CN101294001A - 一种木塑复合材料的制备方法 - Google Patents

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刘雪宁
陈元文
黎新强
梁伟东
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Abstract

本发明是关于一种木塑复合材料的制备方法，采用如下的工艺步骤：1)将木粉50～100重量份，填料40～200重量份在高速混合器中混合均匀，加入处理剂1～20重量份，于80～120℃下混合处理10～20分钟；2)将上述混合后的物料中加入助剂10～20重量份，再混合3～6分钟，使之分散均匀；3)将上述2)的混合好的物料传送入沸腾干燥器中干燥使之含水量降低到3％以下，然后进入环模制粒机中制粒，得到压制的粉料颗粒；4)在上述粉料颗粒中，按重量比1∶1～1∶2的比例加入树脂颗粒与之混合均匀，得到的物料进入挤出设备拉制产品成型，得到所需产品。本发明提供了一种将木粉先压制成颗粒，然后与塑料颗粒进行混合，再进行挤出加工的工艺，不但解决了下料困难的问题，而且提高了接近1倍的产量，扩大了产能。

Description

一种木塑复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料，特别是涉及一种采用两步法生产木塑复合材料的制备工艺。
背景技术
木塑复合材料可以广泛应用在包装、建筑等行业，与木材相比，还具有容易加工、强度高、防腐、防虫、防湿、使用寿命长、可以重复使用等优点。最近几年，木塑复合材料的研究已成为国内外同行业研究的热点。然而现有的木塑产品性能偏低，产品质量不稳定，缘于在挤出的传统工艺中，因为木粉成很细纤维状而且密度很小，在下料的过程中容易架桥，造成下料困难，而且木粉的密度与树脂的密度相差很大，所以也会造成下料过程中物料的分离，直接影响加工性能，产品质量和产量。
木塑复合材料的加工过程分为两步法和一步法，其中两步法包括造粒和成型，造粒是先把木粉和塑料树脂，填料，加工助剂等混合均匀，然后在挤出造粒机设备上造粒，造粒好的材料再经过挤出成型得到所需的产品。而一步法是直接把混合好的物料在挤出设备中经过熔融分散，直接成型。
中国专利“一种木塑复合材料及其制备方法”(申请号为02160123.2)是采用一步法的制备工艺，涉及由木质纤维改性塑料而得的复合材料，其是将木质纤维、回收塑料以及树脂相容剂等组分通过塑料加工中通用的熔融共混方法而制备。该专利由于木质纤维的粒度较小，而导致缺陷是下料困难，加工稳定型差，产量较低。
中国专利“一种改性木塑复合材料其用途及其制造方法”(申请号为0214432.5)是采用两步法的制备工艺，将木粉烘干后加入接枝剂混合为改性木粉，后与PVC、PP、PE的塑料组分及一些助剂加入高速混合机中高速混合，采用连续挤出工艺，利用各种断面形状的膜具，挤出生产各种高性能复合材料。该专利存在的缺陷是产品经过两次加工成型，包括造粒，成型，不仅在造粒的过程中存在下料困难，稳定性差，产量低的问题，而且某些助剂在第一次加工中就已经分解完，因此在后一步加工中实效。
不管两步法还是一步法都存在把粉状的物料(木粉，竹粉，稻糠壳等)和粒状的树脂颗粒(PP，PE等)混合均匀的过程，存在共同从设备的下料处进料的问题，因此也都存在混料不均匀，进料不均匀，进料速度慢，架桥，影响产品质量和产量的问题。目前大多数的厂家在此问题上都是采用强制加料的设备，在加料处采用弹簧压制进料或者螺杆压制进料，但也不能很好的解决这个问题。同时增加了设备投资。
有鉴于上述现有的木塑复合材料制备工艺存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品工艺制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型的木塑复合材料的制备方法，能够改进一般现有的木塑复合材料制备工艺，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的木塑复合材料制备工艺中存在的缺陷，而提供一种新型的木塑复合材料的制备方法，所要解决的技术问题是使其可解决因木粉的堆积密度低，在挤出过程中下料困难，而造成的产量低，分散不均匀的问题。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种木塑复合材料的制备方法，采用如下的工艺步骤：1)将木粉50～100重量份，填料40～200重量份在高速混合器中混合均匀，加入处理剂1～20重量份，于80～120℃下混合处理10～20分钟；2)将上述混合后的物料中加入助剂10～20重量份，再混合3～6分钟，使之分散均匀；3)将上述2)的混合好的物料传送入沸腾干燥器中干燥使之含水量降低到3％以下，然后进入环模制粒机中制粒，得到压制的粉料颗粒；4)在上述粉料颗粒中，按重量比1∶1～1∶2的比例加入树脂颗粒与之混合均匀，得到的物料进入挤出设备拉制产品成型，得到所需产品。
本发明的目的及解决其技术问题还可以可采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的木塑复合材料的制备方法，其中所述的木粉是木材碎屑、农作物秸秆粉、玉米淀粉、棉花果壳粉、竹粉中的一种或一种以上的混合物。
前述的木塑复合材料的制备方法，其中所述的填料是碳酸钙、滑石粉，云母粉，高岭土中的一种或一种以上的混合物。
前述的木塑复合材料的制备方法，其中所述的处理剂是乙烯-乙酸乙烯共聚物，钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，马来酸酐，铝锆偶联剂中的一种或一种以上的混合物。
前述的木塑复合材料的制备方法，其中所述的助剂是抗氧剂1010，ACR，高分子腊，硬脂酸钙，硬脂酸锌中的一种或一种以上的混合物。
前述的木塑复合材料的制备方法，其中所述的环模制粒机的孔径控制在3～5mm，切料长度控制在3～5mm。
前述的木塑复合材料的制备方法，其中所述的粉料颗粒的粒径控制在3～5mm，长度控制在5mm以内。
前述的木塑复合材料的制备方法，其中所述的树脂颗粒包括PVC，PE，PP，ABS，PS或PA等热塑性树脂。
前述的木塑复合材料的制备方法，其中所述的树脂颗粒的粒度为2～12mm。
借由上述技术方案，本发明一种木塑复合材料的制备方法至少具有下列优点：
1)由于本发明采用新型两步法的制备工艺，第一步是先将木粉改性后压制成颗粒，使得在后一步的将木粉与树脂混合的过程中，物料的进料速度均匀，不会使物料产生分层，物料的进料速度可以提高20％以上，且物料进料不会产生架桥造成的生产不稳定现象；
2)因第一步将改性木粉造粒时采用干燥工艺，可以排除水份对加工的影响；另外，采用环模制粒机对第一步经改性的木粉进行造粒，使得制出的粉料颗粒的粒径控制在3～5mm，长度控制在5mm以内，可使第二步粉料颗粒与树脂的混合过程中，出料速度均匀；从而改善了加工性能，得到稳定的产品质量，产品的产量提高20％以上。
综上所述，本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品或制备工艺上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的木塑复合材料的制备方法具有增进的突出功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的木塑复合材料的制备方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后，本发明的重量份与千克对应。
实施例1：
将农作物秸秆粉50kg，碳酸钙100kg在高速混合器中混合均匀，加入EVA、丙烯酸，丙烯酸酯的聚合物三者的混合物1kg，混合处理10分钟，混合温度为110℃。在改性木粉中再加入粉煤灰和/或工业矿渣15kg，再混合5分钟左右，使之分散均匀。将混合好的物料传送入沸腾干燥器中干燥使之含水量降低到3％以下，然后进入立式环模制粒机中进行制粒，环模制粒机的孔径控制在3mm，切料长度控制在3mm，得到压制的粉料颗粒。按重量比1∶1的比例加入粒径为2mm的PVC颗粒与粉料颗粒混合均匀。然后在TE-66的双螺杆挤出机挤出成型，各段温度分别为：140℃，150℃，160℃，165℃，170℃，得到的物料进入挤出设备拉制产品成型，得到所需产品。产品的线速度与直接粉料下料相比提高了20％。
由上述实施例1制得的的木塑产品与对比例(国外同类产品，EVERGREEN DECK)性能技术指标数据如下：
  序号   项目   检测标准   技术指标   单位   实施例1(木塑产品)   对比例(国外同类产品)
  1   密度   GB/T 1033-1986   -   Kg/M3   750   630
  2   吸水率   Q/SLZS 01-2005   ≤15   ％   3.5   4.2
  3   含水率   GB/T 17657-1999   ≤2   ％   0.9   1.0
  4   拉伸强度   Q/SLZS 01-2005   ≥12   Mpa   16   14
  5   无缺口冲击强度   Q/SLZS 01-2005   ≥5   KJ/M3   6.8   5.3
  6   弯曲强度   GB/T 9341-2000   ≥20   Mpa   28   26
  7   钉拔出力(钉直径2.06mm)   Q/SLZS 01-2005   ≥30   N   48   36
  8   硬度(邵氏D)   GB/T 2411-1980   ---   度   58   49
  9   高低温尺寸变化率   GB/T 8814-1998   ±2.5   ％   0.5   0.7
  10   甲醛含量   GB/T 18103---2000   ≤1.5   mg/L   0.32   0.68
  11   水平燃烧   (UL-94标准)   -   级   FH-1
  12   垂直燃烧   (UL-94标准)   -   级   FV-0
  13   氧指数(LOI)   (UL-94标准) -   41(B1级)
实施例2：
将竹粉100kg，滑石粉200kg在高速混合器中混合均匀，加入处理剂钛酸酯偶联剂20kg，混合处理20分钟，混合温度为110℃。在改性木粉中再加入抗氧剂1010，氧化石蜡，ACR等其它助剂18kg，再混合3分钟左右，使之分散均匀。将混合好的物料传送入沸腾干燥器中干燥使之含水量降低到3％以下，然后进入立式环模制粒机机中进行制粒，环模制粒机的孔径控制在4mm，切料长度控制在4mm，得到压制的粉料颗粒。按重量比1∶2的比例加入粒径为8mm的PE树脂颗粒与粉料颗粒混合均匀。得到的物料进入挤出设备拉制产品成型，然后在TE-66的双螺杆挤出机挤出成型，各段温度分别为：130℃，140℃，145℃，150℃，155℃，得到所需产品。产品的线速度与直接粉料下料相比提高了30％。
由上述实施例2制得的的木塑产品与对比例(国外同类产品，EVERGREEN DECK)性能技术指标数据如下：
  序号   项目   检测标准   技术指标   单位   实施例2(木塑产品)  对比例(国外同类产品)
  1   密度   GB/T 1033-1986   -   Kg/M3   650  630
  2   吸水率   Q/SLZS 01-2005   ≤15   ％   3.3  4.2
  3   含水率   GB/T17657-1999   ≤2   ％   0.7  1.0
  4   拉伸强度   Q/SLZS 01-2005   ≥12   Mpa   16  14
  5   无缺口冲击强度   Q/SLZS 01-2005   ≥5   KJ/M3   6.5  5.3
  6   弯曲强度   GB/T 9341-2000   ≥20   Mpa   27  26
  7   钉拔出力(钉直径2.06mm)   Q/SLZS 01-2005   ≥30   N   45  36
  8   硬度(邵氏D)   GB/T 2411-1980   ---   度   59  49
  9   高低温尺寸变化率   GB/T 8814-1998   ±2.5   ％   0.5  0.7
  10   甲醛含量   GB/T18103---2000   ≤1.5   mg/L   0.40  0.68
  11   水平燃烧(UL-94标准)   (UL-94标准) -   级   FH-1
  12   垂直燃烧   (UL-94标准)   -   级   FV-0
  13   氧指数(LOI)   (UL-94标准)   -   41(B1级)
实施例3：
将木材碎屑70kg，云母粉100kg在高速混合器中混合均匀，加入铝酸酯偶联剂10kg，混合处理15分钟，混合温度为110℃。在改性木粉中再加入高分子蜡，ACR，CPE等其它助剂12kg，再混合6分钟左右，使之分散均匀。将混合好的物料传送入沸腾干燥器中干燥使之含水量降低到3％以下，然后进入立式环模制粒机中进行制粒，环模制粒机的孔径控制在5mm，切料长度控制在5mm。得到压制的粉料颗粒，按重量比1∶1.5的比例加入粒径为12mm的PP颗粒与粉料颗粒混合均匀。得到的物料进入挤出设备拉制产品成型，然后在TE-66的双螺杆挤出机挤出成型，各段温度分别为：135℃，140℃，145℃，150℃，155℃，得到所需产品。产品的线速度与直接粉料下料相比提高了25％，提高了产量。
由上述实施例3制得的的木塑产品与对比例(国外同类产品，EVERGREEN DECK)性能技术指标数据如下：
  序号   项目   检测标准   技术指标   单位  实施例3(木塑产品)  对比例(国外同类产品)
  1   密度   GB/T 1033-1986   -   Kg/M3  680  630
  2   吸水率   Q/SLZS 01-2005   ≤15   ％  4.0  4.2
  3   含水率   GB/T 17657-1999   ≤2   ％  1.0  1.0
  4   拉伸强度   Q/SLZS 01-2005   ≥12   Mpa  17  14
  5   无缺口冲击强度   Q/SLZS 01-2005   ≥5   KJ/M3  6.0  5.3
  6   弯曲强度   GB/T 9341-2000   ≥20   Mpa  28  26
  7   钉拔出力(钉直径2.06mm)   Q/SLZS 01-2005   ≥30   N  42  36
  8   硬度(邵氏D)   GB/T 2411-1980   ---   度  60  49
  9   高低温尺寸变化率   GB/T 8814-1998   ±2.5   ％  0.4  0.7
  10   甲醛含量   GB/T 18103---2000   ≤1.5   mg/L  0.42  0.68
  11   水平燃烧(UL-94标准)   (UL-94标准)   -   级  FH-1
  12   垂直燃烧   (UL-94标准)   -   级  FV-0
  13   氧指数(LOI)   (UL-94标准) -  41(B1级)
实施例4：
将农作物秸秆粉80kg，高岭土150kg在高速混合器中混合均匀，加入马来酸酐15kg，混合处理12分钟，混合温度为100℃。在改性木粉中再加入硬脂酸钙，硬脂酸锌等18kg，再混合5分钟左右，使之分散均匀。将混合好的物料传送入沸腾干燥器中干燥使之含水量降低到3％以下，然后进入立式环模制粒机中进行制粒，环模制粒机的孔径控制在5mm，切料长度控制在5mm。得到压制的粉料颗粒，按重量比1∶1.5的比例加入粒径为8mm的ABS颗粒与之混合均匀。得到的物料进入挤出设备拉制产品成型，然后在TE-66的双螺杆挤出机挤出成型，各段温度分别为：140℃，145℃，150℃，155℃，160℃，得到所需产品。产品的线速度与直接粉料下料相比提高了28％，提高了产量。
由上述实施例4制得的的木塑产品与对比例(国外同类产品，EVERGREEN DECK)性能技术指标数据如下：
  序号   项目   检测标准   技术指标   单位  实施例4(木塑产品)  对比例(国外同类产品)
  1   密度   GB/T 1033-1986   -   Kg/M3  700  630
  2   吸水率   Q/SLZS 01-2005   ≤15   ％  3.0  4.2
  3   含水率   GB/T17657-1999   ≤2   ％  0.8  1.0
  4   拉伸强度   Q/SLZS 01-2005   ≥12   Mpa  15  14
  5   无缺口冲击强度   Q/SLZS 01-2005   ≥5   KJ/M3  6.3  5.3
  6   弯曲强度   GB/T 9341-2000   ≥20   Mpa  26  26
  7   钉拔出力(钉直径2.06mm)   Q/SLZS 01-2005   ≥30   N  50  36
  8   硬度(邵氏D)   GB/T 2411-1980   ---   度  50  49
  9   高低温尺寸变化率   GB/T 8814-1998   ±2.5   ％  0.5  0.7
  10   甲醛含量   GB/T18103---2000   ≤1.5   mg/L  0.33  0.68
  11   水平燃烧(UL-94标准)   (UL-94标准)   -   级  FH-1
  12   垂直燃烧   (UL-94标准)   -   级  FV-0
  13   氧指数(LOI)   (UL-94标准)   -  41(B1级)
实施例5：
将玉米淀粉与棉花果壳粉的混合物90kg，碳酸钙与滑石粉的混合物70kg在高速混合器中混合均匀，加入铝锆偶联剂8kg，混合处理18分钟，混合温度为120℃。在改性木粉中再加入硬脂酸锌20kg，再混合4分钟左右，使之分散均匀。将混合好的物料传送入沸腾干燥器中干燥使之含水量降低到3％以下，然后进入立式环模制粒机中进行制粒，环模制粒机的孔径控制在5mm，切料长度控制在5mm。得到压制的粉料颗粒，按重量比1∶1.5的比例加入粒径为6mm的PS或PA颗粒与之混合均匀。得到的物料进入挤出设备拉制产品成型，然后在TE-66的双螺杆挤出机挤出成型，各段温度分别为：140℃，145℃，155℃，165℃，175℃，得到所需产品。产品的线速度与直接粉料下料相比提高了22％，提高了产量。
由上述实施例5制得的的木塑产品与对比例(国外同类产品，EVERGREEN DECK)性能技术指标数据如下：
  序号   项目   检测标准   技术指标   单位   实施例5(木塑产品)   对比例(国外同类产品)
  1   密度   GB/T 1033-1986   -   Kg/M3   720   630
  2   吸水率   Q/SLZS 01-2005   ≤15   ％   3.4   4.2
  3   含水率   GB/T 17657-1999   ≤2   ％   0.8   1.0
  4   拉伸强度   Q/SLZS 01-2005   ≥12   Mpa   15   14
  5   无缺口冲击强度   Q/SLZS 01-2005   ≥5   KJ/M3   6.7   5.3
  6   弯曲强度   GB/T 9341-2000   ≥20   Mpa   28   26
  7   钉拔出力(钉直径2.06mm)   Q/SLZS 01-2005   ≥30   N   38   36
  8   硬度(邵氏D)   GB/T 2411-1980   ---   度   55   49
  9   高低温尺寸变化率   GB/T 8814-1998   ±2.5   ％   0.6   0.7
  10   甲醛含量   GB/T18103---2000   ≤1.5   mg/L   0.30   0.68
  11   水平燃烧(UL-94标准)   (UL-94标准)   -   级   FH-1
  12   垂直燃烧   (UL-94标准)   -   级   FV-0
  13   氧指数(LOI)   (UL-94标准)   -   41(B1级)
综上所述，本发明提供了一种先将木粉造粒，然后与粒状的树脂颗粒进行共混进料的工艺，既解决了进料的均匀性，也可以把粉料进行预干燥处理。把粉料的含水量降低到3％以下。同时进料速度可以提高20％以上，同时提高了产品的产量。木粉与其它填充料的改性处理过程，在此过程中改变了原来只对木粉(或其它木纤维)处理的过程，使得纤维填料和无机填料都得到彻底的改性处理，增加与树脂的相容性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1、一种木塑复合材料的制备方法，其特征在于，采用如下的工艺步骤：
1)将木粉50～100重量份，填料40～200重量份在高速混合器中混合均匀，加入处理剂1～20重量份，于80～120℃下混合处理10～20分钟；
2)将上述混合后的物料中加入助剂10～20重量份，再混合3～6分钟，使之分散均匀；
3)将上述2)的混合好的物料传送入沸腾干燥器中干燥使之含水量降低到3％以下，然后进入环模制粒机中制粒，得到压制的粉料颗粒；
4)在上述粉料颗粒中，按重量比1∶1～1∶2的比例加入树脂颗粒与之混合均匀，得到的物料进入挤出设备拉制产品成型，得到所需产品。
2、根据权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的木粉是木材碎屑、农作物秸秆粉、玉米淀粉、棉花果壳粉、竹粉中的一种或一种以上的混合物。
3、根据权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的填料是碳酸钙、滑石粉，云母粉，高岭土中的一种或一种以上的混合物。
4、根据权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的处理剂是乙烯-乙酸乙烯共聚物，钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，马来酸酐，铝锆偶联剂中的一种或一种以上的混合物。
5、根据权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的助剂是抗氧剂1010，ACR，高分子腊，硬脂酸钙，硬脂酸锌中的一种或一种以上的混合物。
6、根据权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述环模制粒机的孔径控制在3～5mm，切料长度控制在3～5mm。
7、根据权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述粉料颗粒的粒径控制在3～5mm，长度控制在5mm以内。
8、根据权利要求1所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述树脂颗粒包括PVC，PE，PP，ABS，PS，PA等热塑性树脂。
9、根据权利要求1或8所述的木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述树脂颗粒的粒径为2～12mm。
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