骤2)中在高速混料机内加入煤矸石粉灰和钛酸酯偶联剂的同时还加入重量份为7份的防霉剂。
进一步，步骤4)中在高速混料机内加入聚氯乙烯树脂的同时还加入重量份为10份的碳酸钙。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为6份的抗氧化剂。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为15份的丙烯酸酯类共聚物acr530。
进一步，步骤4)中在加入光稳定剂的同时还加入重量份为10份的消烟剂。
进一步，步骤5)中挤出机的料筒温度为第一区165℃；第二区170℃、第三区178℃、第四区185℃；模具温度为185℃。
进一步，步骤3)中增强剂乳液是通过下述方法制备而成的：室温下将重量份为12份的淀粉、重量份为120份的水、重量份为0.7份的nahso3加入到三口烧瓶中，边搅拌边升温至92℃，使淀粉氧化降解，然后在94℃温度下恒温搅拌50min，使淀粉糊化；将糊化后的淀粉降温至80℃后滴加重量份为15份的单体苯乙烯、重量份为9份的丙烯酸丁酯和重量份为3份的双氧水溶液，在80℃温度下恒温搅拌90min，即可制得增强剂乳液。
产品可以通过后道印压工艺达到木纹效果。