本发明涉及新材料应用和PVC生物质材料，具体涉及一种高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材及其制备方法。
背景技术：
PVC建筑板材属于环保产品，加工工艺已非常成熟，该材料可回收再利用，在促进资源循环、节能减排、经济可持续发展等方面，能带来较好的经济效益和社会效应。但现有PVC建筑板材与市场上的木制建筑模板相比，还存在生产成本高，性价比低，夏季高温易变形，寒冷地区施工易碎、易开裂、导致重复利用次数少等缺点，从而限制其应用地域。我国是一个木材资源需求大国，但森林资料缺乏，现已禁止滥砍滥伐，而建筑和家居市场对木材的需求在逐年增加，要缓解这个凸显的矛盾，以塑代木是必然趋势，新型PVC木塑材料如能降低生产成本、提高机械性能、改善特殊性能，将会使这一矛盾得以解决。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，尤其是解决现有技术生产的PVC木塑发泡产品生产成本高，性价比低，夏季高温易变形，寒冷地区施工易碎、易开裂、导致重复利用次数少的缺陷，提供一种高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材及其制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，
本发明之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材，按重量份数计，主要由以下原材料制备而成：PVC（聚氯乙烯）:100份，CPVC（氯化聚氯乙烯）:5-80份（优选10-40份），秸秆纤维粉:5-60份（优选10-30份），增韧剂:2-15份，功能性填料：5-100份（优选10-80份），稳定剂: 3-6份，发泡剂：0.2-3.0份（优选0.5-2.5份），发泡调节剂：3-12份，内润滑剂：0.3-2.0份，外润滑剂：0.3-2.0份。
所述PVC，优选PVC树脂，更优选SG-8树脂、SG-5树脂中的至少一种。
所述PVC，优选为SG-7型。
所述PVC，也可为SG-7型、SG-8树脂、SG-5树脂中的至少一种。
所述CPVC，优选CPVC树脂，更优选氯含量为63-67wt%的CPVC树脂。
所述秸秆纤维粉为过60目筛（优选过120目筛）的农作物秸秆纤维粉，优选棉杆纤维粉。
所述增韧剂优选丙烯酸酯类新型高冲击增韧剂ACM，更优选ACM-J9。
ACM是轻度氯化的HDPE和丙烯酸酯接枝形成的互穿网络共聚物，能克服CPE产品玻璃化温度高、分散性差的缺点，能够赋予产品更好的韧性和低温抗冲性能，同时还能提高产品的耐候性。
所述功能性填料按如下步骤制备：
1）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入20-30g苯乙烯、150-200g甲基丙烯酸甲酯、10-20g对氯甲基苯乙烯、3-8g引发剂偶氮二异丁腈、80-90mL四氢呋喃,搅拌,升温至80-85℃,保温2-3小时后，将反应混合物倒入甲醇中,过滤,所得滤渣为固型物苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA），将滤渣在80-100℃真空干燥（优选真空度小于-0.06MPa）18-24小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）；
2）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入步骤1）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体80-120g,用300-320mL四氢呋喃（THF）溶解,加入8-12g质量浓度为30-32%的三甲胺水溶液,升温至50-52℃，搅拌2-3小时,升温至60-70℃，保温30-40分钟，除去过量的三甲胺,然后用旋转蒸发仪脱溶,将得到的固形物于80-100℃真空（优选真空度小于-0.06MPa）干燥18-24小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐；
3）称取150-200g蒙脱土,加入1000-1200mL水,搅拌20-24小时,加入400-450mL四氢呋喃,搅拌l小时以上,得蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液，备用；称取步骤2）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐30-60g，溶于400-450mL四氢呋喃中,得苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液，将苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液滴入蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液中,搅拌20-24小时,静置过滤,将所得滤渣固体于80-100℃真空干燥，过100目筛，得到功能性填料，备用。
所述稳定剂优选为稀土复合稳定剂、钙锌稳定剂、有机锡稳定剂等中的至少一种。
所述发泡剂优选为偶氮二甲酰胺（AC）、碳酸氢钠（NC）中的至少一种。更优选发泡剂AC-2002、发泡剂MS-109中的至少一种。
所述发泡调节剂优选特性粘度12.15±0.35ml/g的丙烯酸酯聚合物（ACR），更优选HL-905。
所述内润滑剂优选为脂肪醇二羧酸酯（60Y）、硬脂酸（1801）中的至少一种。所述外润滑剂优选为氧化聚乙烯蜡（OA6）、PE蜡中的至少一种。
本发明之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）以重量份计，将PVC:100份，CPVC:5-80份，秸秆纤维粉:5-60份，增韧剂:2-15份，功能性填料：5-100份，稳定剂：3-6份，发泡剂：0.2-3份，发泡调节剂：3-12份，内润滑剂：0.3-2.0份，外润滑剂：0.3-2.0份；投入高混机中，混合均匀后，温度达到110-120℃时，将混合物从高混机转到低速冷混锅，将温度降到60℃以下，得到混合料；
（2）将混合料在异向锥形双螺杆挤出机中混炼挤出；
（3）将挤出材料通过加热模具后再冷却定型；
（4）定型冷却后的材料通过辅机牵引，切割成一定尺寸的产品。
所述高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材的制备方法，异向锥形双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为130-200℃，主机转数为17-25rpm，喂料速度为16-28rpm，熔体压力为12-16MPa，牵引速度为280-340 rpm，步骤（4）中，模具加热温度为160-200℃。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明加入功能性填料，使得PVC发泡时体系变稳定，板材的耐热性、耐老化性能显著提高；
2、该发泡材料耐腐蚀性能明显增加，能拓宽产品的应用领域；
3、产品的强度、冲击性能都优于目前市场PVC发泡板材；
4、利用农作物秸秆粉替代传统的木粉，既节约森林资源又能解决秸秆焚烧的问题。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
按重量份数计，本实施例之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材配方组成如下表1：
所述CPVC为氯含量63wt%的CPVC树脂。
所述秸秆纤维粉为过60目筛的农作物棉杆纤维粉。
所述增韧剂为丙烯酸酯类新型高冲击增韧剂ACM-J9。
所述功能性填料按如下步骤制备：
1）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入20g苯乙烯、150g甲基丙烯酸甲酯、10g对氯甲基苯乙烯、3g引发剂偶氮二异丁腈、80mL四氢呋喃,搅拌,升温至80℃,保温2小时后，将反应混合物倒入甲醇中,过滤,所得滤渣为固型物苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA），将滤渣在80℃真空干燥24小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）；
2）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入步骤1）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体80g,用300mL四氢呋喃（THF）溶解,加入8g质量浓度为30%的三甲胺水溶液,升温至50℃，搅拌2小时,升温至60℃，保温30分钟，除去过量的三甲胺,然后用旋转蒸发仪脱溶,将得到的固形物于80℃真空（真空度为-0.07MPa）干燥18小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐；
3）称取150g蒙脱土,加入1000mL水,搅拌20小时,加入400mL四氢呋喃,搅拌l小时,得蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液，备用；称取步骤2）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐30g，溶于400mL四氢呋喃中,得苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液，将苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液滴入蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液中,搅拌20小时,静置过滤,将所得滤渣固体于80℃真空干燥，过100目筛，得到功能性填料，备用。
所述稳定剂为稀土复合稳定剂。
所述发泡调节剂为特性粘度12.15±0.05ml/g的丙烯酸酯聚合物HL-905。
所述内润滑剂为脂肪醇二羧酸酯。所述外润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
本实施例之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）以重量份计，将上述原料投入高混机中，混合均匀后，温度达到110-120℃时，将混合物从高混机转到低速冷混锅，将温度降到60℃以下，得到混合料；
（2）将混合料在异向锥形双螺杆挤出机中混炼挤出；
（3）将挤出材料通过加热模具后再冷却定型；
（4）定型冷却后的材料通过辅机牵引，切割成一定尺寸的产品。
本实施例中异向锥形双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为一区175℃，二区175℃，三区172℃，四区165℃，合流芯150℃,模头一区178℃，模头二区178℃，模头三区175℃，模头四区175℃，模头五区178℃，模头六区178℃，模头七区185℃，模头八区185℃，主机转数为24rpm，喂料速度为26rpm，熔体压力为13.8MPa，牵引速度为336 rpm。
实施例1所得产品的性能如下表所示，老化性能按GB/T24508-2009规定的检测方法，其他性能按GB/T29500-2013规定的检测方法。
实施例2
按重量份数计，本实施例之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材配方组成如下表：
所述PVC，为SG-7型。
所述CPVC，为氯含量67wt%的CPVC树脂。
所述秸秆纤维粉为过80目筛的棉杆纤维粉。
所述增韧剂为丙烯酸酯类新型高冲击增韧剂ACM-J9。
所述功能性填料按如下步骤制备：
1）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入30g苯乙烯、200g甲基丙烯酸甲酯、20g对氯甲基苯乙烯、8g引发剂偶氮二异丁腈、90mL四氢呋喃,搅拌,升温至85℃,保温3小时后，将反应混合物倒入甲醇中,过滤,所得滤渣为固型物苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA），将滤渣在100℃真空干燥18-24小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）；
2）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入步骤1）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体120g,用320mL四氢呋喃（THF）溶解,加入12g质量浓度为32%的三甲胺水溶液,升温至52℃，搅拌3小时,升温至70℃，保温40分钟，除去过量的三甲胺,然后用旋转蒸发仪脱溶,将得到的固形物于100℃真空（真空度为-0.08MPa）干燥24小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐；
3）称取200g蒙脱土,加入1200mL水,搅拌24小时,加入450mL四氢呋喃,搅拌l小时,得蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液，备用；称取步骤2）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐60g，溶于450mL四氢呋喃中,得苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液，将苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液滴入蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液中,搅拌24小时,静置过滤,将所得滤渣固体于100℃真空干燥，过100目筛，得到功能性填料，备用。
所述稳定剂为钙锌稳定剂。
所述发泡剂为发泡剂MS-109。
所述发泡调节剂为特性粘度12.15±0.15ml/g的丙烯酸酯聚合物HL-905。
所述内润滑剂为硬脂酸。所述外润滑剂为PE蜡。
本实施例之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）以重量份计，将上述原料投入高混机中，混合均匀后，温度达到110-120℃时，将混合物从高混机转到低速冷混锅，将温度降到60℃以下，得到混合料；
（2）将混合料在异向锥形双螺杆挤出机中混炼挤出；
（3）将挤出材料通过加热模具后再冷却定型；
（4）定型冷却后的材料通过辅机牵引，切割成一定尺寸的产品。
本实施例中异向锥形双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为一区175℃，二区175℃，三区172℃，四区165℃，合流芯150℃, 模头一区178℃，模头二区178℃，模头三区175℃，模头四区175℃，模头五区178℃，模头六区178℃，模头七区185℃，模头八区185℃，主机转数为23.5rpm，喂料速度为25.5rpm，熔压为14.8MPa，牵引速度为328 rpm。
实施例2所得产品的性能如下表所示，老化性能按GB/T24508-2009规定的检测方法，其他性能按GB/T29500-2013规定的检测方法。
实施例3
按重量份数计，本实施例之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材配方组成如下表：
所述PVC，为SG-5树脂。
所述CPVC，为氯含量65wt%的CPVC树脂。
所述秸秆纤维粉为过120目筛棉杆纤维粉。
所述增韧剂为丙烯酸酯类新型高冲击增韧剂ACM -J9。
所述功能性填料按如下步骤制备：
1）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入25g苯乙烯、175g甲基丙烯酸甲酯、15g对氯甲基苯乙烯、5g引发剂偶氮二异丁腈、85mL四氢呋喃,搅拌,升温至82℃,保温3小时后，将反应混合物倒入甲醇中,过滤,所得滤渣为固型物苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA），将滤渣在90℃真空干燥20小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）；
2）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入步骤1）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体100g,用300mL四氢呋喃（THF）溶解,加入10g质量浓度为30%的三甲胺水溶液,升温至51℃，搅拌2小时,升温至65℃，保温35分钟，除去过量的三甲胺,然后用旋转蒸发仪脱溶,将得到的固形物于90℃真空（真空度-0.08MPa）干燥20小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐；
3）称取180g蒙脱土,加入1200mL水,搅拌22小时,加入400mL四氢呋喃,搅拌1.5小时,得蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液，备用；称取步骤2）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐40g，溶于400mL四氢呋喃中,得苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液，将苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液滴入蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液中,搅拌22小时,静置过滤,将所得滤渣固体于90℃真空干燥，过100目筛，得到功能性填料，备用。
所述稳定剂为有机锡稳定剂。
所述发泡剂为碳酸氢钠。
所述发泡调节剂为特性粘度12.15±0.25ml/g的丙烯酸酯聚合物HL-905。
所述内润滑剂为硬脂酸。所述外润滑剂为PE蜡。
本实施例之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）以重量份计，将上述原料投入高混机中，混合均匀后，温度达到110-120℃时，将混合物从高混机转到低速冷混锅，将温度降到60℃以下，得到混合料；
（2）将混合料在异向锥形双螺杆挤出机中混炼挤出；
（3）将挤出材料通过加热模具后再冷却定型；
（4）定型冷却后的材料通过辅机牵引，切割成一定尺寸的产品。
本实施例中异向锥形双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为一区175℃，二区175℃，三区172℃，四区165℃，合流芯150℃, 模头一区178℃，模头二区178℃，模头三区175℃，模头四区175℃，模头五区178℃，模头六区178℃，模头七区185℃，模头八区185℃，主机转数为19.5rpm，喂料速度为20.9rpm，熔压为12.8MPa，牵引速度为294 rpm。
实施例3所得产品的性能如下表所示，老化性能按GB/T24508-2009规定的检测方法，其他性能按GB/T29500-2013规定的检测方法。
实施例4
按重量份数计，本实施例之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材配方组成如下表：
所述PVC，为SG-5树脂。
所述CPVC，为氯含量65wt%的CPVC树脂。
所述秸秆纤维粉为过100目筛的棉杆纤维粉。
所述增韧剂为丙烯酸酯类新型高冲击增韧剂ACM-J9。
所述功能性填料按如下步骤制备：
1）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入30g苯乙烯、200g甲基丙烯酸甲酯、20g对氯甲基苯乙烯、8g引发剂偶氮二异丁腈、90mL四氢呋喃,搅拌,升温至85℃,保温3小时后，将反应混合物倒入甲醇中,过滤,所得滤渣为固型物苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA），将滤渣在100℃真空干燥24小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）；
2）在装有温度计、冷凝管、机械搅拌装置的三颈瓶中，加入步骤1）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体120g,用320mL四氢呋喃（THF）溶解,加入12g质量浓度为32%的三甲胺水溶液,升温至52℃，搅拌3小时,升温至70℃，保温40分钟，除去过量的三甲胺,然后用旋转蒸发仪脱溶,将得到的固形物于100℃真空（真空度为-0.08MPa）干燥24小时，得到固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐；
3）称取200g蒙脱土,加入1200mL水,搅拌24小时,加入450mL四氢呋喃,搅拌l小时,得蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液，备用；称取步骤2）所得固体苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐60g，溶于450mL四氢呋喃中,得苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液，将苯乙烯甲基丙烯酸甲酯寡聚体（PSMMA）季铵盐-四氢呋喃溶液滴入蒙脱土-水-四氢呋喃悬浮液中,搅拌20小时,静置过滤,将所得滤渣固体于80℃真空干燥，过100目筛，得到功能性填料，备用。
所述稳定剂为稀土复合稳定剂。
所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
所述发泡调节剂为特性粘度12.15±0.05ml/g的丙烯酸酯聚合物HL-905。
所述内润滑剂为脂肪醇二羧酸酯。所述外润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
本实施例之高强度耐冲击耐候型PVC建筑板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）以重量份计，将上述原料投入高混机中，混合均匀后，温度达到110-120℃时，将混合物从高混机转到低速冷混锅，将温度降到60℃以下，得到混合料；
（2）将混合料在异向锥形双螺杆挤出机中混炼挤出；
（3）将挤出材料通过加热模具后再冷却定型；
（4）定型冷却后的材料通过辅机牵引，切割成一定尺寸的产品。
本实施例中异向锥形双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为一区175℃，二区175℃，三区172℃，四区165℃，合流芯150℃, 模头一区178℃，模头二区178℃，模头三区175℃，模头四区175℃，模头五区178℃，模头六区178℃，模头七区185℃，模头八区185℃，主机转数为21.5rpm，喂料速度为22.4rpm，熔压为13.5MPa，牵引速度为308 rpm。
实施例4所得产品的性能如下表所示，老化性能按GB/T24508-2009规定的检测方法，其他性能按GB/T29500-2013规定的检测方法。
对比例
按重量份数计，目前市场以碳酸钙为填料的通用型PVC建筑板材配方组成如下表：
所述PVC，为SG-5树脂。
所述秸秆纤维粉为过100目筛的棉杆纤维粉。
所述增韧剂为丙烯酸酯类新型高冲击增韧剂ACM-J9。
所述稳定剂为稀土复合稳定剂。
所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
所述发泡调节剂为特性粘度12.15±0.05ml/g的丙烯酸酯聚合物HL-905。
所述内润滑剂为脂肪醇二羧酸酯。所述外润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
运用上述配方生产的PVC建筑板材的制备方法如下：
步骤1，将上表中组份物料投入高混机中高速充分混合，温度达到110-120℃，后将混合物从高混机转到低速冷混锅，将温度降到60℃以下，得到混合料；
步骤2，将混合料在异向锥形双螺杆挤出机中混炼挤出；
步骤3，将挤出材料通过加热模具后再冷却定型；
步骤4，定型冷却后的材料通过辅机牵引、切割成一定尺寸的产品。
本实施例中异向锥形双螺杆挤出机工艺参数如下：加工温度为一区175℃，二区175℃，三区172℃，四区165℃，合流芯150℃, 模头一区178℃，模头二区178℃，模头三区175℃，模头四区175℃，模头五区178℃，模头六区178℃，模头七区185℃，模头八区185℃，主机转数为21.5rpm，喂料速度为22.4rpm，熔压为13.5MPa，牵引速度为308 rpm。
本对比例所得产品的物理性能如下表所示，老化性能按GB/T24508-2009规定的检测方法，其他性能按GB/T29500-2013规定的检测方法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。