一种红衣陶土增强木塑复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种红衣陶±增强木塑复合材料的制备方法，属于木材科学与技术领 域。
【背景技术】
[0002] 红衣陶±拥有高模、高强、较好的稳定性与合适的热膨胀系数等特点，可被用做复 合材料中的补强剂和填充剂，W提高复合材料的力学性能，从而达到降低成本并改善木塑 制材性能的目的。对陶±类材料进行研究的有；梁玉蓉等人采用烙体插层法制备有机蒙脱 ± (OMMT)/IIR纳米复合材料，随着OMMT用量的增大，OMMT/IIR纳米复合材料的物理性能 明显提高。王鹏等人利用乳液聚合法制备了 DBSA渗杂的聚苯胺/蒙脱± (PANI-DBSA/MMT) 纳米复合物，并对其性能进行了研究。日本（Okadaetal，1987)用插层法制备了巧龙6/蒙 脱±纳米复合材料，在少量蒙脱±的添加下，巧龙6的力学、热学等性能得到了很大提高。 山东理工大学材料科学与工程学院张秀英采用巧基膨润±经钢化、有机化处理通过插层法 与了苯橡胶混合制备蒙脱石/ 了苯橡胶纳米复合材料，对有机±的结构进行了表征，对所 得材料的结构及力学性能进行研究，表明纳米复合材料的综合性能有明显提高。中国地质 大学材料科学与化学工程学院吴红丹等W高岭±为原料，选取水合阱为插层剂，成功制备 出片层厚度<2化im的高岭±，采用硬脂酸对高岭±进行表面改性，增强了高岭±与聚合物 基体的相容性、界面结合力，并制备了高岭±/了苯橡胶纳米复合材料。青岛科技大学刘 华、崔铁等采用大分子溶液插层法与高温溶液亚胺化法相结合制备聚酷亚胺（PI)/有机蒙 脱± (0MMT)粉状材料，通过乳液共混共凝法与SBR胶乳混合制备颗粒状PI/OMMT/SBR复合 材料，并对其结构和性能进行研究，表明该材料的物理性能有一定改善，且物理性能随PI/ 0MMT用量的增大呈提高趋势。
[0003] 本发明的目的是在前人研究基础之上，通过分析新石器时代末期出±的红衣陶片 而得出了红衣陶±配方，将按此配方配制的红衣陶±作为增强剂添加入木塑复合材料中进 行挤出工艺处理，W木粉为基体原料，红衣陶±为增强剂填充料，马来酸酢为偶联剂，偶联 剂的添加量为1%到3%，W脂肪姪蜡为润滑剂。采用密炼塑化、双漉混炼、混合挤出方法制 得了经红衣陶±填充的木塑复合材料，通过测试木塑复合材料的力学性能增强问题，确定 了增强材料配比方法，为制备高性能木塑复合材料提供了一种新方法。
【发明内容】
[0004] 1、红衣陶±配方
[0005] 通过对新石器时代末期出±于齐齐哈尔南部的泰来县往北大偷树村，呼尔达河上 游南岸，第3号坑，第9次挖掘，第172片红衣陶片进行成分分析，如图1所示。分析该陶 片的六个不同位置能谱，得出了矿物质成分质量比，从而确定红衣陶±的配方为；MgO含 量为1. 04%、AI2O3含量为16. 93%、Si〇2含量为68. 23%、K20含量为2. 92%、CaO含量为 2. 61 %、Fe2〇3含量为8. 27%。按此配方制备出作为增强剂应用的红衣陶±，如图2所示。
[0006] 2、红衣陶±增强木塑复合材料试样制备方法
[0007] 将60%木纤维与40%聚己締混合，然后再填入制备的5%红衣陶±、3%偶联剂、 1%润滑剂。其中，红衣陶±、偶联剂、润滑剂的添加量分别为聚己締和木纤维总量的百分 比。
[000引将配比好的原材料放入高速混合机中混合，然后将混合好的物料置于双螺杆挤出 机中造粒、粉碎机中粉碎、单螺杆挤出机中挤出成型，并银成标准测试件备用。试样制备成 两种；一种为不添加红衣陶上的原样，一种为添加5%红衣陶±的增强试样。
[0009] 双螺杆挤出机温度设定；1区165°C、2区165°C、3区170°C、4区175°C、5区185°C、 6 区 175°C，7 区 165°C。
[0010] 单螺杆挤出机温度设定；1区150°C、2区155°C、3区165°C、4区170°C、机头 17(TC。
[001U 螺杆转速20~60r/min，挤出形状为长方形材，宽40mm，厚4mm。
【附图说明】
[001引 1、主要原料：
[001引 图1末期红衣陶片；图2红衣陶± ;图3木纤维。
[0014] 2、制备工艺流程
[00巧]图4工艺流程
[0016] 3、主要实验设备：
[0017] 图5电热恒温鼓风干燥箱；图6 SHR-10A高速混合机；图7双螺杆挤出机与单螺杆 挤出机；图8 OkOl粉碎机；图9电银；图10 XYZ-12哑铃型制样机；
[001引 4、挤出试样；
[0019] 图11红衣陶±增强试样；图12未添加红衣陶±的原样。
[0020] 5、检测仪器
[002U 图13 XJ-50G组合式冲击试验机；图14 RGT-20A电子万能力学试验机。
【具体实施方式】
[0022] 红衣陶±是一种具有良好可塑性的黏±，含有铁质并呈现红紫色调，其主要作为 补强剂和填充剂，可使复合材料体积和重量明显增大，从而达到降低成本并改善制品性能 的目的。
[0023] 本申请通过对新石器时代末期红衣陶片的成分表征，得出金属氧化物成分质量 比，并W此为依据配制出红衣陶上，用其增强木塑复合材料，并考察了红衣陶上添加量对木 塑复合材料力学性能的影响。
[0024] 1、主要原料
[0025] 红衣陶±;按照研究得出的红衣陶±配方进行配置。制备的红衣陶±具有高模、高 强、较好的稳定性与合适的热膨胀系数等特点，可提高复合材料的力学性能，W达到降低成 本、改善材性的目的。本研究旨在W红衣陶上作为增强材料，考察红衣陶上添加量对木塑复 合材料力学性能的影响，见图2。
[0026] 木纤维：杨木单板经揉撞礙轴式木纤维粉碎机粉碎加工，然后用筛子筛选出40目 >d> 60目木纤维并置于干燥箱中在（103 + 2) °C条件下进行干燥，使其含水率干燥至3% W下，见图3。
[0027] 2、红衣陶±增强木塑复合材的制备工艺流程见图4,制备工艺操作过程如下：
[002引通过粉碎、干燥、混合、挤出等制备工艺流程，应用设备见图5-8所示。然后将红衣 陶±、木纤维等主要原料制备成经红衣陶±填充增强的木塑复合材料，应用设备见图9-10 所示。最终经过银切将复合材料制备成可供测试的试样，分别为红衣陶±增强试样与未添 加红衣陶±的原样两种，见图11-12所示。
[0029] 3、红衣陶±增强木塑复合材料性能测试
[0030] 弯曲性能按照GB/T 9341-2000测试，拉伸性能按照GB/T 1040-1992测试，冲 击性能按照GB/T 1043-1993测试，塑料简支梁冲击试验方法，测试仪器见图13-14所示。 测试结果为5个试样的算术平均值，未添加红衣陶±的原样与添加5%红衣陶±的试样力 学性能测试结果见表1。
[0031] 表1力学性能测试结果
[0032]
【主权项】
1. 一种红衣陶土增强的木塑复合材料，其原料组成包括红衣陶土、木纤维、聚乙烯、偶 联剂、润滑剂。
2. 权利要求1所述的复合材料，其中红衣陶土、偶联剂、润滑剂的加入量分别为木纤维 和聚乙烯重量之和的5%、3%、1%。
3. 权利要求1或2所述的复合材料，其中红衣陶土的组成为：MgO含量为1. 04%、A1203 含量为16.93%、5丨02含量为68.23%、1(20含量为2.92%、030含量为2.61%、？6 203含量为 8. 27%〇
4. 一种如权利要求1-3任意一项中所述的红衣陶土增强木塑复合材料的制备方法，包 括，（1)制备红衣陶土；（2)将60%木纤维与40%聚乙烯混合，然后按量加入步骤⑴得到 的红衣陶土以及偶联剂、润滑剂；（3)将步骤（2)中配比好的原材料放入高速混合机中混 合，然后将混合好的物料置于双螺杆挤出机中造粒、粉碎机中粉碎、单螺杆挤出机中挤出成 型。
5. -种红衣陶土增强木塑复合材料的制备工艺流程包括：（1)杨木薄板经木纤维粉碎 机粉碎成湿木纤维，再用恒温鼓风干燥箱干燥成可用木纤维；（2)对出土陶片进行能谱分 析，得出矿物质成分从而确定红衣陶土配方，并配制出红衣陶土；（3)将木纤维、聚乙烯、偶 联剂、润滑剂和红衣陶土放入高速混合机中混合，用双阶塑料挤出机组挤出，然后制样，最 后进行性能测试。
【专利摘要】本发明提供一种红衣陶土增强木塑复合材料的制备方法，其中以红衣陶土作为增强剂，运用红衣陶土增强木塑复合材料制备方法将配制的红衣陶土填充于木塑复合材料中，经过红衣陶土增强木塑复合材的制备工艺流程制得试样，经测试木塑复合材料的各项力学性能均得到有效增强。红衣陶土作为增强剂增强木塑复合材料尚属首次，本申请为制备高性能木塑复合材料提供了一种新方法。
【IPC分类】C08K3-36, B29C47-92, C08K3-22, C08L23-06, C08L97-02
【公开号】CN104725884
【申请号】CN201510027885
【发明人】程万里, 李庆德, 高珣, 任丽敏
【申请人】东北林业大学, 程万里
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年1月20日