专利名称：一种木塑复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及复合材料技术，具体为一种以非织造布作为增强材料的木塑复合材料 及其制备方法。
背景技术：
木塑复合材料(WPC)是一类以木质纤维素材料为增强体，以热塑型塑料为基体， 经复合而成的新型材料。它综合了基体和增强体两种材料的双重优势，具有力学性能相对 较好，抗冲击强度较高，耐水、耐潮，耐磨，耐化学腐蚀，尺寸稳定性好等特点。木塑复合材料 在建筑和装饰材料、交通运输、园林景观、家具等方面需求量巨大。但现有的木塑复合材料 存在密度偏大，抗冲击性能差的缺陷。中国专利CN101486267号报道了一种采用两层晶须改性塑料层、植物纤维增强塑 料层来制备一种表面阻燃木塑复合材料板材及其制备方法，其中植物纤维增强塑料层由塑 料粒子、植物纤维混合压延而成。中国专利CN101629022号则利用改性芳纶纤维表面的碳 碳双键和硅烷基与聚烯烃和木粉形成化学键，使得芳纶纤维与聚烯烃具有良好的相容性， 有效地增强了复合材料的界面结合力，使得芳纶纤维增强木塑复合材料同时具有高强度和 高韧性，综合力学性能好，但改性芳纶纤维价格较高，相应的增加了生产成本，不利于普及 使用。中国专利CN101724190A号公开了一种石棉纤维增强的热塑基木塑复合材料及其制 备方法，它采用石棉纤维增强木塑复合材料，取得了一定的效果。上述专利无论是植物纤维增强、改性芳纶纤维增强，还是石棉纤维增强，都采用的 是短纤维，并先采用共混的方式制备预混料，然后制备木塑复合材料。这些方法虽有一定的 增强效果，但是由于所采用的增强材料为短纤维，并且纤维在基体塑料中杂乱分布，并不均 勻，使得实际增强效果没有达到理想值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种木塑复合材料及其 制备方法，该复合材料以非织造布作为增强材料，具有低密度、高强度、抗冲击、成本低等特 点；该制备方法具有工艺简单，适于工业化应用等特点。本发明解决所述复合材料技术问题的技术方案是，设计一种木塑复合材料，其特 征在于该复合材料以克重为20 80g/m2的针刺非织造布作为增强材料，以包括100重量 份的热塑型高聚物和10 60重量份的木粉为组成基体，经复合制成；所述的热塑型高聚物 是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯；所述的木粉粒径为20 300目。本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是，设计一种木塑复合材料的制备 方法，该制备方法采用本发明所述的木塑复合材料组成，先将所述的热塑型高聚物和木粉 在单螺杆挤出机中混合均勻，熔融后，挤出到预先铺设有所述针刺非织造布的模具中，再经 过模压成型，即制得所述以非织造布作为增强材料的木塑复合材料。与现有技术相比，本发明木塑复合材料以针刺非织造布作为增强体，由于针刺非
3织造布具有三维网络结构，纤维与纤维之间相互交缠、勾结，其强度远远大于单纤维的强 度，因此本发明木塑复合材料不仅具有高强的特点，而且具有高抗冲击性能的优点。试验表 明本发明复合材料的拉伸强度可达到96MPa，弯曲强度可达到81. 4MPa，冲击强度可达到 46KJ/m2(参见实施例)。本发明制备方法由于采用针刺非织造布作为增强体，纤维之间相 互交缠、勾结，其强度远大于散纤维的强度，同时由于针刺非织造布具有三维网络结构，因 此使制备的非织造布增强木塑复合材料具有高强度、高抗冲击性能的特点。另外，本发明制 备方法采用了偶氮类发泡剂，使得所制备的非织造布增强木塑复合材料又具有低密度的特 点ο
具体实施例方式下面结合实施例进一步叙述本发明。本发明设计的木塑复合材料(简称复合材料)，其特征在于该复合材料以克重为 20 80g/m2的针刺非织造布作为增强材料，以包括100重量份的热塑型高聚物和10 60 重量份的木粉为组成基体，经复合制成；所述的热塑型高聚物是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯 或聚苯乙烯；所述木粉粒径为20 300目。本发明同时设计了木塑复合材料的制备方法(简称制备方法)。该制备方法采用 本发明所述的木塑复合材料组成，先将所述的热塑型高聚物和木粉在单螺杆挤出机中混合 均勻，熔融后，挤出到预先铺设有所述针刺非织造布的模具中，再经过模压成型，即制得所 述以非织造布作为增强材料的木塑复合材料。本发明复合材料的增强材料克重为20 80g/m2，小于20g/m2的增强材料由于其克 重过小，使得低克重的针刺非织造布产品的均勻性存在缺陷，其增强效果不佳，不宜采用， 而大于80g/m2的针刺非织造布虽然其本身强度优异，但是由于克重相对过大，密度过大，使 得制备针刺非织造布增强木塑复合材料时，木塑预混料向针刺非织造布内部渗透困难，而 最终导致针刺非织造布增强木塑复合材料的整体力学性能下降；同时采用较大克重的针刺 非织造布也增加了成本，因此克重大于80g/m2针刺非织造布也不宜采用。本发明的增强材料之所以选择针刺非织造布而没有选择其他类型非织造布的原 因是针刺非织造布通过刺针的作用使得针刺非织造布中的纤维相互交缠、勾结，使得针刺 非织造布的强度比其它类型的非织造布要大，同时由于针刺非织造布为三位网络结构，使 木塑预混料能够在针刺非织造布中进行很好的流动、渗透，为性能优异的木塑复合材料的 制备奠定了基础。对于适用克重的针刺非织造布而言，本发明优选聚丙烯纤维针刺非织造 布、聚酯纤维针刺非织造布、尼龙针刺非织造布或麻纤维针刺非织造布。本发明复合材料的进一步特征是，所述的热塑型高聚物是回收或弃用的聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯。本发明采用回收或弃用的热塑型高聚物既降低了生产成本、 节约了资源，有利环保，也不影响产品质量和性能。本发明制备方法采用针刺非织造布做增强材料时，其加入方法是将所述克重的针 刺非织造布预先按照设计要求铺设在模具中，然后将基体混合料直接挤出到铺设有针刺非 织造布的模具中，进而模压成型。本发明复合材料的增强工艺设计，可以大幅度提升复合材 料的力学性能，不仅增强效果明显，抗冲击性能提高，同时又可以省去昂贵的偶联剂(参见 中国专利CN101486267)，使工艺简单，成本下降。
本发明复合材料的进一步特征是在复合材料组成中加有5 15重量份的偶氮二 甲酰胺发泡剂。所述发泡剂的添加方法是与所述的热塑型共聚物、木粉同时加入到单螺杆 挤出机中，混合、熔融后，挤出到预先铺设有针刺非织造布的模具中，再经过模压成型，即制 得所述非织造布增强的木塑复合材料。复合材料组成中加入偶氮二甲酰胺发泡剂后，可使 得所制备的复合材料中含有大量的微孔，达到低密度的效果。目前生产的木塑复合材料普遍存在抗冲击强度低、产品密度偏大的缺陷，产品密 度是普通木材的两倍多，过高的密度不仅使其应用场合受到限制，还增加了生产的成本。本 发明的非织造布增强木塑复合材料以偶氮二甲酰胺为发泡剂，它在基体中的分散性好，分 解温度较狭窄、容易控制，分解产生的气体不燃、无毒、不会爆炸、不易液化、扩散速率低；而 现在使用最多的发泡剂是石油醚类和卤代烃类物质，石油醚类物质具有可燃性，而卤代烃 类物质有毒，尤其是氟代脂肪烃，其分解产生的氟化物会破坏地球外围的臭氧层。试验表明 本发明复合材料产品密度比常规复合材料产品可降低30 40%，同时，因材料特殊的泡孔 结构可以产生隔音保温效果，加上针刺非织造布的增强作用，能有效阻止裂痕扩展，而提高 产品的延展性和抗冲击能力。本发明复合材料不仅具有木材和塑料制品的双重优势，而且通过针刺非织造布的 增强处理，赋予了产品高强度、高抗冲击性能的功能，提高了产品附加值。特别是针刺非织 造布和发泡剂的综合运用，使材料的综合力学性能得到了更大程度的提高和改善，并使产 品密度得以较大幅度的降低。因此，本发明产品比普通的纤维增强木塑复合材料具有更广 阔的应用范围，特别是在高要求、高附加值的场所，如高档宾馆、酒店的天花板、地板、隔音 装饰板及高档的家具和办公桌等，另外，还可用在高档汽车、有特殊要求的托盘和集装箱上 等处。本发明未述及之处适用于现有技术。下面给出本发明的具体实施例，本发明申请的权利要求保护范围不受这些具体实 施例的限制。实施例1本实施例中所述的复合材料按重量份由100份聚乙烯、10份粒径为20目的木粉、5 份偶氮二甲酰胺发泡剂构成，经单螺杆挤出机混合、熔融后，注入到预先铺设有克重为20g/ m2的聚丙烯纤维针刺非织造布的模具中，再经过模压成型即得。复合材料制备的具体步骤为(1)将木粉放入鼓风式烘箱中，温度设为100°C，烘 至其含水率低于； (2)在模具中按照设计的要求铺设克重为20g/m2的聚丙烯纤维针刺 非织造布；⑶将100份聚乙烯、粒径为20目的10份木粉、5份偶氮二甲酰胺经单螺杆挤出 机混合、熔融后，注入到预先铺设有聚丙烯纤维针刺非织造布的模具中，模压成型，即得到 所述的复合材料。经测试，该复合材料的拉伸强度为85MPa，弯曲强度为72. 5MPa，冲击强度为38KJ/ m2，密度为 0. 68g/cm3。对比实施例1本实施例中纤维素材料增强塑料复合材料采用的原料只有木粉和聚乙烯两种原 料，重量份与实施例1相同。复合材料制备的具体步骤为(1)将木粉放入鼓风式烘箱中， 温度设为100°c，烘至其含水率低于； (2)将100份聚乙烯、粒径为20目的10份木粉加
5入到单螺杆挤出机中熔融、混合后，注入到模具中，模压成型，即得到所述的木塑复合材料。经测试，该复合材料的拉伸强度为41. 3MPa,弯曲强度为37MPa，冲击强度为 9. 7KJ/m2，密度为 0. 94g/cm3。经对比可以看出，本发明复合材料(实施例1)的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和 密度分别是常规纤维增强复合材料(实施例2)的2. 06倍、1. 96倍、3. 92倍和0. 72倍。实施例2本实施例与实施例1不同的是所述复合材料采用的木粉为30份，粒径为50目，其 余同实施例1。经测试，该复合材料的拉伸强度为83.6MPa，弯曲强度为72. 8MPa，冲击强度为 37. 5KJ/m2，密度为 0. 64g/cm3。实施例3本实施例与实施例1不同的是所述复合材料采用的木粉为40份，粒径为100目， 非织造布为聚酯针刺非织造布，克重为50g/m2，其余同实施例1。经测试，该复合材料的拉伸强度为96MPa，弯曲强度为81. 4MPa，冲击强度为46KJ/ m2，密度 0.71 为 g/cm3。实施例4本实施例与实施例1不同的是所述的复合材料加有15份偶氮二甲酰胺发泡剂，其 余同实施例1。经测试，该复合材料的拉伸强度为80MPa，弯曲强度为71MPa，冲击强度为36KJ/m2， 密度 0. 60 为 g/cm3。实施例5本实施例中所述的复合材料按重量份由100份聚乙烯和粒径为300目的60份木 粉构成，非织造布为尼龙针刺非织造布，克重为80g/m2，其余同实施例1。经测试，该复合材料的拉伸强度为93MPa，弯曲强度为77. 8MPa，冲击强度为41KJ/ m2，密度为 0. 65g/cm3。
权利要求
一种木塑复合材料，其特征在于该复合材料以克重为20～80g/m2的针刺非织造布作为增强材料，以包括100重量份的热塑型高聚物和10～60重量份的木粉为组成基体，经复合制成；所述的热塑型高聚物是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯；所述的木粉粒径为20～300目。
2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述的针刺非织造布为聚丙烯纤 维针刺非织造布、聚酯纤维针刺非织造布、尼龙针刺非织造布或麻纤维针刺非织造布。
3.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述的复合材料组成中加有5 15重量份的偶氮二甲酰胺发泡剂。
4.一种权利要求1所述木塑复合材料的制备方法，该制备方法先将所述的热塑型高聚 物和木粉在单螺杆挤出机中混合均勻，熔融后，挤出到预先铺设有所述针刺非织造布的模 具中，再经过模压成型，即制得所述以非织造布作为增强材料的木塑复合材料。
5.一种权利要求3所述木塑复合材料的制备方法，该制备方法先将所述的热塑型高聚 物和木粉及发泡剂在单螺杆挤出机中混合均勻，熔融后，挤出到预先铺设有所述针刺非织 造布的模具中，再经过模压成型，即制得所述以非织造布作为增强材料的木塑复合材料。
全文摘要
本发明公开一种木塑复合材料及其制备方法。该复合材料特征在于以克重为20～80g/m2的针刺非织造布作为增强材料，以包括100重量份的热塑型高聚物和10～60重量份的木粉为组成基体，经复合制成；所述的热塑型高聚物是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯；所述的木粉粒径为20～300目。该制备方法先将所述的热塑型高聚物和木粉在单螺杆挤出机中混合均匀，熔融后，挤出到预先铺设有所述针刺非织造布的模具中，再经过模压成型，即制得所述的木塑复合材料。
文档编号C08J9/10GK101982488SQ20101051535
公开日2011年3月2日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者任元林, 刘晓辉, 刘玉桂, 康卫民, 程博闻, 董二莹, 金银山 申请人:天津工业大学