一种微孔发泡阻燃型木塑复合材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合材料及制备方法，具体涉及一种具有微孔发泡效果的膨胀型阻燃木塑复合材料及制备方法，属于复合材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]木塑复合材料是将植物纤维如木材、剑麻、甘蔗渣、稻糠、竹粉等以粉状、纤维状等形态作为填充物加入到热塑性塑料中，经过熔融加工复合得到的一类新型复合材料。与传统的木质材料相比，它具有美观、耐水、防虫蛀、耐腐蚀、不易开裂等优点，被广泛用于制作木材替代产品，如各种包装物、托盘、仓垫板等，或制作户外建材，如:栅栏、庭园扶手、护墙板、葡萄架等；也用于公共设施，如:公园桌椅、地板、垃圾桶等。此外，木塑复合材料大多数是采用回收资源制备而成，有利于节约资源和环境保护。
[0003]木塑复合材料作为包装产品、室外建材或公共设施使用时对防火性能要求低，甚至没有要求，目前对木塑复合材料的防火阻燃性能的研究较少。但近几年来，随着经济的快速增长和人民生活水平不断提高，加上城市人口急剧膨胀、建筑物大规模化、楼层高层化、设备复杂化、仓储物密集化的发展趋势，建筑物火灾频繁发生，造成严重的人员伤亡及财产损失，给社会和个人造成惨重的损失。
[0004]近年来，采用膨胀型阻燃剂赋予木塑复合材料良好的阻燃性能是木塑复合材料阻燃改性的发展趋势。膨胀型阻燃剂(IFR)最早用于防火涂料之中，是一种环境友好的阻燃剂，具有无卤，低烟，低毒，无腐蚀性等优点，受到了人们的广泛关注。膨胀型阻燃剂主要是通过凝聚阻燃机理发挥阻燃作用，它可以在高温作用下，在被阻燃材料表面形成很厚的膨胀炭层，隔绝热量和氧气的流通，在燃烧早期将燃烧终止，从而得到良好的阻燃效果。
[0005]但由于木塑复合材料木粉含量较高，膨胀型阻燃剂难以有效形成微孔发泡结构，降低木塑复合材料的阻燃效果。
【发明内容】
[0006]本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种微孔发泡阻燃型木塑复合材料及制备方法，具有微孔发泡效果，能有效地提高木塑复合材料的阻燃性能，而且具有较好的力学性會泛。
[0007]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是:
一种微孔发泡阻燃型木塑复合材料，由以下重量份的组分组成:植物纤维40?250份、聚烯烃塑料80~120份、阻燃剂26~100份、相容剂1~10份、润滑剂1~5份。
[0008]所述的植物纤维为木粉、甘蔗渣、稻糠、竹粉、锯肩、剑麻中的一种或几种的任意比混合；植物纤维材料的颗粒为40?200目。
[0009]所述的植物纤维也可以采用改性的植物纤维，其改性方法为将5份磷酸三丁酯配制成10%的水分散液，喷淋于搅动的植物纤维表面，放入60°C下烘干，得到磷酸三丁酯改性植物纤维。
[0010]所述的聚烯烃塑料是高密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种或两种的任意比混合物。
[0011]所述的阻燃剂由2.5?10份红磷、10?30份聚磷酸铵、3.5?10.5份三聚氰胺、2.5?10份硼酸锌、5?30份无机氢氧化物、2.5?10份铁锈组成。
[0012]所述的无机氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种的任意比混合物。
[0013]所述的相容剂由一种分子量为40000~500000的聚烯烃接枝共聚物和一种分子量为1000~5000的聚烯烃蜡接枝共聚物按7:0~0:7的比例组成。
[0014]所述的聚烯烃是高密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种或两种的任意比混合；聚烯烃蜡是聚乙烯蜡、EVA蜡中的一种或两种的任意比混合物。
[0015]述的聚烯烃接枝共聚物和聚烯烃蜡接枝共聚物所采用的单体是马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或多种接枝共聚物。
[0016]所述的润滑剂为硬脂酸、洗衣粉、磷酸三丁酯中的一种或多种的任意比混合物；其中磷酸三丁酯为阻燃型增塑剂。
[0017]一种微孔发泡阻燃型聚烯烃基木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤:
(1)将称取的植物纤维、阻燃剂和相容剂放入高速混合机中，在100°c下热混5分钟，待温度降至常温下，将称取的塑料、润滑剂投入到高速混合机中再混合10分钟，得混合好的物料；
(2)将步骤(1)得到的混合好的物料投入到机筒温度为150~200°C、口模温度为150~180°C、螺杆转速为60~200 r/min的双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，然后采用注射成型，即制得微孔发泡阻燃型木塑复合材料。
[0018]一种微孔发泡阻燃型聚烯烃基木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤:将塑料和相容剂在双辊开炼机上预先混合均匀，随后依次添加植物纤维、阻燃剂、润滑剂进一步混炼均匀，放于模具中热压成型，即制得微孔发泡阻燃型木塑复合材料。
[0019]一种微孔发泡阻燃型聚烯烃基木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:将塑料和相容剂在密炼机上预先混合均匀，随后再按配比将其与植物纤维、阻燃剂、润滑剂在密炼机中进一步混炼均匀，然后放于模具中热压成型，即制得微孔发泡阻燃型木塑复合材料。
[0020]本发明的有益效果是:
(1)本发明配方中含有铁锈，不仅可以阻燃剂，还可以作为抑烟剂；制备方法简单科学，节能环保。
[0021](2)本发明所制备的微孔发泡型阻燃木塑复合材料采用膨胀型阻燃体系，具有微孔发泡效果，能有效地提高木塑复合材料的阻燃性能。测试表明:聚乙烯基微孔发泡型阻燃木塑复合材料，平均热释放速率从210 kff/m2降低至107 kW/m2，被点燃的时间从未改性的27 s延长至66 s，增加了 39 s，氧指数从21.8增加到31.4 ;而且在燃烧过程能形成微发泡的炭层结构，该炭层具有一定的力学强度，不易脱落，能很好地阻止火焰的蔓延和燃烧的扩散。
[0022](3)与未增容改性的空白木塑复合材料相比，本发明所制备的微孔发泡型阻燃木塑复合材料采用高效的相容剂，在保持良好的阻燃效果的条件下维持良好的力学性能。聚乙烯基的微孔发泡阻燃型木塑复合材料的拉伸强度从未改性木塑复合材料的11.9 MPa提高至29.8 MPa，冲击强度从未改性木塑复合材料的4.3 kj/m2提高至10.1 kj/m2。
【具体实施方式】
[0023]下面通过实例对本发明做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
[0024]实施例1
一种微孔发泡阻燃效果的木塑复合材料，由植物纤维、塑料、阻燃剂、相容剂、润滑剂组成，其配比如下:100份聚乙烯塑料，100份木粉，阻燃剂由5份红磷、20份聚磷酸铵、7份三聚氰胺、5份硼酸锌、20份无机氢氧化物、5份铁锈组成，添加7份聚乙烯与马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的接枝共聚物以及2份聚乙烯蜡与马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的接枝共聚物，润滑剂由5份阻燃型增塑剂、1份硬脂酸和1份洗衣粉组成；
制备方法包括如下步骤:
(1)将5份磷酸三丁酯配制成10%的水分散液，喷淋于搅动的木粉表面，放入60°C下烘干，得到磷酸三丁酯改性的木粉；
(2)将称取的塑料、相容剂放入180°C开炼机中混炼10分钟，得到混炼均匀的聚合物基体，再加入植物纤维混炼5分钟，继续加入阻燃剂和润滑剂混炼15分钟，得到混炼均匀的复合材料；
(3)将步骤(2)得到的热混料放入190°C的平板硫化机中热压5分钟，然后转移到常温下的平板硫化机中冷压5分钟，即制得微孔发泡阻燃型木塑复合材料。经测试，制备得到的木塑复合材料平均热释放速率为144 kff/m2,点燃时间为51s，氧指数为29.3，拉伸强度29.3MPa，冲击强度 8.3 kj/m2。
[0025]实施例2
一种微孔发泡阻燃效果的木塑复合材料，由植物纤维、塑料、阻燃剂、相容剂、润滑剂组成，其配比如下:100份聚乙烯塑料，25份稻糠，阻燃剂由5份红磷、20份聚磷酸铵、7份三聚氰胺、5份硼酸锌、20份无机氢氧化物、5份铁锈组成，添加7份聚乙烯与马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的接枝共聚物以及2份聚乙烯蜡与马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的接枝共聚物，润滑剂由5份阻燃型增塑剂、1份硬脂酸和1份洗衣粉组成；
制备方法包括如下步骤:
(1)将称取的塑料、相容剂放入200°C密炼机中混炼5分钟，得到混炼均匀的聚合物基体，再按配比将聚合物基体和植物纤维混炼15分钟，继续加入阻燃剂和润滑剂混炼5分钟，得到混炼均匀的复合材料；
(2)将步骤(1)得到的热混料放入190°C的平板硫化机中热压10分钟，然后转移到常温下的平板硫化机中冷压3分钟，即制得微孔发泡阻燃型木塑复合材料。经测试，制备得到的木塑复合材料平均热释放速率为152 kff/m2,点燃时间为65s，氧指数为27.9，拉伸强度26.8MPa，冲击强度 10.0 kj/m2。
[0026]实