一种木炭/聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

本发明属于新型复合材料领域，具体涉及一种木炭/聚丙烯复合材料的制备工艺及方法。
背景技术：
早在新石器时代，人们就已经开始对木炭有了认识；在商周时期，木炭作为燃料在冶金中广泛使用。现有的木炭生产技术主要有内热式炭化、外热式炭化和循环气流加热式炭化技术，未来的木炭生产将沿着高效化、工业化、标准化的方向发展。木材被炭化后成为蜂窝状的多孔体，随着炭化温度的继续上升，木炭只会相应的收缩，结构本身也不会被破坏。木炭孔内壁表面积很大，随着木炭被粉碎的目数的增加，其吸附的表面积会进一步增大。正是由于木炭的这一性质，木炭被广泛应用于调湿、除臭和化肥缓释。不同的炭化工艺对会对木炭的性质产生重要的影响，与一阶段炭化法相比，二阶段炭化法有利于木炭得率、吸附性能、比表面积、微孔容积和中孔容积的提高。同时，二阶段炭化法制备的木炭所表现出来的性质也为其制备复合材料提供了可能。木塑复合材料的制备主要有注入单体聚合法、挤出成型、压制成型以及非气流铺装成型等方法，应用较多的是挤出成型。挤出成型在塑料加工工艺中也被称为挤塑，是指将物料加入到挤出机的料筒内，通过料筒以及螺杆之间的作用，在受热产生塑化的同时，被螺杆向前推送挤出，通过机头制成各种截面制品的一种方法。挤出成型主要包括柱塞式、单螺杆、双螺杆、多螺杆挤出成型等四种方法，不同的挤出方法，制备的材料也会有所不同。挤出成型方法制得的热塑性复合材料性能最佳，且成本也较低，这也为木炭/聚丙烯复合材料的制备方法提供了经验。与木材不同的是，木炭是由木材高温下炭化得到，本身极性较低，在高温下不会被烧焦，更加适用于挤出成型。以木炭为填料、聚丙烯为基体利用挤出成型方法制备木炭/聚丙烯复合材料，不仅为木炭的多元化利用提供了一种新途径，更为聚丙烯的改性提供了一种新思路，同时，该复合材料的制备应用对于聚丙烯等废旧塑料的回收利用具有积极作用，在一定程度上有利于缓解环境污染和资源短缺。技术实现要素：针对以上现状和背景，本发明设计了一种木炭/聚丙烯复合材料的制备工艺及方法。该复合材料生产工艺简单，成本低廉，有利于减少环境污染，节约木材资源。其目的是促进木炭的多元化利用和废旧塑料的回收再利用，制备具有良好吸水率和力学强度的复合材料。为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：一种木炭/聚丙烯复合材料，主要由如下重量份的原料制成：聚丙烯30-60份；木炭30-60份；钙锌复合稳定剂3-5份；润滑剂1-5份。进一步地，所述聚丙烯为市售商品，其密度为0.9g/cm3，熔点为190-200℃。进一步地，所述木炭为粒径为60-80目，含水率小于2％的市售木炭。进一步地，所述钙锌复合稳定剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌复合稳定剂，其中硬脂酸钙和硬脂酸锌的摩尔比为2:1。进一步地，所述润滑剂是一种高填充体系的高效润滑剂，外观是粒状物，滴落点67-77℃，比重1.005g/cm3。一种木炭/聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将市售木炭置于超细粉碎机内粉碎至60-80目，干燥使其含水量降至2％以下，然后将干燥好的重量份为30-60的木炭、重量份为30-60的聚丙烯、重量份为3-5的钙锌复合稳定剂、重量份为1-5的润滑剂加入高混机充分混合得到均匀混料，混合温度为100-105℃，混合时间为10-15min；2)将混合充分的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒得到粒料；3)将步骤2)得到的粒料再次投入到双螺杆挤出机中进行二次挤出成型，得到所需板材。进一步地，步骤1)所述干燥方法为：将木炭粉末放入干燥箱内在105℃的条件下干燥24小时。进一步地，步骤2)和步骤3)中挤出机喂料机转速与螺杆转速相同均为40-60r/min，机头温度为180℃，挤出机主机温度为200-220℃。本发明的有益效果为：1.本发明采用木炭与聚丙烯制备复合材料，该复合材料价格低廉，工艺简单，环保无污染，可循环利用；2.本发明采用木炭与聚丙烯制备复合材料，该材料具有良好的吸水性能和力学强度；3.本发明对于聚丙烯等废旧塑料的回收利用具有积极作用，在一定程度上有利于缓解环境污染和资源短缺，变废为宝。附图说明图1是5000放大倍数下木炭扫描电镜照片：由图可以看出，木炭的微观结构是一种多孔结构；图2是5000放大倍数下木炭/聚丙烯复合材料断面扫描电镜照片：聚丙烯基体填充进入到木炭孔隙中，聚丙烯还充当粘结剂将不同的木炭颗粒结合在一起，形成了一种机械互锁结构；图3是木炭/聚丙烯复合材料制备工艺流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。实施例11)筛取60目的木炭粉末放入干燥箱内在105℃的条件下干燥24小时，使其含水量降至2％以下，然后将干燥好的30g木炭与60g的聚丙烯、3g的钙锌复合稳定剂、1g的润滑剂放入高混机充分混合，得到混合物料，混合温度为105℃，混合时间为10min；2)将步骤一得到的混合充分的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到混合粒料。喂料机与螺杆转速均为40r/min，机头温度为180℃，挤出温度为200℃；3)将步骤二得到的粒料再次投入到双螺杆挤出机中进行挤出，得到所需板材；喂料机与螺杆转速均为40r/min，机头温度为180℃，挤出温度为200℃。实施例21)筛取80目的木炭粉末放入干燥箱内在105℃的条件下干燥24小时，使其含水量降至2％以下，然后将干燥好的40g木炭与50g聚丙烯、4g钙锌复合稳定剂、3g润滑剂放入高混机充分混合，得到混合物料，混合温度为105℃，混合时间为15min；2)将步骤一得到的混合充分的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到混合粒料。喂料机与螺杆转速均为50r/min，机头温度为180℃，挤出温度为210℃；3)将步骤二得到的粒料再次投入到双螺杆挤出机中进行挤出，得到所需板材；喂料机与螺杆转速均为50r/min，机头温度为180℃，挤出温度为210℃。实施例31)筛取70目的木炭粉末放入干燥箱内在105℃的条件下干燥24小时，使其含水量降至2％以下，然后将干燥好的60g木炭与30g聚丙烯、5g钙锌复合稳定剂、5g润滑剂放入高混机充分混合，得到混合物料，混合温度为105℃，混合时间为15min；2)将步骤一得到的混合充分的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到混合粒料。喂料机与螺杆转速均为60r/min，机头温度为180℃，挤出温度为220℃；3)将步骤二得到的粒料再次投入到双螺杆挤出机中进行挤出，得到所需板材；喂料机与螺杆转速均为60r/min，机头温度为180℃，挤出温度为220℃。实施例1～3所得复合材料的性能如表1所示。表1各实施例所得复合材料的性能分析数据实施例拉伸强度/mpa7天吸水率/％实施例122.344.02实施例223.263.75实施例325.003.92本发明采用木炭、聚丙烯制备木炭/聚丙烯复合材料，该材料价格低廉，工艺简单，环保无污染，可循环利用，7天吸水率最佳为3.75％，拉伸强度可达到25mpa，应用前景良好。本发明对于聚丙烯等废旧塑料的回收利用具有积极作用，在一定程度上有利于缓解环境污染和资源短缺，变废为宝。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，在本发明原则内做的修改、替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12