CN100577380C

CN100577380C - 聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法

Info

Publication number: CN100577380C
Application number: CN200810064906A
Authority: CN
Inventors: 王伟宏; 王海刚; 卜凡华; 朱莹
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: CN101323130A

Abstract

聚乙烯纤维—植物纤维复合材料的热压制造方法，它涉及一种植物纤维材料的制造方法。本发明解决了挤出方式生产木材-塑料复合材料时只能采用细小纤维、板材幅面较窄、秸秆易热解炭化，预热式热压法制造的板材力学性能低的问题。本发明方法如下：将聚乙烯塑料纤维与植物碎料混合得到混合料铺装成板坯，在压力为1～3MPa、在温度为150～160℃条件下对板坯预热，保持20～30min；压力为4～6MPa、温度为170～190℃的条件下，保持板坯4～6MPa的压力8～15min，最后在3～6MPa的压力下冷却到70～80℃，卸压，即得。采用本发明的方法制造出来的板材的抗弯强度为20MPa。本发明采用纤维形态聚乙烯，植物纤维碎料混合均匀并且生产率高，避免了植物纤维碎料因为承受高温造成的降解、颜色变深的现象。

Description

聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法

技术领域

本发明涉及一种植物纤维材料的制造方法。

背景技术

木材-塑料复合材料由于有效地利用了废弃木材和塑料制造出高性能的环保材料而受到广泛重视，目前的生产技术主要为挤出方式。其不足之处是植物纤维含量高时出料困难，通常采用纤维形态为40～100目的细小纤维；板材幅面因为受模具限制较窄；秸秆在挤出过程中容易热解炭化，所以原材料主要以木材为主，不仅不利于环境；采用挤出工艺制得的复合材料的宽度通常在200mm左右。现有聚乙烯-秸秆复合材料的预热式热压制造方法采用粉末状形态的塑料组分，但由于与植物纤维的堆积密度相差大，存在机械混料不均匀问题，容易产生局部集中现象，造成部分植物纤维之间缺少聚乙烯粘接介质，导致板材的抗弯强度仅为13.87～17.495MPa，板材力学性能差的问题，而且生产率偏低问题，不利于机械化生产。

我国是农业大国，植物纤维原料，如麦草、稻草、亚麻、棉杆等农作物秸秆具有广泛来源，其化学成分类似于木材，可以替代木材产品使用，缓解木材资源紧张的局面。然而大多数农作物秸秆都被丢弃或焚烧，致使大量的植物纤维资源白白浪费。同样，废弃木材和低质木材经过加工也可以制造出优良的复合材产品，替代优质木材制品。

发明内容

本发明的目的是为了解决挤出方式生产木材-塑料复合材料时只能采用细小纤维、板材幅面较窄、秸秆易热解炭化，预热式热压法制造的板材力学性能低、聚乙烯粉末与植物纤维碎料混合均匀性差和生产率低的问题，提供了一种聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法。

本发明聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法如下：一、将占聚乙烯塑料颗粒质量3％～6％的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒与聚乙烯塑料颗粒混合，在温度为170～180℃的条件下加热熔化，然后冷却至室温再锯解为长5mm～25mm、宽2mm～3.5mm、厚度0.2mm～1.5mm的聚乙烯塑料纤维；二、将步骤一得到的聚乙烯塑料纤维与细度为10～40目的植物碎料混合，即得到混合料；三、将步骤二得到的混合料铺装成板坯，然后将板坯放在两块金属垫板之间，在压力为1～3MPa、温度为150～160℃条件下预热20～30min；四、将经过预热处理的板坯置于压力为4～6MPa、温度为170～190℃的条件下保持8～15min，然后在3～6MPa的压力条件下冷却到70～80℃，之后卸压，即得到聚乙烯纤维-植物纤维复合材料；其中步骤二中植物碎料占混合料总重量的50％～70％。

本发明步骤二中所述的植物碎料是麦草、稻草、亚麻、棉杆或废弃木材碎料。

本发明将塑料颗粒加工成纤维形状后再与纤维混合，热压前对板坯进行预热，减少了热压时板材的升温时间；并且由于塑料是纤维状的，与植物纤维碎料混合均匀，粘接点增多；且热压时易于熔化和传热，从而减少了总的热压时间，避免了植物纤维碎料长时间承受高温造成的降解、颜色变深现象的发生。本发明添加马来酸酐接枝作为偶联剂，改善非极性的聚乙烯组分与极性植物纤维之间的界面结合能力；本发明将聚乙烯原料加工成纤维形态，使其堆积密度与植物纤维原料接近，二者能够更均匀地混合在一起，以保证每个植物纤维单元都能与聚乙烯有所接触，纤维间粘接介质增多，板材物理力学性能提高，便于工业化推广。本发明将板坯放在两块金属垫板之间进行对板坯预热，有利于传热，与粉末聚乙烯-秸秆复合材料的预热式热压制造方法相比预热温度从135～145℃提高到150～160℃，预热时间从35～45min减少到20～30min，预热时间缩短，冷却温度由原来的60～70℃提高到70～80℃，同样具有提高劳动生产率、节省能源，并且增加了经济效益。

与采用聚乙烯塑料粉末、不添加偶联剂制造的材料相比，本发明用聚乙烯塑料纤维和偶联剂制造的材料的弯曲强度高，弹性模量大，吸水膨胀率低，内结合强度强。采用本发明的方法制造出来的板材的抗弯强度为15～25MPa，弹性模量为1.3～2.2GPa，内结合强度为0.3～1.5采用本发明方法生产出来的材料幅面可达2440mm×1220mm。本发明用廉价的麦草、稻草、亚麻、棉杆、秸秆或废弃木材作为原材料，既充分利用了资源又节省了开支，适合大型工业生产。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法如下：一、将占聚乙烯塑料颗粒质量3％～6％的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒与聚乙烯塑料颗粒混合，在温度为170～180℃的条件下加热熔化，然后冷却至室温再锯解为长5mm～25mm、宽2mm～3.5mm、厚度0.2mm～1.5mm的聚乙烯塑料纤维；二、将步骤一得到的聚乙烯塑料纤维与细度为10～40目的植物碎料混合，即得到混合料；三、将步骤二得到的混合料铺装成板坯，然后将板坯放在两块金属垫板之间，在压力为1～3MPa、温度为150～160℃条件下预热20～30min；四、将经过预热处理的板坯置于压力为4～6MPa、温度为170～190℃的条件下保持8～15min，然后在3～6MPa的压力条件下冷却到70～80℃，之后卸压，即得到聚乙烯纤维-植物纤维复合材料；其中步骤二中植物碎料占混合料总重量的50％～70％。

本实施方式中所用的金属板为铁板或钢板。

本实施方式中不同条件下制造的板材性能测试结果如表1：

表1

由表中数据可知，用聚乙烯塑料纤维和偶联剂制造的材料的弯曲强度比采用聚乙烯塑料粉末不添加偶联剂制造的材料的弯曲强度高，弹性模量大，吸水膨胀率低，内结合强度强。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中所述的植物碎料是麦草、稻草、亚麻、棉杆、秸秆或废弃木材碎料。其它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不同的是步骤二中植物碎料占混合料总重量的51％～60％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中植物碎料占混合料总重量的61％～69％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中植物碎料占混合料总重量的55％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中预热温度为151～153℃。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中预热温度为154～159℃。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤四中在171～180℃的条件下对经预热处理的板坯施压。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是骤四中在181～189℃的条件下对经预热处理的板坯施压。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤四中在176℃的条件下对经预热处理的板坯施压。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是骤四中将经预热处理的板坯冷却到71～75℃。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤四中将经预热处理的板坯冷却到76～79℃。其它与具体实施方式一相同。

Claims

1、聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法如下：一、将占聚乙烯塑料颗粒质量3％～6％的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒与聚乙烯塑料颗粒混合，在温度为170～180℃的条件下加热熔化，然后冷却至室温再锯解为长5mm～25mm、宽2mm～3.5mm、厚度0.2mm～1.5mm的聚乙烯塑料纤维；二、将步骤一得到的聚乙烯塑料纤维与细度为10～40目的植物碎料混合，即得到混合料；三、将步骤二得到的混合料铺装成板坯，然后将板坯放在两块金属垫板之间，在压力为1～3MPa、温度为150～160℃条件下预热20～30min；四、将经过预热处理的板坯置于压力为4～6MPa、温度为170～190℃的条件下保持8～15min，然后在3～6MPa的压力条件下冷却到70～80℃，之后卸压，即得到聚乙烯纤维-植物纤维复合材料；其中步骤二中植物碎料占混合料总重量的50％～70％。

2、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤二中所述的植物碎料是麦草、稻草、亚麻、棉杆或废弃木材碎料。

3、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤二中植物碎料占混合料总重量的51％～60％。

4、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤二中植物碎料占混合料总重量的61％～69％。

5、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤三中预热温度为151～153℃。

6、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤三中预热温度为154～159℃。

7、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤四中在171～180℃的条件下对经预热处理的板坯施压。

8、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤四中在181～189℃的条件下对经预热处理的板坯施压。

9、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤四中将经预热处理的板坯冷却到71～75℃。

10、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维-植物纤维复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤四中将经预热处理的板坯冷却到76～79℃。