一种定向多层木塑复合板的制备方法与流程

本发明涉及于一种木塑复合材料的制备方法，具体涉及一种定向多层木塑复合板的制备方法，尤其是大尺寸木质刨花定向多层木塑复合板的制备方法。

背景技术：

木塑复合材料是复合材料领域增长最快的新型聚合物复合材料之一。挤出、注射和热压是三种主要的生产木塑复合材料的方法，但是挤出和注射法限制了其产品的尺寸，因此热压法是生产大幅面木塑复合材料的最优方法。

现有的木塑复合材料生产技术要求木质原材料的尺寸足够小，工业通常使用40～100目的粉状木质纤维，原材料的磨粉不仅增加了能耗，而且也是粉尘污染和噪声污染的源泉。使用大尺寸原料，能保持原料的原始结构少被破坏，从而有利于增加产品的各项性能， 并能起到节能降噪的作用。

木塑复合材料的主要原料包括木质原料和塑料，在成本上，塑料的价格高于木质原料的价格，因些提高产品中木质原料的含量可以降低产品的成本。然而，现有木塑复合材料中木质原料的质量分数一般在20%到70%，当木质原料含量高于70%时，木质原料与塑料混合物的流动性差，与设备管壁的摩擦阻力较大，造成产品均匀性差和表面开裂等缺陷，因此如何通过新的工艺提高木塑复合材料中木质原料的含量成为研究的重点和热点。

在传统热压法生产木塑料复合材料的过程中，塑料颗粒的密度大于木质原料的密度，从而在混合过程中，密度大的塑料与密度小的纤维很难混合均匀，甚至在铺装和热压过程中，密度大的塑料颗粒将向板坯的底层滑漏，从而导致塑料含量和密度在产品厚度方向上分布不均。虽然长尺寸木质原料有利于增加最终产品的性能，但使用颗粒塑料导致的上述滑漏和分布不匀现象更明显。中国发明专利CN103659946公开的定向木塑复合板，其使用塑料薄膜替代塑料颗粒在一定程度上避免了颗粒塑料滑漏，但塑料薄膜在用于制造木塑复合板材时容易在板坯的厚度方向上出现聚集，从而会形成波浪型端面分布（VDP），因此同样很难制备出匀质木塑复合板材。

技术实现要素：

为了克服现有技术木塑复合板制备过程中存在的因木质原料尺寸小、含量低、塑料和密度分布不均带来的资源利用不合理、能量消耗大、木塑板材综合力学性能差的问题，本发明阐述了一种大尺寸木质刨花定向多层木塑复合板的热压制备方法，以大尺寸木质刨花和热塑性塑料薄片为主要原料，采用塑料薄片与大尺寸木质刨花混合之后再多层定向铺装的生产工艺，克服传统木塑复合材料制备工艺及产品的缺陷，制备木质原料尺寸大、含量高，产品物理力学性能好的大幅面定向木塑复合板，该板材在建筑、家具和包装材料领域有广泛的应用潜力。

本发明所采用的技术方案是：一种定向多层木塑复合板的制备方法，包括以下步骤：

（1）备料：将木材和秸秆通过刨片、削片、碾压、锯切和筛选中的一种或几种方式加工成长20～200mm、宽2～20mm、厚0.1～2mm的木质原料；由于木材尺寸大，通过锯切、刨片和削片方式加工为薄木片状原料；秸秆如有汁液、旁枝和叶子，对其进行榨取和去除，通过锯切和碾压方式加工成细长的刨花；上述加工后的木质原料如含有细小的纤维，通过筛选去除；

（2）原料预处理：对木质原料进行高温干燥或热水抽提处理或二者的组合，并将木质原料的含水率干燥至5%以下，同时降低木质原料的表面能；热水抽提可以将木质原料中的部分半纤维素和木质素提取出来，从而增加木质原料内部的空隙率，有利于塑料的渗透和填充；高温干燥使木质材料中的木质素和半纤维素发生热降解，也有利于增加原料内部的空隙率；由于塑料不与水接合，降低木质原料的含水率有利于增加木质原料与塑料的界面接合；

（3）制备塑料薄片：将热塑性塑料加工成厚度为0.02～0.8mm、长度为50～120mm、宽度为10～25mm的塑料薄片；

（4）添加偶联剂：使用喷涂方法将占定向木塑复合板质量0.5～4%的液态偶联剂施加在预处理后的木质原料上；液态偶联剂可选定为异氰酸酯偶联剂；

（5）滚筒混合：将占定向多层木塑复合板质量5～30%的所述热塑性塑料薄片与所述木质原料共同置于滚筒中混合均匀，获得原料混合物；

（6）多层定向铺装：将原料混合物进行分层定向铺装，获得多层叠加定向板坯；在板坯的上下表层放置脱模纸，防止板坯热压过程中粘板；

（7）热压及冷压：将多层叠加定向板坯放入平板热压机中在120～220℃下热压3～20分钟，之后向热压机加热板通入5～25℃冷水或将板坯转入至常温压机中进行冷压，待板坯温度降至50～60℃时取出；热压过程中，塑料薄片受热熔化，在压力的作用下流动并填充木质原料之间和木质原料内部的空隙，之后在冷压过程中冷却固化，从而在塑料与木质原料之间形成较强的机械互锁结合；

（8）后期加工：进行裁边和表面处理后陈放。

优选的是：第（6）步骤所述定向铺装包括以下具体步骤：

a、定向铺装底层：将原料混合物进行定向铺装获得具有一定厚度的定向铺装底层；

b、定向铺装上一层：在所述定向铺装底层上改变定向铺装方向，与所述定向铺装底层角度呈垂直关系继续叠加定向铺装上一层；

c、完成板坯定向铺装：重复b步骤若干次，直至完成具有一定厚度和层数的铺装，再进行表层铺装，最终完成板坯铺装。

优选的是：第（6）步骤所述定向铺装时可调整所述多层定向铺装中单层的厚度，且所述多层定向铺装中铺装的层数为奇数层。

优选的是：第（1）步骤所述木质原料分为木材基木质原料和秸秆基木质原料；第（6）步骤所述多层定向铺装的底层和表层使用的为木材基木质原料，其余层使用的为秸秆基木质原料。

优选的是：步骤（6）中原料混合物进行定向铺装是指将原料混合物相互搭接和叠加，以原料混合物长度方向与轴向成0～30度夹角进行铺装。

优选的是：第（5）步骤中所述热塑性塑料薄片与定向铺装的木质原料共同置于斜轴滚筒中，以每分钟10转至60转的速度进行混合，至混合均匀。

优选的是：第（6）步骤中所述多层定向铺装中各层铺装时原料混合物的定向方向平行或垂直于板坯轴向，同时叠加结构在板坯中心平面对称。

优选的是：第（6）步骤所述的热塑性塑料为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、尼龙、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯中的一种或几种。

优选的是：所述的热塑性塑料为新料或经回收获得的废旧料或二者的组合。

优选的是：第（6）步骤所述定向板坯的幅面长度为400～2440mm，宽度为400～1220mm；第（7）步骤所述的将多层叠加定向板坯放入平板热压机中时，限定平板热压机压板的厚度为6～55mm。

采用本发明所述方法可以提高木质原料的使用量，实现小材大用、劣材优用，可用于制备高性能的木塑复合材料，同时木质原料和塑料被均匀分散，内部力学性能更稳定，有效的避免了板坯厚度方向易出现的塑料薄膜聚集和波浪型断面密度分布，克服了现有技术木塑复合板制备过程中存在的因木质原料尺寸小、含量低、塑料和密度分布不均带来的资源利用不合理、能量消耗大、木塑板材综合力学性能差的问题。

附图说明

图1是定向多层木塑复合板的制备工序。

图2是定向木塑复合板定向多层铺装板坯结构示意图。

图3是木塑复合板定向多层铺装完成后的板坯示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

具体实施方式1：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法包括以下步骤：

步骤一、备料：将木材和秸秆通过刨片、削片、碾压、锯切和筛选中的一种或几种方式加工成长20～200mm、宽2～20mm、厚0.1～2mm的木质原料；

步骤二、原料预处理：对木质原料进行高温干燥或热水抽提处理或二者的组合，并将木质原料的含水率干燥至5%以下，同时降低木质原料的表面能；

步骤三、制备塑料薄片：将热塑性塑料加工成厚度为0.02～0.8mm、长度为50～120mm、宽度为10～25mm的塑料薄片；

步骤四、添加偶联剂：使用喷涂方法将占定向木塑复合板质量0.5～4%的液态偶联剂施加在预处理后的木质原料上；

步骤五、滚筒混合：将占定向多层木塑复合板质量5～30%的所述热塑性塑料薄片与所述木质原料共同置于滚筒中混合均匀，获得原料混合物；

步骤六、多层定向铺装：将原料混合物进行分层定向铺装，获得多层叠加定向板坯；

步骤七、热压及冷压：将多层叠加定向板坯放入平板热压机中在120～220℃下热压3～20分钟，之后向热压机加热板通入5～25℃冷水或将板坯转入至常温压机中进行冷压，待板坯温度降至50～60℃时取出；

步骤八、后期加工：进行裁边和表面处理后陈放。

本实施方式的技术效果是：由于本发明对木质原料和塑料薄片进行了备料和预处理，并经滚筒混合获得均匀的原料，再对这一均匀的原料进行多层定向铺装，使得以所述方法可以提高木质原料的使用量，实现小材大用、劣材优用，可用于制备高性能的木塑复合材料；同时由于木质原料和塑料被均匀分散，内部力学性能更稳定，有效的避免了板坯厚度方向易出现的塑料薄膜聚集和波浪型断面密度分布，克服了现有技术木塑复合板制备过程中存在的因木质原料尺寸小、含量低、塑料和密度分布不均带来的资源利用不合理、能量消耗大、木塑板材综合力学性能差的问题。

具体实施方式2：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，所述步骤六所述定向铺装包括以下具体步骤：

a、定向铺装底层：将原料混合物进行定向铺装获得具有一定厚度的定向铺装底层；

b、定向铺装上一层：在所述定向铺装底层上改变定向铺装方向，与所述定向铺装底层角度呈垂直关系继续叠加定向铺装上一层；

c、完成板坯定向铺装：重复b步骤若干次，直至完成具有一定厚度和层数的铺装，再进行表层铺装，最终完成板坯铺装。其他与具体实施方式1相同。

本实施方式的技术效果是：由于采用多层定向铺装的方式，从宏观上使木塑复合板材的静曲强度、弯曲弹性模量、内结合强度等力学指标得到了综合改善，使板材的吸水厚度膨胀率有所降低，进而使木塑复合板材的性能更加优越。

具体实施方式3：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，所述步骤六中定向铺装时可调整所述多层定向铺装中单层的厚度，且所述多层定向铺装中铺装的层数为奇数层。其他与具体实施方式1或2相同。

本实施方式的技术效果是：定向铺装成奇数层不仅可以提高板材的力学性能、简化工艺、改善表观质量，还可以减少板材发生翘曲变形的可能性。

具体实施方式4：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，步骤一所述木质原料分为木材基木质原料和秸秆基木质原料；步骤六所述多层定向铺装的底层和表层使用的为木材基木质原料，其余层使用的为秸秆基木质原料或木材基木质原料。其他与具体实施方式1～3中任一项相同。

本实施方式的技术效果是：表层使用木材基木质原料有利于进一步提高木塑复合板材的抗冲击性能，并能有效提高木塑复合板材的表面平整度和美观性，提升了木塑板材产品的综合力学性能并实现了劣材优用、增加了产品附加值；当其余层使用秸秆基木质原料时有利于提高板材的强重比并改善板材的综合力学性能。

具体实施方式5：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，步骤六中原料混合物进行定向铺装是指将原料混合物相互搭接和叠加，以原料混合物长度方向与轴向成0～30度夹角进行铺装。其他与具体实施方式1～4中任一项相同。

本实施方式的技术效果是：相互搭接叠加可以增加原料混合物在热压过程中的机械互锁，还可进一步依靠木质原料和木制原料之间的化学结合实现板材力学性能的提升。

具体实施方式6：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，步骤五中所述热塑性塑料薄片与定向铺装的木质原料共同置于斜轴滚筒中，以每分钟10转至60转的速度进行混合，至混合均匀。其他与具体实施方式1～5中任一项相同。

本实施方式的技术效果是：采用斜轴滚筒可以合理利用木质材料本身的质量和重力实现混合，采用每分钟10转至60转的速度避免并尽量减少了机械混合可能造成的木质原料进一步破损的可能性，进而保证了在混合过程中木质原料的物理力学性能没有下降，同时能够将塑料薄片和木质原料能够混合均匀。

具体实施方式7：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，步骤六中所述多层定向铺装中各层铺装时原料混合物的定向方向平行或垂直于板坯轴向，同时叠加结构在板坯中心平面对称。其他与具体实施方式1～6中任一项相同。

本实施方式的技术效果是：在提高板材物理性能的同时可以提高板材的机械加工性能。

具体实施方式8：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，步骤六所述的热塑性塑料为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、尼龙、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯中的一种或几种。其他与具体实施方式1～7中任一项相同。

本实施方式的技术效果是：采用热塑性塑料进行加工可以有效保证本发明的加工性能，选取上述塑料中的一种或多种的组合可以提高板材的综合性能，并可使板材具有特殊的用途。

具体实施方式9：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，所述的热塑性塑料为新料或经回收获得的废旧料或二者的组合。其他与具体实施方式1～8中任一项相同。

本实施方式的技术效果是：仅使用新料有利于使材料性能可控；而使用经回收的废旧塑料或使用新料与经回收的废旧塑料的混合料可使废旧塑料被合理利用，减少了资源浪费，避免了不必要的环境污染，实现了废旧塑料和木质资源的综合利用。

具体实施方式10：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种定向多层木塑复合板的制备方法，步骤六所述定向板坯的幅面长度为400～2440mm，宽度为400～1220mm；步骤七所述的将多层叠加定向板坯放入平板热压机中时，限定平板热压机压板的厚度为6～55mm。其他与具体实施方式1～9中任一项相同。

本实施方式的技术效果是：便于大规模工业化生产，也有利于利用现有的家具制造行业、包装行业、木制品加工行业通用的机械加工设备，利于定向多层木塑复合板材的推广和普及。

采用下述实施例验证本发明效果：

实施例一：

本实施例制备了定向甜高粱秆-高密度聚乙烯塑料复合板，工艺步骤为：

步骤一、备料：去除收获后甜高粱秆的叶子，通过滚筒碾压的方法将甜高粱秆压薄并截断，碾压的同时甜高粱秆中的糖汁被挤出。碾压后通过机械筛选去除细小的残渣,得长为20～80mm、宽5～15mm、厚1～2mm的甜高粱秆刨花。

步骤二、原料预处理：将甜高粱秆刨花放入140℃下的干燥箱中热处理2小时，其含水率降至3%以下。

步骤三、添加偶联剂：使用液态聚二苯基甲烷二异氰酸酯（pMDI）作为偶联剂，偶联剂添加量为甜高粱秆刨花重量的2%。由目标产品的尺寸（长：2440mm，宽：1220mm，厚：15mm）、密度（800kg/m³）和原料损耗率(10%)计算得出板坯的重量，再根据甜高粱秆刨花和偶联剂总重量为板坯重量的90%分别计算得出甜高粱秆刨花和pMDI的重量，后通过滚筒旋转喷涂的方式将pMDI施加在刨花上，后取出将原料等分为5份待用。

步骤四、滚筒混合：按板坯总重量的10%称取高密度聚乙烯（HDPE）塑料薄片，薄片的长和宽与板坯的长宽相同，厚度为0.1mm；将HDPE塑料薄片与木质原料共同置于斜轴滚筒中以每分钟10转至60转的速度进行混合，获得原料混合物。

步骤五、定向铺装底层：在铺装垫板上铺设二氧化硅脱模纸（厚度为0.76mm），将原料混合物进行定向铺装获得具有一定厚度的定向铺装层，刨花中纤维的长度方向与板坯的轴向成0～30度的夹角，夹角的大小由定向铺装设备上隔板的间距确定。

步骤六、定向铺装中间层：在前一定向铺装层上改变定向铺装方向，与前一定向铺装层呈一定角度继续叠加进行定向铺装。

步骤七、完成板坯定向铺装：进行表层铺装后完成板坯铺装，从而形成甜高粱秆刨花和HDPE薄片混合并分层铺装的板坯结构。最后在板坯的上表面添加脱膜纸，防止板坯和成型产品与热压机粘连。

步骤八、热压和冷压：试先将油加热的热压机上下板温度稳定在160℃，然后将步骤七中组坯完毕的板坯平移放入平板热压机中，采用厚度控制的办法对板坯进行热压；将板坯厚度以压机最快速度降至20mm，再用40s将厚度降至目标厚度15mm，后保持些15mm厚度热压10min后关闭加热装置，并向上下热压板通入15℃的冷水，待板坯表面温度降至40℃时缓慢张开压机，取出产品。

步骤九、后期加工：将步骤八中的产品放置在冷却架上，待产品温度降至室温后进行四周裁边。

实施例2

本实施例制备了定向杨木-高密度聚乙烯-聚氯乙烯塑料复合板，工艺步骤为：

步骤一、备料：将杨木原木用木工带锯锯成13mm厚的木板，再截成150mm长送入定向刨片机中制成尺寸为150×13×0.4mm的薄木片。

步骤二、原料预处理：将杨木薄木片放入140℃下的干燥箱中热处理2小时，其含水率降至3%以下。

步骤三、制备塑料薄片：将热塑性塑料加工成厚度为0.02～0.8mm、长度为50～120mm、宽度为10～25mm的塑料薄片。

步骤四、添加偶联剂：使用液态聚二苯基甲烷二异氰酸酯（pMDI）作为偶联剂，偶联剂添加量为木材重量的2%。由目标产品的尺寸（长：800mm，宽：700mm，厚：15mm）、密度（800kg/m³）和原料损耗率(10%)计算得出板坯的重量，再根据木材和偶联剂总重量为板坯重量的90%分别计算得出杨木薄木片和pMDI的重量，以喷涂方式将pMDI施加在木片上。

步骤五、滚筒混合：按板坯总重量的8%称取HDPE塑料薄片，按板坯总重量的2%称取聚氯乙烯（PVC）薄片，将所述热塑料薄片与木质原料共同置于滚筒中混合均匀，获得原料混合物。

步骤六、多层定向铺装：在铺装垫板上铺设二氧化硅脱模纸（厚度为0.76mm），将原料混合物定向铺装在二氧化硅脱模纸上，木片的方向与板坯的轴向成0～30度的夹角，夹角的大小由定向铺装设备上隔板的间距确定。之后，改变定向铺装方向，与前一铺装层角度呈垂直关系继续叠加定向铺装上一层。重复上述步骤，直至完成具有一定厚度和层数的铺装，再进行表层铺装，最终完成板坯铺装。最后在板坯的上表面添加脱膜纸，防止板坯和成型产品与热压机粘连。

步骤七、热压及冷压：试先将油加热的热压机上下板温度稳定在160℃，然后将步骤六中组坯完毕的板坯平移放入平板热压机中，采用厚度控制的办法对板坯进行热压。先将板坯厚度以压机最快速度降至20mm，再用40s将厚度降至目标厚度15mm，后保持些15mm厚度热压10min后关闭加热装置，并向上下热压板通入15℃的冷水，待板坯表面温度降至40℃时缓慢张开压机，取出产品。

步骤八、后期加工：将步骤七中的产品放置在冷却架上，待产品温度降至室温后进行四周裁边。