CN104228236A - 一种木塑包覆实木复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种木塑包覆实木复合材料及其制备方法，本发明涉及一种木塑包覆实木复合材料及其制备方法。本发明是要解决现有技术木塑复合材料与实木材料相结合的牢固性差以及型材端头未封闭的问题，进而解决木塑复合材料易蠕变、韧性低以及实木材料易腐朽、易吸湿变形、易开裂的问题。一种木塑包覆实木复合材料是由木塑复合材料包覆实木芯制成。方法：一、在实木侧表面加工凹槽，得到实木芯；二、通过共挤法将木塑复合材料包覆实木芯表面上且充填入侧表面凹槽中，得到木塑包覆实木复合型材；三、采用木塑复合材料对木塑包覆实木复合型材进行密封，得到木塑包覆实木复合材料。本发明制备的木塑包覆实木复合材料用于门窗、家具的制造，也可用作承重结构材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种木塑包覆实木复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料采用塑料和木材加工剩余物、秸秆等木质纤维材料为主要原料进行生产，具有防水防潮、防腐防蛀、硬度大、不开裂、隔热保温、美观耐用、绿色环保等突出优点，然而存在韧性低、易蠕变等缺点，限制了其在承重结构材料等领域的应用。速生人工林木材是可持续发展的材料，其弹性模量大、强重比高、抗冲击性能优异，然而存在易吸湿变形、易腐朽虫蛀以及表面硬度低等缺点。将木塑复合材料与人工林木材的优势相结合，扬长避短，制备木塑实木复合材料，可有效提高材料的综合性能。然而，木塑复合材料的极性低，难以与极性高的实木材料形成良好的界面结合。申请号为201310494898的发明专利公开了一种木塑实木复合门窗，采用了木塑实木复合型材，但是未涉及木塑复合材料与实木材料相结合的牢固性以及型材端头的封闭问题。
发明内容
本发明是要解决现有技术木塑复合材料与实木材料相结合的牢固性差以及型材端头未封闭的问题，进而解决木塑复合材料易蠕变、韧性低以及实木材料易腐朽、易吸湿变形、易开裂的问题，从而提供一种木塑包覆实木复合材料及其制备方法。
本发明一种木塑包覆实木复合材料是由木塑复合材料包覆实木芯制成；所述实木芯的侧表面设置有凹槽。
本发明一种木塑包覆实木复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、在实木的侧表面加工凹槽，得到实木芯；
二、通过共挤出成型法将木塑复合材料包覆于步骤一得到的实木芯表面上且木塑复合材料充填入实木芯侧表面的凹槽中，得到木塑包覆实木复合型材；
三、采用木塑复合材料对步骤二得到的木塑包覆实木复合型材的两个端面进行密封，得到木塑包覆实木复合材料。
本发明的有益效果：
1、本发明所制成的木塑包覆实木复合材料综合了木塑复合材料与实木材料的性能优势，同时克服了各自的缺点，不易变形、力学强度高、抗冲击性能好、防腐防水、隔热保温、美观耐用、绿色环保，可用于门窗、家具的制造，以及承重结构材料等高性能材料。
2、木塑复合材料与木材的相容性较低，因此难以形成较强的木材/木塑复合材料界面结合。本发明在实木芯材料表面加工出凹槽，以便在共挤出过程中使木塑复合材料熔体在压力的作用下紧密地填充于凹槽中，冷却固化后形成强有力的机械结合，同时由于接触面积的增大加强了总表面摩擦力，从而实现木塑复合材料与实木材料的有效结合。本发明的木塑包覆实木复合材料，木塑复合材料与实木材料的结合牢固，在长期使用过程中以及环境温度变化等情况下不易产生分离，结构和材性稳定。
3、当木塑包覆实木复合材料型材暴露于环境中时，如果实木芯暴露，由于木材易吸湿吸水膨胀和干燥后收缩，可能造成木塑复合材料与实木材料结合的破坏。本发明采用胶接或者熔焊的方法，将木塑复合材料片材紧密结合在型材的端头上并实现密封，使实木芯与外界隔绝，不接触水汽、污物等，以充分发挥木塑复合材料的防水防潮、防腐防蛀等功能。
附图说明
图1为本发明的木塑包覆实木复合材料的凹槽为燕尾槽的横截面示意图；图2为本发明的木塑包覆实木复合材料的凹槽为方形槽的横截面示意图；图3为本发明的设置有一个凹口的木塑包覆实木复合材料的横截面示意图；图4为本发明的设置有多个凹口的木塑包覆实木复合材料的横截面示意图；图5为实施例三得到的木塑包覆实木复合材料的横截面示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种木塑包覆实木复合材料是由木塑复合材料包覆实木芯制成；所述实木芯的侧表面设置有凹槽。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述实木芯是在实木的侧表面加工凹槽得到的，其中实木为锯切实木、刨光实木、指接材、集成材、单板层积材、重组木、重组竹、改性木材、胶压木或压缩木。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述凹槽为燕尾槽或方形槽。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述木塑复合材料按质量份数由15～55份热塑性塑料、45～85份木质纤维材料、0.1～9份界面相容剂、0.1～6份润滑剂、0～5份着色剂、0.1～3份抗老化剂、0～7份热稳定剂、0～20份阻燃剂和0～20份矿物质填料组成。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的热塑性塑料是聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚氯乙烯中一种或几种的混合物，或者热塑性塑料是聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的一种或几种的混合物的马来酸酐接枝改性产物，热塑性塑料为原生料、再生料或者原生料与再生料的混合物；所述木质纤维材料为木纤维粉、竹纤维粉、麻纤维粉和秸秆纤维粉中的一种或其中几种的混合物；所述界面相容剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝聚烯烃和异氰酸酯中的一种或其中几种的混合物；所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的一种或其中几种的混合物；所述着色剂为氧化铁、二氧化钛、炭黑、酞青蓝和酞青绿中的一种或其中几种的混合物；所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-9、紫外线吸收剂UV-P、紫外线吸收剂UV-326、紫外线吸收剂UV327、紫外线吸收剂UV328、紫外线吸收剂UV329、紫外线吸收剂UV531、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、抗氧剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、抗氧剂2,2’-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、抗氧剂三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的一种或其中几种的混合物；所述热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)或钙锌热稳定剂；所述阻燃剂为聚磷酸铵、硼酸或偏硼酸、八硼酸钠、硼酸锌和可膨胀石墨中的一种或其中几种的混合物；所述矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉和粉煤灰中的一种或其中几种的混合物。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式一种木塑包覆实木复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、在实木的侧表面加工凹槽，得到实木芯；
二、通过共挤出成型法将木塑复合材料包覆于步骤一得到的实木芯表面上且木塑复合材料充填入实木芯侧表面的凹槽中，得到木塑包覆实木复合型材；
三、采用木塑复合材料对步骤二得到的木塑包覆实木复合型材进行密封，得到木塑包覆实木复合材料。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中所述实木为锯切实木、刨光实木、指接材、集成材、单板层积材、重组木、重组竹、改性木材、胶压木或压缩木。其他与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：步骤二中所述木塑复合材料按质量份数由15～55份热塑性塑料、45～85份木质纤维材料、0.1～9份界面相容剂、0.1～6份润滑剂、0～5份着色剂、0.1～3份抗老化剂、0～7份热稳定剂、0～20份阻燃剂和0～20份矿物质填料组成。其他与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤二中所述木塑包覆实木复合型材垂直于挤出方向的横截面为矩形、多边形、圆形、半圆形和椭圆形中的一种或其中几种的组合。其他与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤二中所述木塑包覆实木复合型材垂直于挤出方向的横截面设置有凹口，其数目为一个或多个。其他与具体实施方式六至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是：步骤二中所述木塑包覆实木复合型材的侧面设置有由木塑复合材料组成的腔室或凸起，其数目为一个或多个。其他与具体实施方式十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式六至十一之一不同的是：步骤三中所述对步骤二得到的木塑包覆实木复合型材的两个端面进行密封的方法分为两种：①采用胶接方法将木塑复合材料片材设置在木塑包覆实木复合型材的两个端面上进行密封，其中胶接用胶黏剂为丙烯酸酯树脂、丙烯酸-聚氨酯、环氧树脂或聚氨酯胶黏剂；②将木塑复合材料熔体热压于木塑包覆实木复合型材的两个端面上密封后冷却定型。其他与具体实施方式六至十一之一相同。
采用下述实施例验证本发明效果：
实施例一：一种木塑包覆实木复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、在实木的侧表面加工凹槽，得到实木芯；
二、通过共挤出成型法将木塑复合材料包覆于步骤一得到的实木芯表面上且木塑复合材料充填入实木芯侧表面的凹槽中，得到木塑包覆实木复合型材；
三、采用木塑复合材料对步骤二得到的木塑包覆实木复合型材进行密封，自然冷却，得到木塑包覆实木复合材料；
步骤一中所述实木为樟子松集成材；所述凹槽为燕尾槽；
步骤二中所述木塑复合材料按质量份由35份热塑性塑料、65份木质纤维材料、4份界面相容剂、3份润滑剂、2份着色剂、0.5份抗老化剂、2份热稳定剂、15份阻燃剂和6份轻质碳酸钙粉组成；
步骤二中所述木塑包覆实木复合型材垂直于挤出方向的横截面为矩形；
步骤三中所述对步骤二得到的木塑包覆实木复合型材进行密封的方法是将木塑复合材料熔体热压于木塑包覆实木复合型材的两个端面上密封后冷却定型。
实施例二：本实施例与实施例一不同之处在于：步骤二中所述木塑包覆实木复合型材垂直于挤出方向的横截面为半圆形。其他与实施例一相同。
实施例三：一种木塑包覆实木复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、在实木的侧表面加工凹口和凹槽，得到实木芯；
二、通过共挤出成型法将木塑复合材料包覆于步骤一得到的实木芯表面上且木塑复合材料充填入实木芯侧表面的凹槽中，同时在模具的约束下由木塑复合材料包覆实木芯，形成木塑凹口、腔室和凸起，得到木塑包覆实木复合材料；
步骤一中所述实木为樟子松集成材；所述凹槽为燕尾槽；
步骤二中所述木塑复合材料按质量份由35份热塑性塑料、65份木质纤维材料、4份界面相容剂、3份润滑剂、2份着色剂、0.5份抗老化剂、2份热稳定剂、15份阻燃剂和6份轻质碳酸钙粉组成。
图1为本发明的木塑包覆实木复合材料的凹槽为燕尾槽的横截面示意图；图2为本发明的木塑包覆实木复合材料的凹槽为方形槽的横截面示意图；图3为本发明的设置有一个凹口的木塑包覆实木复合材料的横截面示意图；图4为本发明的设置有多个凹口的木塑包覆实木复合材料的横截面示意图；图5为实施例三得到的木塑包覆实木复合材料的横截面示意图。本发明的木塑包覆实木复合材料具有木塑复合材料与实木材料的双重优点，力学强度高、抗冲击性能好、不易蠕变开裂、防腐防水、隔热保温、美观耐用、绿色环保，可用于建筑室内外装饰、园林景观、门窗、家具、交通运输，以及承重结构材料等高性能材料。
本发明的木塑包覆实木复合材料，可以是各种截面形状的实芯材料，用作大跨度的铺板、栏杆、扶手、柱和梁等，以及其他对于强度、刚度、防水、防潮、防腐和无污染等要求高的应用场合，如吊桥、栈道、木结构建筑、实木门、户外家具、大跨度景观结构等。本发明的木塑包覆实木复合材料，木塑材料与实木材料的结合牢固，在长期使用过程中以及在环境温度发生剧烈变化等苛刻条件下不易破坏，尺寸稳定性好，耐久。
本发明的木塑包覆实木复合材料，用于玻璃门窗等木塑实木制品的型材时，突出的优点是防水防潮、防腐防蛀、不易变形、隔热保温、节能环保、经久耐用。此外，型材的复杂截面形状主要由木塑复合材料的挤出成型一次完成，直接利用木方而不需要将其切削加工成复杂的截面形状，因此大幅度提高了木材的利用率，从而降低成本，节约资源。
本发明木塑包覆实木复合材料绿色环保，废弃后材料可循环利用。
Claims (10)
1.一种木塑包覆实木复合材料，其特征在于木塑包覆实木复合材料是由木塑复合材料包覆实木芯制成；所述实木芯的侧表面设置有凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种木塑包覆实木复合材料，其特征在于所述实木芯是在实木的侧表面加工凹槽得到的，其中实木为锯切实木、刨光实木、指接材、集成材、单板层积材、重组木、重组竹、改性木材、胶压木或压缩木。
3.根据权利要求1所述的一种木塑包覆实木复合材料，其特征在于所述凹槽为燕尾槽或方形槽。
4.根据权利要求1所述的一种木塑包覆实木复合材料，其特征在于所述木塑复合材料按质量份数由15～55份热塑性塑料、45～85份木质纤维材料、0.1～9份界面相容剂、0.1～6份润滑剂、0～5份着色剂、0.1～3份抗老化剂、0～7份热稳定剂、0～20份阻燃剂和0～20份矿物质填料组成。
5.根据权利要求4所述的一种木塑包覆实木复合材料，其特征在于所述的热塑性塑料是聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚氯乙烯中一种或几种的混合物，或者热塑性塑料是聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的一种或几种的混合物的马来酸酐接枝改性产物，热塑性塑料为原生料、再生料或者原生料与再生料的混合物；所述木质纤维材料为木纤维粉、竹纤维粉、麻纤维粉和秸秆纤维粉中的一种或其中几种的混合物；所述界面相容剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝聚烯烃和异氰酸酯中的一种或其中几种的混合物；所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的一种或其中几种的混合物；所述着色剂为氧化铁、二氧化钛、炭黑、酞青蓝和酞青绿中的一种或其中几种的混合物；所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-9、紫外线吸收剂UV-P、紫外线吸收剂UV-326、紫外线吸收剂UV327、紫外线吸收剂UV328、紫外线吸收剂UV329、紫外线吸收剂UV531、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、抗氧剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、抗氧剂2,2’-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、抗氧剂三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的一种或其中几种的混合物；所述热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)或钙锌热稳定剂；所述阻燃剂为聚磷酸铵、硼酸或偏硼酸、八硼酸钠、硼酸锌和可膨胀石墨中的一种或其中几种的混合物；所述矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉和粉煤灰中的一种或其中几种的混合物。
6.如权利要求1所述的一种木塑包覆实木复合材料的制备方法，其特征在于木塑包覆实木复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、在实木的侧表面加工凹槽，得到实木芯；
二、通过共挤出成型法将木塑复合材料包覆于步骤一得到的实木芯表面上且木塑复合材料充填入实木芯侧表面的凹槽中，得到木塑包覆实木复合型材；
三、采用木塑复合材料对步骤二得到的木塑包覆实木复合型材的两个端面进行密封，得到木塑包覆实木复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种木塑包覆实木复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述木塑包覆实木复合型材垂直于挤出方向的横截面为矩形、多边形、圆形、半圆形和椭圆形中的一种或其中几种的组合。
8.根据权利要求6所述的一种木塑包覆实木复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述木塑包覆实木复合型材垂直于挤出方向的横截面设置有凹口，其数目为一个或多个。
9.根据权利要求8所述的一种木塑包覆实木复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述木塑包覆实木复合型材的侧面设置有由木塑复合材料组成的腔室或凸起，其数目为一个或多个。
10.根据权利要求6所述的一种木塑包覆实木复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中所述对步骤二得到的木塑包覆实木复合型材的两个端面进行密封的方法分为两种：①采用胶接方法将木塑复合材料片材设置在木塑包覆实木复合型材的两个端面上进行密封，其中胶接用胶黏剂为丙烯酸酯树脂、丙烯酸-聚氨酯、环氧树脂或聚氨酯胶黏剂；②将木塑复合材料熔体热压于木塑包覆实木复合型材的两个端面上密封后冷却定型。
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