一種連續纖維增強的木塑復合材料及其制備方法
【專利摘要】一種連續纖維增強木塑復合材料及其制備方法，本發明涉及一種纖維增強木塑復合材料及其制備方法，特別是涉及一種纖維位置可控的連續纖維增強木塑復合材料及其制備方法。本發明的目的是為了解決纖維增強木塑中纖維分散不均勻，不能在加工過程中產生預張力，從而導致增強效果不明顯，木塑復合材料綜合力學性能差的技術問題。本發明的木塑復合材料由木塑材料和木塑材料內部的連續纖維組成。本發明的木塑復合材料的制備方法為：首先配制預混料，然后對連續纖維預處理，之后穿過螺桿擠出機上的模具，最后將木塑粒料加入到螺桿擠出機中并與連續纖維共擠成型得到連續纖維增強的木塑復合材料。本發明的木塑復合材料用于室內、室外、裝飾用材及包裝箱。
【專利說明】
一種連續纖維増強的木塑復合材料及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種纖維增強木塑復合材料及其制備方法，特別是涉及一種纖維位置可控的連續纖維增強木塑復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]木塑復合材料具有尺寸穩定性好、耐水性能好、耐腐蝕性等，從而被廣泛應用于建筑產品、汽車、園林及室外設施等領域，發展迅速。目前，木塑復合材料已是一種商業化產品并形成了相關制造產業，但隨著應用領域的不斷增加，對木塑復合材料的性能提出了更高要求。但是，木塑復合材料存在強度和抗沖擊性能相對較低，且易蠕變等缺點，在結構工程材料領域的應用受到限制，在被用為承重件時，目前絕大多數商家的處理方法是在中空木塑內腔中插入型鋼增加強度，這種方式不僅大幅度增加了原材料成本，而且給施工帶來了很大麻煩，也增加了施工成本。因此，制備高性能木塑復合材料是極為必要的，直接關系到木塑復合材料產業的發展。
[0003]添加增強體纖維是一種有效增強復合材料性能的方法，高強纖維是復合材料常用的增強材料，其自身物理力學性能很高。目前主要采用短切碳纖維增強木塑復合材料，但是存在很多問題，如當前的制備方法及設備不能使纖維較好的在復合材料中分散，易團聚產生應力集中點，從而破壞材料的連續性，導致增強效果不明顯。也有研究者嘗試利用連續長纖維增強木塑及其制備方法，包括表面改性連續玻璃纖維、造粒、擠出三個步驟，在擠出機合流芯的位置打孔，將連續纖維加入，保證了纖維的連續性。但是該法從擠出機合流芯部位添加纖維，只保證了纖維的連續性，纖維在復合材料內部的位置和狀態不可控，纖維容易團聚，從而形成內部缺陷。其次，擠出過程未對纖維進行預熱和拉緊處理，導致纖維增強效果降低。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決纖維增強木塑中纖維分散不均勻，不能在加工過程中產生預張力，從而導致增強效果不明顯，木塑復合材料綜合力學性能差的技術問題，而提供了一種位置可控的連續纖維增強木塑復合材料及其制備方法。
[0005]本發明的連續纖維增強的木塑復合材料由木塑材料和連續纖維組成，所述連續纖維在木塑材料內部，所述木塑材料按重量份數由20份?90份聚烯烴、10份?80份木質纖維、
0.5份?8份相容劑、0.1份?5份潤滑劑、O份?5份熱穩定劑和O份?30份礦物質填料組成。
所述的聚烯烴為聚苯乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一種或其中幾種的混合物;所述的木質纖維為木纖維粉、稻殼粉、竹纖維粉、麻纖維粉、秸桿纖維粉中的一種或幾種的混合物；
所述的相容劑為硅烷類偶聯劑、鋁酸酯類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、馬來酸酐、馬來酸酐接枝聚烯烴、異氰酸酯中的一種或幾種的混合物；
所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣中的一種或幾種的混合物；
所述的熱穩定劑為二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、馬來酸二烷基錫、雙(馬來酸單丁酯)二丁基錫、馬來酸二辛基錫、二辛基錫雙(巰基乙酸異丁酯)、二辛基錫雙(巰基乙酸異辛酯)中的一種或幾種的混合物；
所述的礦物質填料為碳酸鈣粉、硅酸鈣粉、滑石粉中的一種或幾種的混合物;所述的連續纖維為連續碳纖維、連續玄武巖纖維、連續玻璃纖維、連續棉纖維、連續麻纖維、連續聚酯纖維、連續尼龍纖維、連續芳綸纖維、連續金屬纖維或改性劑預處理過的連續碳纖維、連續玄武巖纖維、連續玻璃纖維、連續棉纖維、連續麻纖維、連續聚酯纖維、連續尼龍纖維、連續芳綸纖維、連續金屬纖維中的一種或幾種的混合物；
所述的連續纖維的形態為連續纖維束或連續纖維網；
本發明的連續纖維增強木塑復合材料的制備方法按照以下步驟進行:
一、按重量份數稱取20份?90份聚烯烴、10份?80份木質纖維、0.5份?8份相容劑、0.1份?5份潤滑劑、O份?5份熱穩定劑和O份?30份礦物質填料，放入高速混合機中攪拌均勾，得到預混料；
二、將連續纖維通過導向輥分散，使連續纖維具有一定的預張力，然后通過加熱片對連續纖維進行預熱處理，將處理后的連續纖維穿過螺桿擠出機上的模具；
三、將步驟一得到的預混料通過雙螺桿擠出造粒，制備木塑粒料，加工溫度為1200C?2200C ;同時將制備的木塑粒料加入到螺桿擠出機中與步驟二模具中的連續纖維共擠成型，加工溫度為110°0250Γ，然后經定型模具定型，得到連續纖維增強的木塑復合材料。
[0006]所述螺桿擠出機為單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機；
所述螺桿擠出機為一臺或兩臺，當螺桿擠出機為一臺時，該螺桿擠出機在模具的任意一側;當螺桿擠出機位兩臺時，兩臺螺桿擠出機分別在模具的兩側。
[0007]本發明相對于現有技術的優點:
1、采用本發明方法制備的連續纖維增強木塑復合材料的彎曲強度可達90MPa?IlOMPa而現有的最高只能達到90MPa、拉伸強度可達50MPa?80MPa、無缺口沖擊強度可達15KJ/V?30KJ/m2。
[0008]2、本發明采用連續纖維增強木塑復合材料，并且擠出過程對纖維進行預熱和拉緊處理。連續纖維增大了纖維與復合材料的接觸面積，減少了內部的應力集中點，形成“鋼筋混凝土”結構。當復合材料受到外部載荷時，力傳遞給連續纖維，纖維起到承重作用，從而解決了纖維在復合材料中分散不均、纖維團聚造成復合材料形成內部缺陷的問題，從而提高了復合材料的力學性能。同時，預熱處理使纖維與木塑粒料結合的更好，拉緊處理使纖維在復合材料的位置可控，進一步提高了復合材料的力學性能。
[0009]3、本發明提供的連續纖維增強木塑復合材料的制備方法工藝簡單，制備出的木塑復合材料力學性能增強效果明顯。
[0010]說明書附圖
圖1為制備連續纖維增強木塑復合材料的裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0011]本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0012]【具體實施方式】一:本實施方式的連續纖維增強的木塑復合材料由木塑材料和連續纖維組成，所述連續纖維在木塑材料內部，所述木塑材料按重量份數由20份?90份聚烯烴、10份?80份木質纖維、0.5份?8份相容劑、0.1份?5份潤滑劑、O份?5份熱穩定劑和O份?30份礦物質填料組成。
[0013]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述連續纖維的形態為連續纖維網或連續纖維束。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0014]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述的連續纖維為連續碳纖維、連續玄武巖纖維、連續玻璃纖維、連續棉纖維、連續麻纖維、連續聚酯纖維、連續尼龍纖維、連續芳綸纖維、連續金屬纖維或改性劑處理過的連續碳纖維、連續玄武巖纖維、連續玻璃纖維、連續棉纖維、連續麻纖維、連續聚酯纖維、連續尼龍纖維、連續芳綸纖維、連續金屬纖維中的一種或幾種的混合物。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0015]【具體實施方式】四:本實施方式的連續纖維增強木塑復合材料的制備方法按照以下步驟進行:
一、按重量份數稱取20份?90份聚烯烴、10份?80份木質纖維、0.5份?8份相容劑、0.1份?5份潤滑劑、O份?5份熱穩定劑和O份?30份礦物質填料，放入高速混合機中攪拌均勾，得到預混料；
二、將連續纖維通過導向輥分散，使連續纖維具有一定的預張力，然后通過加熱片對連續纖維進行預熱處理，將處理后的連續纖維穿過螺桿擠出機上的模具；
三、將步驟一得到的預混料通過雙螺桿擠出造粒，制備木塑粒料，加工溫度為1200C?2200C ;同時將制備的木塑粒料加入到螺桿擠出機中與步驟二模具中的連續纖維共擠成型，加工溫度為110°0250Γ，然后經定型模具定型，得到連續纖維增強的木塑復合材料。
[0016]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】四不同的是，實現制備連續纖維增強木塑復合材料的裝置由螺桿擠出機1、模具2、加熱片4、導向輥5和連續纖維存放筒6組成；所述的連續纖維存放筒6在模具2的入口 7—側;所述導向輥5在模具2和連續纖維筒6之間，導向輥5將連續纖維分散均勻并與模具2共同作用使連續纖維具有一定的預張力;所述的加熱片4在模具2和導向輥5之間，所述螺桿擠出機I在模具2的入口 7和出口 3相鄰的一個或兩個側面上，螺桿擠出機I將木塑粒料送入模具2與經導向輥5和加熱片4的連續纖維束或連續纖維網一起通過模具2，并在模具2的出口 3擠出成型材8。其他步驟與參數與【具體實施方式】四或五相同。
[0017]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】四或五不同的是，所述螺桿擠出機為單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機。其他步驟與參數與【具體實施方式】四或五相同。
[0018]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】四或五不同的是，所述螺桿擠出機為一個或兩個，當螺桿擠出機為一個時，該螺桿擠出機在模具的任意一個側面;當螺桿擠出機位兩個時，兩個螺桿擠出機分別在模具的兩個側面。其他步驟與參數與【具體實施方式】四或五相同。
[0019]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】四不同的是，步驟一所述的聚烯烴為聚苯乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一種或其中幾種的混合物;所述的木質纖維為木纖維粉、稻殼粉、竹纖維粉、麻纖維粉、秸桿纖維粉中的一種或幾種的混合物;所述的相容劑為硅烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、馬來酸酐、馬來酸酐接枝聚烯烴、異氰酸酯中的一種或幾種的混合物;所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣中的一種或幾種的混合物;所述的熱穩定劑是二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、馬來酸二烷基錫、雙(馬來酸單丁酯)二丁基錫、馬來酸二辛基錫、二辛基錫雙(巰基乙酸異丁酯)、二辛基錫雙(巰基乙酸異辛酯)中的一種或幾種的混合物;所述的礦物質填料為碳酸鈣粉、硅酸鈣粉、滑石粉中的一種或幾種的混合物。其他步驟與參數與【具體實施方式】四相同。
[0020]實施例1
本實施例的連續纖維增強木塑復合材料按以下步驟進行:
一、采用高混機將30份的聚丙烯、60份的木纖維粉、2份的硅烷類偶聯劑、I份的聚乙烯蠟、7份的碳酸鈣粉混合均勻，得到預混料；
二、將連續尼龍纖維束通過導向輥分散，使連續尼龍纖維束具有一定的預張力，然后通過加熱片對連續尼龍纖維束進行預熱處理，預熱溫度為100°C，將處理后的連續尼龍纖維束穿過螺桿擠出機上的模具；
三、將步驟一得到的預混料通過雙螺桿擠出造粒，制備木塑粒料，加工溫度為180°C;同時將制備的木塑粒料加入到單螺桿擠出機中與步驟二模具中的連續尼龍纖維束共擠成型，加工溫度為175°C，然后經定型模具定型，得到連續尼龍纖維束增強的木塑復合材料。
[0021]本實施例制備的木塑復合材的增強相為連續尼龍纖維束;經測試得到:本實施例制備的木塑復合材的彎曲強度為94.7MPa，拉伸強度為83.2MPa，抗沖擊強度為20.8kJ/m2。
[0022]實施例2
本實施例的基于核殼結構的木塑復合材按以下步驟進行:
一、采用高混機將30份的聚乙烯、65份的麻纖維粉、2份的界面相容劑、2份的石蠟、I份的二月桂酸二辛基錫混合均勻，得到預混料；
二、將連續碳纖維束通過導向輥分散，使連續碳纖維束具有一定的預張力，然后通過加熱片對連續碳纖維束進行預熱處理，預熱溫度為110°C，將處理后的連續碳纖維束穿過螺桿擠出機上的模具；
三、將步驟一得到的預混料通過雙螺桿擠出造粒，制備木塑粒料，加工溫度為160°C;同時將制備的木塑粒料加入到雙螺桿擠出機中與步驟二模具中的連續碳纖維束共擠成型，加工溫度為175°C，然后經定型模具定型，得到連續碳纖維束增強的木塑復合材料。
[0023]本實施例制備的木塑復合材的增強相為連續碳纖維束;經測試得到:本實施例制備的木塑復合材的彎曲強度為101.5MPa，拉伸強度為85.110^，抗沖擊強度為19.910/1112。
【主權項】
1.一種連續纖維增強的木塑復合材料，其特征在于:該木塑復合材料由木塑材料和連續纖維組成，所述連續纖維在木塑材料內部，所述木塑材料按重量份數由20份?90份聚烯烴、10份?80份木質纖維、0.5份?8份相容劑、0.1份?5份潤滑劑、O份?5份熱穩定劑和O份?30份礦物質填料組成。2.根據權利要求1所述的連續纖維增強的木塑復合材料，其特征在于:所述連續纖維的形態為連續纖維網或連續纖維束。3.根據權利要求1所述的連續纖維增強的木塑復合材料，其特征在于:所述的連續纖維為連續碳纖維、連續玄武巖纖維、連續玻璃纖維、連續棉纖維、連續麻纖維、連續聚酯纖維、連續尼龍纖維、連續芳綸纖維、連續金屬纖維或改性劑處理過的連續碳纖維、連續玄武巖纖維、連續玻璃纖維、連續棉纖維、連續麻纖維、連續聚酯纖維、連續尼龍纖維、連續芳綸纖維、連續金屬纖維中的一種或幾種的混合物。4.如權利要求1所述的連續纖維增強木塑復合材料的制備方法，其特征在于:該方法按以下步驟進行: 一、按重量份數稱取20份?90份聚烯烴、10份?80份木質纖維、0.5份?8份相容劑、0.1份?5份潤滑劑、O份?5份熱穩定劑和O份?30份礦物質填料，放入高速混合機中攪拌均勾，得到預混料； 二、將連續纖維通過導向輥分散，使連續纖維具有一定的預張力，然后通過加熱片對連續纖維進行預熱處理，將處理后的連續纖維穿過螺桿擠出機上的模具； 三、將步驟一得到的預混料通過雙螺桿擠出造粒，制備木塑粒料，加工溫度為1200C?220 °C;然后將制備的木塑粒料加入到螺桿擠出機中與步驟二模具中的連續纖維共擠成型，加工溫度為110°0250Γ，然后經定型模具定型，得到連續纖維增強的木塑復合材料。5.根據權利要求4所述的連續纖維增強的木塑復合材料的制備方法，其特征在于:實現制備連續纖維增強木塑復合材料的裝置由螺桿擠出機(I)、模具(2)、加熱片(4)、導向輥(5)和連續纖維存放筒(6)組成;所述的連續纖維存放筒(6)在模具(2)的入口(7)—側;所述導向輥(5)在模具(2)和連續纖維筒(6)之間；所述的加熱片(4)在模具(2)和導向輥(5)之間，所述螺桿擠出機(I)在模具(2)的入口(7)和出口(3)相鄰的一個或兩個側面上，螺桿擠出機(I)將木塑粒料送入模具(2)與經導向輥(5)和加熱片(4)的連續纖維束或連續纖維網一起通過模具(2)，并在模具(2)的出口(3)擠出成型材(8)。6.根據權利要求4或5所述的連續纖維增強的木塑復合材料的制備方法，其特征在于:所述螺桿擠出機為單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機。7.根據權利要求4或5所述的連續纖維增強的木塑復合材料的制備方法，其特征在于:所述螺桿擠出機為一臺或兩臺，當螺桿擠出機為一臺時，該螺桿擠出機在模具的任意一個側面;當螺桿擠出機位兩臺時，兩臺螺桿擠出機分別在模具的兩側。8.根據權利要求4所述的連續纖維增強的木塑復合材料的制備方法，其特征在于:所述的聚烯烴為聚苯乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一種或其中幾種的混合物;所述的木質纖維為木纖維粉、稻殼粉、竹纖維粉、麻纖維粉、秸桿纖維粉中的一種或幾種的混合物;所述的相容劑為硅烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、馬來酸酐、馬來酸酐接枝聚烯烴、異氰酸酯中的一種或幾種的混合物;所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣中的一種或幾種的混合物;所述的熱穩定劑是二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、馬來酸二烷基錫、雙(馬來酸單丁酯)二丁基錫、馬來酸二辛基錫、二辛基錫雙(巰基乙酸異丁酯)、二辛基錫雙(巰基乙酸異辛酯)中的一種或幾種的混合物;所述的礦物質填料為碳酸鈣粉、硅酸鈣粉、滑石粉中的一種或幾種的混合物。
【文檔編號】C08L23/12GK106065194SQ201610421401
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月12日 公開號201610421401.3, CN 106065194 A, CN 106065194A, CN 201610421401, CN-A-106065194, CN106065194 A, CN106065194A, CN201610421401, CN201610421401.3
【發明人】王海剛, 張京發, 王清文, 周才林, 王偉宏, 齊菁
【申請人】王海剛, 王清文