CN103360776B - 一种高强度木塑复合材料的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种高强度木塑复合材料的生产工艺，包括以下步骤：将干燥后的20-80重量份植物纤维、10-30重量份热塑性塑料和3-10重量份相容剂置于混合机中混合均匀；混合物料运至平行双螺旋挤出机中进行第一次造粒得到木塑粒子；将所得木塑粒子与1-5重量份润滑剂、1-10重量份颜料置于混合机中混合均匀；将上述混合物，运至平行双螺旋挤出机进行再造粒得到初材料；将所得初材料运至锥形双螺旋杆挤出机挤出成型。本发明将润滑剂分开加入，通过两次塑化造粒，能够避免润滑剂对植物纤维、相容剂、塑料三者之间的界面相容性的影响，从而有效地降低了木塑复合材料的吸水率，增加其强度。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种高强度木塑复合材料的生产工艺。
背景技术
木塑复合材料是国内外近年兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等热塑性塑料，代替树脂胶粘剂，与一定数量的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合而成的新型木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材，是天然木材的优良替代品。木塑复合材料具有木材和塑料的双重特性，尺寸稳定性好，又能充分利用废弃的植物纤维和废旧塑料，减少环境污染，所以被广泛应用于室内装修及户外使用。
植物纤维是极性物质，表面含有大量羟基，而塑料（如PE、PP）是非极性物质，与植物纤维的界面相容性很差，一般加入相容剂（如马来酸酐接枝PE）来改善界面相容性。相容剂一般含有极性基团（如酸酐基团、羧基）的大分子聚合物，其极性基团会与植物纤维表面的羟基发生酯化反应，相容剂的大分子链与热塑性塑料具有相当好的相容性，从而改善植物纤维与塑料的界面相容性。
目前，木塑复合材料的生产工艺都是将相容剂、润滑剂、颜料等几乎所有原料同时加入高速混合机中混合均匀后直接用平行双螺杆挤出机塑化造粒，锥形双螺杆挤出机挤出成型。木塑复合材料具有一定的吸水率，吸水后，木塑复合材料的力学强度急剧下降，抗冻融性能变差、防霉抗菌性能恶化，甚至发生吸水翘曲、开裂等问题。
发明内容
本发明提供一种降低木塑复合材料的吸水率，提高木塑复合材料的强度的高强度木塑复合材料的生产工艺。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种高强度木塑复合材料的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将植物纤维进行干燥，使得植物纤维的含水率为0.3%-0.5%；
（2）将干燥后的20-80重量份植物纤维、10-30重量份热塑性塑料和3-10重量份相容剂按配比置于混合机中冷混8-10min，搅拌转速控制在200-350rpm，温度控制在80-90℃；
（3）混合物料运至平行双螺旋挤出机中进行第一次造粒，在造粒温度为160-190℃，主机转速为300-400rpm条件下，得到木塑粒子；
（4）将所得木塑粒子与1-5重量份润滑剂、1-10重量份颜料置于混合机中冷混10-15min，搅拌转速控制在200-350rpm，温度控制在80-90℃，混合均匀；
（5）将步骤（4）中的混合物，运至平行双螺旋挤出机进行再造粒，造粒温度为160-190℃，主机转速为300-400rpm，得到初材料；
（6）将所得初材料运至锥形双螺旋杆挤出机，在温度为140-180℃、螺杆转速为30～70rpm，加料机转速为20～60rpm下挤出成型。
本技术方案将润滑剂分开加入，通过两次塑化造粒，能够避免润滑剂对植物纤维、相容剂、塑料三者之间的界面相容性的影响，从而有效地降低了木塑复合材料的吸水率，增加其强度。
这可能是由于现有技术将所有原料和添加剂全部同时加入造粒，使润滑剂和颜料破坏了植物纤维与相容剂的酯化反应，从而破坏植物纤维、相容剂、塑料三者之间的界面相容性，使得木塑复合材料的强度难以大幅度提高，吸水率难以进一步降低，乃至引起一系列的后续问题，如易发霉、吸水翘曲、开裂等。比如常用的润滑剂硬脂酸锌、硬脂酸钙等会与酸酐基团、羧基、水分等相互作用，发生化学反应，生成硬脂酸，从而破坏了酯化反应，降低了界面相容性。
作为优选，所述植物纤维为木粉、竹粉、秸秆粉、玉米秆粉、糠粉中的一种或多种。
作为优选，所述热塑性塑料为PP、PE、ABS、PVC、PS、EPDM中的一种或多种。
作为优选，所述相容剂为马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝PVC、马来酸酐接枝PS、马来酸酐接枝EPDM、丙烯酸接枝PP、丙烯酸接枝PE、丙烯酸接枝ABS、丙烯酸接枝PVC、丙烯酸接枝PS、丙烯酸接枝EPDM中的一种或多种。
作为优选，所述润滑剂为油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸、多元醇酯中的一种或多种。
作为优选，所述颜料为氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁兰、氧化铁紫、氧化铁棕和氧化铁黑的一种或多种。
作为优选，所述热塑性塑料为PP、PE中的一种或两种；所述相容剂为马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE中的一种或两种；所述润滑剂为油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或多种。
作为优选，所述步骤（3）造粒过程使用的电流为主机额定电流的70%-80%；步骤（5）造粒过程使用的电流为主机额定电流的50%-60%。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下显著优点：
通过两次造粒，将润滑剂在第一次造粒后加入，克服了润滑剂破坏植物纤维、相容剂、塑料三者之间的界面相容性的不足，从而有效降低木塑复合材料的吸水率，提高木塑复合材料的强度。
具体实施方案
下面结合具体实施例对本发明内容进行详细说明：
实施例1：
（1）将木粉进行干燥，使得植物纤维的含水率0.4%；
（2）将干燥后的木粉60份、热塑性塑料PE30份和马来酸酐接枝PP10份置于混合机中，高速冷混8min，搅拌转速控制在350rpm，温度控制在85℃；
（3）混合物料经运输管道运至平行双螺旋挤出机中进行第一次造粒，得到木塑粒子，主机转速400转/分钟，电流为主机额定电流的75%，造粒时温度控制在160℃；
（4）再将木塑粒子100份、EBS2份、硬脂酸锌2份、氧化铁红10份加入混合机中置于混合机中冷混10min，搅拌转速控制在200rpm，温度控制在80℃，混合均匀；
（5）将步骤（4）中的混合物，运至平行双螺旋挤出机进行二次塑化造粒，得到初材料，温度160℃，主机转速400转/分钟，电流为主机额定电流的50%；
（6）将初材料经过运输管道运至锥形双螺旋杆挤出机，在温度为145℃、螺杆转速为40rpm，加料机转速为30rpm下挤出成型，得到木塑型材，温度控制在160℃。
实施例2：
（1）将木粉、秸秆粉进行干燥，使得植物纤维的含水率0.3%；
（2）将干燥后的木粉30份、秸秆粉20份、、PE10份、PP20份和马来酸酐接枝PE8份置于混合机中，冷混9min，搅拌转速控制在300rpm，温度控制在80℃；
（3）混合物料经运输管道运至平行双螺旋挤出机中进行第一次造粒，得到木塑粒子，主机转速350rpm，电流为主机额定电流的70%，造粒时温度控制在180℃；
（4）再将木塑粒子100份、EBS5份、硬脂酸钙5份、氧化铁红8份加入混合机中高速冷混12min，搅拌转速控制在300rpm，温度控制在85℃，混合均匀；
（5）将步骤（4）中的混合物，运至平行双螺旋挤出机二次塑化造粒，得到初材料，温度170℃，主机转速350rpm，电流为主机额定电流的60%；
（6）将初材料经过运输管道运至锥形双螺旋杆挤出机，挤出成型，得到木塑型材，温度控制在150℃、螺杆转速为50rpm，加料机转速为60rpm。
实施例3：
（1）将木粉、竹粉进行干燥，使得植物纤维的含水率0.5%；
（2）将干燥后的木粉50份、竹粉22份、PE10份、ABS15份和马来酸酐接枝PP8份、丙烯酸接枝PP5份置于混合机中，冷混10min，搅拌转速控制在200rpm，温度控制在85℃；
（3）混合物料经运输管道运至平行双螺旋挤出机中进行第一次造粒，得到木塑粒子，主机转速300转/分钟，电流为主机额定电流的80%，造粒时温度控制在190℃；
（4）将木塑粒子100份、多元醇酯1份、硬脂酸钙1份、氧化铁红1份加入混合机中冷混15min，搅拌转速控制在350rpm，温度控制在90℃，混合均匀；
（5）将步骤（4）中的混合物，运至平行双螺旋挤出机二次塑化造粒，得到初材料，温度170℃，主机转速300转/分钟，电流为主机额定电流的55%；
（6）将初材料经过运输管道运至锥形双螺旋杆挤出机，在温度为180℃、螺杆转速为70rpm，加料机转速为50rpm条件下挤出成型。
对比例：
用当前普遍采用的生产木塑复合材料的生产工艺作为对比例，具体操作步骤如下：
（1）将木粉、竹粉进行干燥，使得含水率为0.3%；
（2）将干燥后的木粉50份、竹粉22份、PE10份、ABS15份和马来酸酐接枝PP8份、丙烯酸接枝PP5份、多元醇酯1份、硬脂酸钙1份、氧化铁红1份加入混合机中冷混15min，搅拌转速控制在350rpm，温度控制在90℃，混合均匀；
（3）将步骤（2）中的混合物运至平行双螺旋挤出机塑化造粒，得到初材料，温度170℃，主机转速400转/分钟，电流为主机额定电流的60%；
（4）将初材料经过运输管道运至锥形双螺旋杆挤出机，挤出成型，得到木塑型材，温度为180℃、螺杆转速为70rpm，加料机转速为50rpm。
对比结果：对实施例1-3所制备的木塑复合材料与对比实施例所制备的木塑复合材料进行性能对比，结果如下表：
通过实施上述实施例，与对比例相比，本发明能够有效的降低木塑复合材料的吸水率，提高木塑复合材料的强度。
Claims (3)
1.一种高强度木塑复合材料的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将植物纤维进行干燥，使得植物纤维的含水率为0.3%-0.5%；
(2)将干燥后的20-80重量份植物纤维、10-30重量份热塑性塑料和3-10重量份相容剂按配比置于混合机中冷混8-10min，搅拌转速控制在200-350rpm，温度控制在80-90℃；
(3)将混合物料运至平行双螺旋挤出机中进行第一次造粒，在造粒温度为160-190℃，主机转速为300-400rpm条件下，得到木塑粒子；
(4)将所得木塑粒子与1-5重量份润滑剂、1-10重量份颜料置于混合机中冷混10-15min，搅拌转速控制在200-350rpm，温度控制在80-90℃，混合均匀；所述润滑剂为油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸、多元醇酯中的一种或多种；
(5)将步骤（4）中的混合物，运至平行双螺旋挤出机进行再造粒，造粒温度为160-190℃，主机转速为300-400rpm，得到初材料；
(6)将所得初材料运至锥形双螺旋杆挤出机，在温度为140-180℃、螺杆转速为30～70rpm，加料机转速为20～60rpm条件下挤出成型；
所述植物纤维为木粉、竹粉、秸秆粉、玉米秆粉、糠粉中的一种或多种；
所述热塑性塑料为PP、PE、ABS、PVC、PS、EPDM中的一种或多种；
所述相容剂为马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝PVC、马来酸酐接枝PS、马来酸酐接枝EPDM、丙烯酸接枝PP、丙烯酸接枝PE、丙烯酸接枝ABS、丙烯酸接枝PVC、丙烯酸接枝PS、丙烯酸接枝EPDM中的一种或多种；
所述颜料为氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁兰、氧化铁紫、氧化铁棕和氧化铁黑的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种高强度木塑复合材料的生产工艺，其特征在于：
所述热塑性塑料为PP、PE中的一种或两种；
所述相容剂为马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE中的一种或两种；
所述润滑剂为油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种高强度木塑复合材料的生产工艺，其特征在于：所述步骤（3）造粒过程使用的电流为主机额定电流的70%-80%；所述步骤（5）造粒过程使用的电流为主机额定电流的50%-60%。
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