一种仿天然木纹表面木塑材料及其生产方法与流程

本发明涉及木塑生产技术领域，尤其涉及了一种仿天然木纹表面木塑材料及其生产方法的设计。

背景技术：

木塑材料是一种近几年才发展起来的一种新型环保材料，具有较好的弹性；应用也相当广泛。然而，木塑材料也有无法忽视的缺点，最常见的问题就是耐热性和耐紫外线能力较差，在长时间处于强阳光下或过热环境时，木塑材料容易褪色变形，甚至开裂。同时由原料本身决定了木塑材料质地较脆，韧性不够，抗冲击能力不强。并且目前市场上的非共挤木塑主要以均匀一色为主，表面处理往往只采用砂皮打磨或钢刷去皮拉丝，使表面形成粗犷的木质感，但缺少天然的明暗相间的木纹理，使表面质感不够逼真。在此基础上，也有生产商为追求木纹效果，使用雕刻有仿木纹的金属辊轮，在加热的条件下，去滚压打磨后的木塑表面，以便获得木塑表面的仿木条纹。但这种方式有几个缺点，主要是花纹浅，不耐刮擦，难以维护，真实感不足等。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中抗紫外线能力差，颜色花纹失真的缺点，提供了一种仿天然木纹表面木塑材料及其生产方法。

本发明解决了抗紫外线能力差，颜色花纹失真的问题，本设计方案添加高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和马来酸酐接枝聚烯烃弹性体来增强木塑材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度，提高了木塑材料的抗冲击能力，减少了使用过程中开裂和变形问题的产生，延长使用寿命。又添加了抗紫外剂、抗氧剂和防霉抗菌剂来减少紫外线和氧气对木塑材料的侵蚀和氧化，同时长效保护木塑材料中的木纤维，避免因其腐坏导致木塑材料老化。并通过色母和加工工艺，结合添加孔板装置和流道选装装置，使得到的木塑材料颜色和花纹更真实自然，触感更立体。同时通过在色母中添加特殊的改性荧光显色助剂，使得制备的木塑产品在黑暗的环境中既能呈现美丽多姿的花纹，又起到昏暗光线下的显色警示作用。由此得到的木塑材料不仅能作为仿天然木材的轻质建材，更体现出其特殊性功能价值。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种仿天然木纹表面木塑材料，以重量份数计，原料包括基础木塑物料80-99.9份，色母0.1-20份；基础木塑物料原料包括聚乙烯25-50份，木粉或其他包含植物纤维的粉末35-70份，润滑剂0.8-3份，马来酸酐接枝聚乙烯1-5份，抗氧剂0.3-1份，抗紫外剂0.3-1份，防霉抗菌剂0.5-1份；色母原料包括分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯30-60份，色粉5-40份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体1-5份，尼龙5-30份，抗氧剂0.3-1份，抗紫外剂0.3-1份，防霉抗菌剂0.5-1份，荧光显色剂1-20份。

润滑剂用于在物料熔融挤出过程中降低融压，提高流动性，得到适宜的物料挤出速度。由于木纤维表面含有大量的极性羟基和酚羟基等，表现出亲水性，而塑料为非极性的疏水物质，导致两者的界面结合力小，相容性差。加入马来酸酐接枝聚乙烯作为偶联剂改善了相容性差的问题，增大了木塑材料的弹性模量和弯曲性能。抗紫外剂和抗氧剂能够有效地减少木塑材料被紫外线侵蚀和被氧化，有效延长木塑材料的使用寿命，减缓老化。防霉抗菌剂能够长效防止木塑材料中的木纤维腐朽，有效延长木塑材料的使用寿命。分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯加工温度较低，能够有效避免加工过程中木粉的炭化，高密度聚乙烯分子链柔性好，变形能力强，能够有效提高木塑材料的抗冲击能力和弯曲强度。

色母选用的聚乙烯，熔指要比基础木塑物料的聚乙烯熔指小，分子量大，相对难融；引进的尼龙，更比聚乙烯熔点高，使得在木塑成型工艺中，充分利用两种物料体系熔点和流动性差异而使得色母按照一定轨迹自然显色。但同时要兼顾尼龙和聚乙烯之间的相容性，引入马来酸酐接枝聚烯烃弹性体作为桥梁，使得两相界面之间即因为熔点和流动性差异而分界，但一定的相容性避免了界面间彼此分界明显，形成一个过度区域，使得勾色效果更加柔和、自然。另外马来酸酐接枝聚烯烃弹性体的加入能够提高木塑材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，有效减少使用过程中出现的开裂和变形现象，延长使用寿命。

作为优选，基础木塑物料原料还包括不大于20份的填充物，不大于5份的颜料；色母原料还包括不大于50份的木粉或其他包含植物纤维的粉末，不大于20份的填充物；其中填充物为滑石粉或碳酸钙或云母石或硅灰石。滑石粉等物质皆具有润滑性、抗黏、助流、熔点高、遮盖力良好、柔软、光泽好、吸附力强等优良的性质，适合作为填充物节约成本，同时能够在一定程度上提高材料的强度。

其中，一种制备上述仿天然木纹表面木塑材料的方法，包括以下步骤：

第一步，将聚乙烯，木粉或其他包含植物纤维的粉末，填充物，润滑剂，马来酸酐接枝聚乙烯，抗氧剂，抗紫外剂，防霉抗菌剂，颜料经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到木塑基础物料。

第二步，将高密度聚乙烯，木粉或其他包含植物纤维的粉末，填充物，色粉，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体，尼龙，抗氧剂，抗紫外剂，防霉抗菌剂，荧光显色剂经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到色母。

第三步，在挤出机和模具之间安装有流道选装装置，在流道选装装置和模具之间安装有孔板装置。

第四步，将基础木塑物料和色母充分混合后加入挤出机料斗，或者只有基础木塑物料加入挤出机料斗，色母采用侧喂料的方式加入挤出机；通过挤出机和模具挤出成型。

通过料斗向挤出机内添加原料时，由于多种材料堆密度不同，尤其加粉料时容易分层，容易造成成品的组份不均匀。此时可以采用侧向进料的方式，从物料熔融段加入原料，原料一进入挤出机机筒即被已熔融的物料包裹、混和，避免了螺杆和机筒的磨损，更减少了因磨擦造成的能量浪费，有效地提高了产量和生产效率，降低了生产成本。

作为优选，还包括第五步，模具出来的型材通过热压工艺压出花纹，经冷却、切割，再利用滚轮刷对型材表面进行打磨。通过第五步对型材表面进行压花和打磨处理，能够在木塑材料表面压出花纹，使得成品更加美观。打磨过程对刚挤出的型材表面进行打磨或抛光，使得型材表面呈现哑光或者亮光效果，满足不同的使用需求，同时去除在挤出过程中可能形成的毛刺。

作为优选，孔板装置为板状结构，板面上有若干通孔。该装置的关键点在于多孔结构，使得勾色色母经过每个小孔时，因为摩擦力和切向力，将勾色纹理按照直线装轨迹行进。

作为优选，流道选装装置内有物料流动通道，物料流动通道绕流道选装装置轴心螺旋旋转；或者物料流动通道的轴心和流道选装装置的轴心平行，物料流动通道中段向轴心凹陷；物料流经通道时的进口绝对压力和出口绝对压力的比值为1.2-4。该装置的作用在于使得已呈直线行进的花纹，在反向压力反流及旋转力的共同作用下，以“s”型轨迹行进，使得勾色纹理更贴近天然木纹，勾色木纹更加自然逼真。天然的木纹，往往是各向不规则的，且整体去向直线的条纹，而流道选装装置的目的，就是让混合流体，通过螺旋旋转，或者局部改变流体方向，能够打破流体的完全直线行走路线。因此，该装置没有一个严格的结构，只是通过无序的打乱流体直线前进轨迹，以达成比较接近天然的无序木纹效果。

作为优选，热压工艺采用刻有天然木纹的金属滚轮，在50-200℃的加热温度下对材料进行花纹压制。刚出模具的勾色木塑板，因为余热尚未冷却，材料处于半软化状态，此时使用刻有特殊木纹的金属滚轮，在50-200℃加热温度下，使用一定压力压制花纹，使得半软物料在花棍表面金属纹理间隙中较好的充满，压制的凹凸花纹线条圆润，纹理深，纹路更有立体感；再立即冷却，加速表面结皮，使得花纹有更好的表面硬度，加强耐磨。

作为优选，打磨采用的滚轮刷上有掺杂有金刚砂的，直径为1-3mm的尼龙丝条。柔软的尼龙避免了花纹的损伤，硬质、细密的金刚砂将光亮面打磨成哑光效果，使得成品表面具有更自然的木质感。

作为优选，制备色母时，造粒机的塑化温度为130-220℃；制备木塑基础物料时，造粒机的塑化温度为150-260℃。在此温度下，制备的粒子既保持性质稳定，又容易成型，不发生粘连。

作为优选，型材挤出成型时，螺杆温度为130-240℃，模具温度为130-180℃。在此温度下，利于挤出的型材及时进行热压，保证了压制的花纹的清晰度和深度，同时避免了材料在离开挤出机后就软化变形。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：提高了木纤维和塑料之间的相容性，增强了木塑材料的弯曲性能、拉伸性能以及抗冲击能力，减少了木塑材料在使用过程中的断裂和变形问题。为木塑材料增加了抗紫外线、抗氧化能力，同时能够防霉抗菌，减缓了木塑材料的老化过程，延长使用寿命。木塑材料纹路更加清晰、自然，线条柔和，纹理更深，实现了逼真的仿木纹理效果，纹路更耐磨、耐用。材料表面呈现清晰、华丽的哑光质感，更贴近于天然木材。在黑暗的环境中有荧光效果，既能呈现美丽多姿的花纹，又起到昏暗光线下的显色警示作用。

附图说明

图1是本发明实施例1生产线示意图。

图2是本发明实施例1流道选装装置示意图。

图3是本发明实施例1孔板装置示意图。

图4是高密度聚乙烯含量对木塑弹性模量影响的变化曲线图。

图5是高密度聚乙烯含量对木塑弯曲强度影响的变化曲线图。

图6是本发明实施例2流道选装装置示意图。

图7是本发明实施例2孔板装置示意图。

图8是马来酸酐接枝聚乙烯含量对木塑弯曲强度影响的变化曲线图。

图9是马来酸酐接枝聚乙烯含量对木塑拉伸强度影响的变化曲线图。

图10是马来酸酐接枝聚乙烯含量对木塑冲击强度影响的变化曲线图。

图11是本发明实施例3流道选装装置示意图

图12是马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量对木塑弯曲强度影响曲线图。

图13是马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量对木塑拉伸强度影响曲线图。

图14是马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量对木塑冲击强度影响曲线图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1—流道选装装置、2—孔板装置。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，一种仿天然木纹表面木塑材料生产方法，首先，以重量份数计，将聚乙烯40份，木粉40份，填充物10份，润滑剂3份，马来酸酐接枝聚乙烯1份，抗氧剂1份，抗紫外剂1份，防霉抗菌剂1份，颜料3份经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到木塑基础物料，造粒机的塑化温度为150-260℃。

接着，以重量份数计，将高密度聚乙烯40份，木粉40份，填充物5份，色粉3份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体2份，尼龙4份，抗氧剂1份，抗紫外剂1份，防霉抗菌剂1份，荧光显色剂3份经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到色母，造粒机的塑化温度为175℃。制备木塑基础物料和色母材料时使用的造粒机为平行同向双螺杆造粒机。

再接着，在挤出机和模具之间安装有流道选装装置1，在流道选装装置1和模具之间安装有孔板装置2。

然后，以重量份数计，取基础木塑物料95份，色母5份；将基础木塑物料和色母充分混合后加入挤出机料斗通过挤出机和模具挤出成型；型材挤出成型时，螺杆温度为185℃，模具温度为155℃。挤出成型时使用的挤出机为锥形异向双螺杆挤出机。

最后，从模具挤出的木塑材料通过热压工艺压出花纹，经冷却、切割，再利用滚轮刷对型材表面进行打磨。热压工艺采用刻有天然木纹的金属滚轮，在125℃的加热温度下对型材进行花纹压制。打磨采用的滚轮刷上有掺杂有金刚砂的，直径为1-3mm不等的尼龙丝条。

如图2所示，虚线代表透视部分，流道选装装置1内有物料流动通道，通道轴心和流道选装装置1轴心平行，通道中段向轴心凹陷；物料流经通道时的进口绝对压力和出口绝对压力的比值为3。该装置的作用在于使得已呈直线行进的花纹，在反向压力反流及旋转力的共同作用下，以“s”型轨迹行进，使得勾色纹理更贴近天然木纹，勾色木纹更加自然，逼真。天然的木纹，往往是各向不规则的，且整体去向直线的条纹，而流道选装装置的目的，就是让混合流体，通过螺旋旋转，或者局部改变流体方向，能够打破流体的完全直线行走路线。因此，该装置没有一个严格的结构，只是通过无序的打乱流体直线前进轨迹，以达成比较接近天然的无序木纹效果。

如图3所示，孔板装置2为板状结构，板面上有若干通孔。该实施例中通孔形状为圆形，该装置的关键点在于多孔结构，使得勾色色母经过每个小孔时，因为摩擦力和切向力，将勾色纹理按照直线装轨迹行进。

如图4所示，原料中高密度聚乙烯的含量不同，所得到的木塑材料性能也不同。随着高密度聚乙烯含量增加，所得到的木塑材料弹性模量也随之增大，在高密度聚乙烯含量在20％-40％之间时，能得到弹性模量较好的木塑材料。含量超过40％之后弹性模量又会下降。本实施例中高密度聚乙烯含量约占原料总重的40％，所得到的木塑材料具备较好的弹性模量。该配方能够有效的减少木塑材料由于长期使用或者用力撞击产生变形的问题。

如图5所示，随着高密度聚乙烯含量增加，所得到的木塑材料弯曲强度也随之增大，在高密度聚乙烯含量在40％时，能得到最佳的弯曲强度。含量超过40％之后弯曲强度就会下降。本实施例中高密度聚乙烯含量约占原料总重的40％，所得到的木塑材料具备最佳的弯曲强度。该配方能够增大木塑材料的强度，减少木塑材料由于长期使用或者用力撞击产生断裂的情况。

实施例2

本实施例中的一种仿天然木纹表面木塑材料，以重量份数计，原料包括基础木塑物料95份，色母5份；基础木塑物料原料包括聚乙烯40份，木粉40份，润滑剂3份，填充物10份，颜料3份，马来酸酐接枝聚乙烯5份，抗氧剂1份，抗紫外剂1份，防霉抗菌剂1份；色母原料包括分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯40份，木粉40份，填充物5份，色粉3份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体2份，尼龙4份，抗氧剂1份，抗紫外剂1份，防霉抗菌剂1份，荧光显色剂3份。

如图6所示，虚线代表透视部分，流道选装装置1内有物料流动通道，本实施例中通道绕流道选装装置1轴心螺旋旋转；物料流经通道时的进口绝对压力和出口绝对压力的比值为3。该装置的作用在于使得已呈直线行进的花纹，在反向压力反流及旋转力的共同作用下，以“s”型轨迹行进，使得勾色纹理更贴近天然木纹，勾色木纹更加自然，逼真。

如图7所示，孔板装置2为板状结构，板面上有若干通孔。该实施例中通孔形状为矩形，该装置的关键点在于多孔结构，使得勾色色母经过每个小孔时，因为摩擦力和切向力，将勾色纹理按照直线装轨迹行进。

如图8所示，添加马来酸酐接枝聚乙烯后，产品的弯曲强度有显著增加，当含量到达5％时，木塑材料的弯曲强度达到最大，相比未添加马来酸酐接枝聚乙烯的木塑材料，弯曲强度大约提高了68％。当含量达到8％时，弯曲强度大约提高了60％。也就是说，随着马来酸酐接枝聚乙烯含量的增大，木塑材料的弯曲强度呈现先增强后减弱的趋势。这是因为高密度聚乙烯是非极性聚合物，它们与木粉之间的相容性差，当其直接与木粉复合制备木塑材料时，材料的性能较低。当引入极性酸酐基团后，其与木粉的羟基之间形成酯键。然而当马来酸酐接枝聚乙烯含量增加时，极性酸酐基团之间的相互作用增强，会影响木粉与基体的界面结合，因而导致性能下降。

在本实施例中，马来酸酐接枝聚乙烯含量约为5％，此时木塑材料具有最佳弯曲强度，能够有效减少木塑材料在使用过程中产生的开裂和变形的问题，减缓材料老化，延长使用寿命。

如图9所示，未添加马来酸酐接枝聚乙烯时，木塑材料的拉伸强度较低，当马来酸酐接枝聚乙烯含量达到5％时，木塑材料具有最大的拉伸强度，大约比未添加时增加了56％，然而当含量达到8％时，拉伸强度急剧下降。随着马来酸酐接枝聚乙烯含量的增大，木塑材料的拉伸强度呈现先增强后减弱的趋势。本实施例中，马来酸酐接枝聚乙烯的含量约为5％，此时木塑材料具有最佳的拉伸强度，能够有效减少木塑材料在使用过程中产生的开裂和变形的问题，减缓材料老化，延长使用寿命。

如图10所示，当添加的马来酸酐接枝聚乙烯含量为5％时，相比未添加时的木塑材料冲击强度大约增加了13％，得到最大的冲击强度。当含量为8％时，木塑材料的冲击强度相比未添加时仅增加了4％。随着马来酸酐接枝聚乙烯含量的增大，木塑材料的冲击强度呈现先增强后减弱的趋势。在本实施例中，马来酸酐接枝聚乙烯的含量约为5％，此时木塑材料具有最佳的冲击强度，能够有效提高木塑材料在使用过程中抗冲击能力，有效延长使用寿命。

其余皆与实施例1相同。

实施例3

本实施例中的一种仿天然木纹表面木塑材料，以重量份数计，原料包括基础木塑物料95份，色母5份；基础木塑物料原料包括聚乙烯40份，木粉40份，润滑剂3份，填充物10份，颜料3份，马来酸酐接枝聚乙烯5份，抗氧剂1份，抗紫外剂1份，防霉抗菌剂1份；色母原料包括分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯40份，木粉40份，填充物5份，色粉3份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体5份，尼龙2份，抗氧剂1份，抗紫外剂1份，防霉抗菌剂1份，荧光显色剂2份。

如图11所示，虚线代表透视部分，流道选装装置1内有物料流动通道，通道绕流道选装装置1轴心螺旋旋转；物料流经通道时的进口绝对压力和出口绝对压力的比值为3。本实施例的流道选装装置1与实施例2中相比，物料流动通道之间的距离更大。该装置的作用在于使得已呈直线行进的花纹，在反向压力反流及旋转力的共同作用下，以“s”型轨迹行进，使得勾色纹理更贴近天然木纹，勾色木纹更加自然，逼真。

如图12所示，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量对木塑材料弯曲性能具有较大影响，木塑材料弯曲强度随着马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量的增加呈先上升后下降的趋势。弯曲强度的提高是由于马来酸酐接枝聚烯烃弹性体提高了木粉和有机物基体界面相容性的缘故，其后弯曲强度下降则是由于马来酸酐接枝聚烯烃弹性体本身弯曲强度远低于高密度聚乙烯，且其增韧作用也使得木塑材料在受到弯曲应力是所产生的弯曲形变大大提高。当马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量约为6％时，木塑材料的弯曲强度达到最大值，相比未添加时增加了约47％。在本实施例中，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量约为5％，此时木塑材料具有较好的弯曲强度，有效减少木塑材料在使用中变形情况的发生，有效延长木塑材料的使用寿命。

如图13所示，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体对木塑材料拉伸强度有增强作用，这是因为马来酸酐接枝聚烯烃弹性体带有极性基团马来酸酐，马来酸酐可以与木粉中的羟基发生酯化反应生成化学键，而弹性体又可以与高密度聚乙烯相互作用，从而提高了材料之间的界面相容性，使木塑材料拉伸强度提高。同时，由于聚烯烃弹性体加工流动性很好，因此在高密度聚乙烯中的分散性很好，与高密度的相互作用非常强烈。木塑材料拉伸强度随着马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量的增加呈先上升后下降的趋势。当马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量为6％时，木塑材料拉伸强度达到最大，相比未添加时提高了91％，其后拉伸强度随着含量的增加开始下降。在本实施例中，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量约为5％，此时木塑材料具有较好的拉伸强度，有效解决木塑材料在使用中变形和开裂的问题，有效延长木塑材料的使用寿命。

如图14所示，木塑材料冲击强度随着木塑材料弯曲性能随着马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量增加而逐渐增大。冲击强度的提高可以通过银纹-剪切带理论和银纹支化理论来解释，塑料中加入弹性体后，当材料受到冲击应力时，弹性体颗粒可以充做应力集中中心，诱发大量银纹和剪切带，并使银纹支化。同时，弹性体颗粒的存在能够控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹。银纹和剪切带的产生和发展都要大量消耗冲击能量，进而大幅度提高其冲击强度。当马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量为10％时，相比未添加时冲击强度提高了大约236％。本实施例中，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体含量约为5％，此时冲击强度相比未添加时提高了约76％，有效的增强了木塑材料的抗冲击能力，延长使用寿命。

其余皆与实施例1相同。

实施例4

一种仿天然木纹表面木塑材料，以重量份数计，原料包括基础木塑物料80-99.9份，色母0.1-20份；其中基础木塑原料不包括填充物。其余皆与实施例1相同。

实施例5

一种仿天然木纹表面木塑材料，以重量份数计，原料包括基础木塑物料80-99.9份，色母0.1-20份；其中色母原料不包括填充物。其余皆与实施例1相同。

实施例6

一种仿天然木纹表面木塑材料，以重量份数计，原料包括基础木塑物料80-99.9份，色母0.1-20份；其中色母原料不包括木粉或其他包含植物纤维的粉末。其余皆与实施例1相同。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。