CN101781470A - 一种高耐磨木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨木塑复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高耐磨木塑复合材料及其制备方法,涉及由改性植物纤维粉和改性纳米陶瓷粒子与塑料粉共混而得的复合材料。该高耐磨木塑复合材料包含改性植物纤维粉、改性纳米陶瓷粒子及回收塑料粉等组分。其中改性纳米陶瓷粒子是改性纳米Al2O3、改性纳米Si3N4、改性纳米SiC或他们的混合物,可显著提高木塑复合材料的显微硬度,降低磨损率,提高力学性能。本发明的高耐磨木塑复合材料是所述组分通过塑料加工中通用的熔融共混方法而制备。该木塑复合材料不仅表面硬度、耐磨性大大提高,而且强度和韧性也得到了很大改善,大大提高了木塑复合材料综合性能。本发明的木塑复合材料可应用于建材、家具、包装等领域。

Description

一种高耐磨木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料,具体涉及一种用废旧塑料粉、改性植物纤维粉和改性纳米陶瓷粒子制备高耐磨木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是将木材、秸秆、谷糠等具有一定长径比的天然纤维粉体与热塑性塑料共混,通过热压、挤出或注塑等形式而生产出来的一种新型环保材料。由于木塑复合材料综合了木质纤维材料与聚合物材料的双重优势,木塑复合材料具有优良的综合性能。其力学强度好,抗冲击能力高,热收缩性低于塑料,耐水和耐潮湿性能明显优于木材,尺寸稳定,耐化学腐蚀,耐虫蛀,防腐朽。木塑复合材料还同时具备木材和塑料的双重加工性能,既可采用挤出、注塑、热压等塑料加工工艺进行成型生产,也可采用锯、刨、旋切、磨削、砂光、胶合、轧花、印刷等木材或塑料的加工方法进行加工和后期处理。因此自上个世纪九十年代末木塑复合材料一出现,就得到了快速发展。目前世界木塑复合材料的年均增长速率在10%以上,成为塑料工业领域增长最快的品种。
由于木塑复合材料被广泛应用于地板、墙板、建筑模板、物流托盘等领域,在使用过程中材料表面会受到不同作用力的高频率摩擦,从而导致材料表面的大量磨损,使材料的外观丑化、耐潮湿性能下降、抗菌防霉功能减弱,机械性能下降。另外,有研究表明木塑复合材料的耐磨性明显低于硬质木板,作为硬质木板替代材料的木塑复合材料其耐磨性必须改善。目前对木塑复合材料摩擦学性能的研究报道非常少,所见少量报道是针对现有木塑复合材料的摩擦性能研究,对于开发具有更好摩擦性能的木塑复合材料所提出的方法是在木塑型材表面贴膜、涂漆或再热压一层塑料,未见对木塑复合材料本身进行耐磨性改进的研制报道。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有木塑复合材料耐磨性差的缺点,在木塑复合材料的配方体系中引入少量无机纳米粒子,通过纳米粒子的弥散强化作用,显著提高木塑复合材料的耐磨性,从而获得高耐磨木塑复合材料。
本发明还提供上述高耐磨木塑复合材料的制备方法。
一种高耐磨木塑复合材料,其特征在于其组成按重量百分比是:
回收塑料:  30~60%;
植物纤维粉:10~65%;
活性碳酸钙:1~20%;
相容剂:    0.5~8%;
塑料加工助剂:1~8%;
耐磨添加剂:  0.1~10%;
耐磨添加剂为比表面积为100~400m2/g的纳米Al2O3、纳米Si3N4、纳米SiC中的一种或一种以上的组合物。
进一步的,为了获得更高的耐磨性、更好的力学性能、更好的加工性能和更低的成本,所述的高耐磨木塑复合材料的组成按重量百分比是:
回收塑料:    35~55%;
植物纤维粉:  35~60%;
活性碳酸钙:  1.5~8%;
相容剂:      1.5~7%;
塑料加工助剂:1.5~6%;
耐磨添加剂:  0.5~3%。
进一步的,植物纤维粉为100~500目的木粉、竹粉、谷糠、椰壳粉、秸秆粉、玉米秆粉中的一种或一种以上的组合物。
进一步的,所述回收塑料是粒径为10~60目的粉状回收PVC、回收PE、回收PP、回收PS、回收PMMA、回收PET中的一种或一种以上的组合物。
进一步的,所述相容剂是PE-g-MAH、PP-g-MAH中的一种或一种以上的组合物。
进一步的,所述塑料加工助剂是硬脂酸钙、硬脂酸锌、PE蜡、抗氧剂1010的组合。
进一步的,所述植物纤维粉和耐磨添加剂经有机硅氧烷进行了表面处理,所述有机硅氧烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或一种以上的组合物。进一步的,植物纤维粉的表面处理过程如下:
将有机硅氧烷体积含量为0.5~5%的无水乙醇溶液喷洒到植物纤维粉表面,无水乙醇溶液的用量为植物纤维粉重量的1~5%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂的表面处理过程如下:
将有机硅氧烷体积含量为0.5~5%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂重量的1~5%,在搅拌下经60~85℃干燥。
一种高耐磨木塑复合材料的制备方法,其特征在于是采用以下工艺步骤进行制备:
将各组份原料按重量比称取后投入到高速混合机中,在105~125℃下、80~150转/分钟的转速下,高速混合10~20分钟;将混合物料放出并加入到挤出机中挤出造粒得到高耐磨木塑复合材料,挤出温度是130~220℃、螺杆转速是30~60转/分钟;
各组份原料的重量百分比是:
回收塑料:30~60%;
植物纤维粉:  10~65%;
活性碳酸钙:  1~20%;
相容剂:      0.5~8%;
塑料加工助剂:1~8%;
耐磨添加剂:  0.1~10%;
耐磨添加剂为比表面积为100~400m2/g的纳米Al2O3、纳米Si3N4、纳米SiC中的一种或一种以上的组合物。
进一步的,所述挤出机为平行双螺杆挤出机、单螺杆双阶挤出机组或锥形双螺杆挤出机。
本发明制得的木塑复合材料具有很低的磨损率,同时还具有很高拉伸强度和抗冲击性能。本发明专利所提供的方法能够在保证木塑复合材料具优异力学性能的前提下,赋予其更优异的耐磨性,使木塑复合材料能够更好的满足建筑、家具、包装等领域的应用。
本发明与已有技术相比具有以下优点:
(1)更高耐磨性和更优异的力学性能:由于在木塑复合材料中引入了少量纳米陶瓷粒子,并对纳米陶瓷粒子进行了适当的表面改性,改善了纳米陶瓷粒子与基体树脂间的界面作用,提高了纳米陶瓷粒子在基体树脂中的分散性,起到了更好弥散强化作用,明显改善了木塑复合材料的表面硬度,从而大大降低了木塑复合材料的磨损率,显著地改善了木塑复合材料的耐磨性。此外,由于纳米陶瓷粒子的弥散增强作用,木塑复合材料的抗弯强度和抗冲强度也同时得到了改善,避免了采用普通的增强手段必然导致冲击性能下降的弊端。
(2)低成本性:本发明所制得的木塑复合材料中的塑料完全来源于回收塑料,而且本发明中所提到的各类回收塑料利用前不需要分拣归类,可直接混合磨粉使用。是废旧塑料的一种高效回收利用技术,降低了废旧塑料的回收利用成本。
(3)高强度的木、塑界面:由于对植物纤维粉进行了简单、高效的表面改性处理,使木塑复合材料的木、塑界面的亲和性得到了显著的改善。在熔融加工过程中,塑料不仅能够更好的在植物纤维粉表面形成包覆,而且能够与植物纤维粉表面形成有利的化学作用,提高植物纤维与塑料界面的粘合强度,从而使木塑复合材料的吸水率降低、抗冲强度和抗拉强度得到提高。
(4)更稳定的使用性能:本发明采用粉状回收塑料为原料,粉状回收塑料能与粉状植物纤维、粉状纳米陶瓷粒子和粉状的塑料加工助剂有更好地均匀混合,更好的保证了木塑复合材料性能的均匀性和稳定性,制得的木塑复合材料性能更可靠。
(5)简单高效的加工方法:本发明木塑复合材料的制备工艺简单,对设备要求低,生产能耗低、成本低、性能高,具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为实施例4所制备木塑复合材料冲击断面的扫描电镜图片;
图2为对比例1所制备木塑复合材料冲击断面的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1
按重量配比称取干燥好的粒径为10目的回收塑料粉30%(PE含量达75%以上的回收料),粒径为100目的经乙烯基三乙氧基硅烷处理的木粉65%,活性碳酸钙1%,相容剂PE-g-MAH0.5%,硬脂酸钙1%,硬脂酸锌0.9%,PE蜡1%,抗氧剂1010 0.5%,经乙烯基三甲氧基硅烷处理的纳米Al2O3 0.1%,投入到高速混合机中,在105℃下、80转/分钟的转速下,高速混合20分钟。将混合物料放出并加入到平行双螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机各段温度分别为:130℃、160℃、180℃、180℃、185℃和185℃(机头温度),螺杆转速是30转/分钟。粒料经压制法制成标准样条,进行各项力学性能和摩擦性能的测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
植物纤维粉(木粉)的表面处理过程如下:
将乙烯基三乙氧基硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到植物纤维粉表面,无水乙醇溶液的用量为植物纤维粉重量的1%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂纳米Al2O3的表面处理过程如下:
将乙烯基三乙氧基硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂重量的1%,在搅拌下经60~85℃干燥。
实施例2
按重量配比称取干燥好的粒径为20目的回收塑料粉35%(PET含量达65%以上的回收料),粒径为200目的经乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷处理的竹粉60%,活性碳酸钙1.5%,相容剂PE-g-MAH 1.5%,硬脂酸钙0.5%,硬脂酸锌0.5%,PE蜡0.3%,抗氧剂1010 0.2%,经乙烯基三乙氧基硅烷处理的纳米SiC 0.5%,投入到高速混合机中,在110℃下、110转/分钟的转速下,高速混合18分钟。将混合物料放出并加入到平行双螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机各段温度分别为:160℃、180℃、210℃、210℃、215℃和215℃(机头温度),螺杆转速是60转/分钟。粒料经压制法制成标准样条,进行各项力学性能和摩擦性能的测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
植物纤维粉(竹粉)的表面处理过程如下:
将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷体积含量为5%的无水乙醇溶液喷洒到植物纤维粉表面,无水乙醇溶液的用量为植物纤维粉重量的5%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂纳米SiC的表面处理过程如下:
将乙烯基三乙氧基硅烷体积含量为5%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂重量的5%,在搅拌下经60~85℃干燥。
实施例3
按重量配比称取干燥好的粒径为30目的回收塑料粉38%(PE、PVC、PMMA混合含量达85%以上的回收塑料),粒径为300目的经乙烯基三甲氧基硅烷处理的谷糠26%和100目经乙烯基三乙氧基硅烷处理的木粉20%,活性碳酸钙5.5%,相容剂PE-g-MAH 4%,硬脂酸钙1.5%,硬脂酸锌1.5%,PE蜡1%,抗氧剂1010 0.5%,经乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷处理的纳米Si3N4 2%,投入到高速混合机中,在115℃下、90转/分钟的转速下,高速混合15分钟。将混合物料放出并加入到单螺杆双阶挤出机中挤出造粒,挤出机各段温度分别为:150℃、170℃、180℃、180℃、185℃和185℃(机头温度),螺杆转速是50转/分钟。粒料经压制法制成标准样条,进行各项力学性能和摩擦性能的测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
植物纤维粉谷糠的表面处理过程如下:
将乙烯基三甲氧基硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到谷糠表面,无水乙醇溶液的用量为谷糠重量的1%,在搅拌下经60~85℃干燥;
植物纤维粉木粉的表面处理过程如下:
将乙烯基三乙氧基硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到木粉表面,无水乙醇溶液的用量为木粉重量的1%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂Si3N4的表面处理过程如下:
将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂重量的1%,在搅拌下经60~85℃干燥。
实施例4
按重量配比称取干燥好的粒径为40目的回收塑料粉55%(PP、PS、PET混合含量达90%以上的回收塑料),粒径为300目的经乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷处理的竹粉16%和粒径为200目的经乙烯基三乙氧基硅烷处理的秸秆粉20%,活性碳酸钙3.5%,相容剂PP-g-MAH 1%和PE-g-MAH 1%,硬脂酸钙0.8%,硬脂酸锌0.9%,PE蜡0.6%,抗氧剂10100.4%,经乙烯基三乙氧基硅烷处理的纳米SiC 0.8%,投入到高速混合机中,在120℃下、130转/分钟的转速下,高速混合13分钟。将混合物料放出并加入到单螺杆双阶挤出机中挤出造粒,挤出机各段温度分别为:160℃、190℃、210℃、210℃、220℃和220℃(机头温度),螺杆转速是50转/分钟。粒料经压制法制成标准样条,进行各项力学性能和摩擦性能的测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
竹粉的表面处理过程如下:
将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷体积含量为3%的无水乙醇溶液喷洒到竹粉表面,无水乙醇溶液的用量为竹粉重量的3%,在搅拌下经60~85℃干燥;
秸秆粉的表面处理过程如下:
将乙烯基三乙氧基硅烷体积含量为3%的无水乙醇溶液喷洒到秸秆粉表面,无水乙醇溶液的用量为秸秆粉重量的3%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂纳米SiC的表面处理过程如下:
将乙烯基三乙氧基硅烷体积含量为3%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂重量的3%,在搅拌下经60~85℃干燥。
图1为实施例4所制备木塑复合材料冲击断面的扫描电镜图片,从图中可以看出断面处的竹粉和秸秆粉能够被基体树脂紧密包覆,植物纤维粉的微纤随基体树脂一起断裂,极少出现拔出现象,表明植物纤维粉与基体树脂间有很强的界面结合。
实施例5
按重量配比称取干燥好的粒径为50目的回收塑料粉41%(PE、PET混合含量达80%以上的回收塑料),粒径为500目的经甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的秸秆粉5%、粒径为100目的经乙烯基三乙氧基硅烷处理的木粉30%,活性碳酸钙8%,相容剂PP-g-MAH 7%,硬脂酸钙2%,硬脂酸锌1%,PE蜡2%,抗氧剂10101%,经乙烯基三甲氧基硅烷处理的纳米Si3N4 3%,投入到高速混合机中,在125℃下、100转/分钟的转速下,高速混合18分钟。将混合物料放出并加入到锥形双螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机各段温度分别为:150℃、185℃、200℃、200℃、205℃和205℃(机头温度),螺杆转速是50转/分钟。粒料经压制法制成标准样条,进行各项力学性能和摩擦性能的测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
秸秆粉的表面处理过程如下:
将甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到秸秆粉表面,无水乙醇溶液的用量为秸秆粉重量的5%,在搅拌下经60~85℃干燥;
木粉的表面处理过程如下:
将乙烯基三乙氧基硅烷体积含量为5%的无水乙醇溶液喷洒到木粉表面,无水乙醇溶液的用量为木粉重量的1%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂纳米Si3N4的表面处理过程如下:
将乙烯基三甲氧基硅烷体积含量为2%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂重量的5%,在搅拌下经60~85℃干燥。
实施例6
按重量配比称取干燥好的粒径为30目的回收塑料粉43%(PMMA含量达65%以上的回收料),粒径为150目的经乙烯基三乙氧基硅烷处理的玉米秆粉35%,活性碳酸钙1.5%,相容剂PP-g-MAH 8%,硬脂酸钙1%,硬脂酸锌1%,PE蜡0.3%,抗氧剂1010 0.2%,经甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的纳米Al2O3 6%和经乙烯基三甲氧基硅烷处理的纳米Si3N4 4%,投入到高速混合机中,在105℃下、150转/分钟的转速下,高速混合13分钟。将混合物料放出并加入到锥形双螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机各段温度分别为:155℃、175℃、185℃、185℃、195℃和195℃(机头温度),螺杆转速是50转/分钟。粒料经压制法制成标准样条,进行各项力学性能和摩擦性能的测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
植物纤维粉玉米秆粉的表面处理过程如下:
将乙烯基三乙氧基硅烷体积含量为4%的无水乙醇溶液喷洒到植物纤维粉表面,无水乙醇溶液的用量为植物纤维粉重量的2%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂纳米Al2O3的表面处理过程如下:
将甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积含量为2%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂纳米Al2O3表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂纳米Al2O3重量的2%,在搅拌下经60~85℃干燥。
耐磨添加剂纳米Si3N4的表面处理过程如下:
将乙烯基三甲氧基硅烷体积含量为3%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂纳米Si3N4表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂纳米Si3N4重量的2%,在搅拌下经60~85℃干燥。
实施例7
按重量配比称取干燥好的粒径为60目的回收塑料粉48%(PE和PP混合含量达70%以上的回收塑料),粒径为100目的经乙烯基三甲氧基硅烷处理的木粉5%和400目的经甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的竹粉18%,活性碳酸钙10%,相容剂PP-g-MAH 2%和PE-g-MAH 3%,硬脂酸钙2%,硬脂酸锌2%,PE蜡3%,抗氧剂1010 1%,经甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的纳米SiC 4%和经乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷处理的纳米Si3N4 2%,投入到高速混合机中,在120℃下、90转/分钟的转速下,高速混合15分钟。将混合物料放出并加入到锥形双螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机各段温度分别为:160℃、185℃、200℃、200℃、205℃和205℃(机头温度),螺杆转速是50转/分钟。粒料经压制法制成标准样条,进行各项力学性能和摩擦性能的测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
木粉的表面处理过程如下:
将乙烯基三甲氧基硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到木粉表面,无水乙醇溶液的用量为木粉重量的5%,在搅拌下经60~85℃干燥;
竹粉的表面处理过程如下:
将甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到竹粉表面,无水乙醇溶液的用量为竹粉重量的3%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂纳米SiC的表面处理过程如下:
将甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积含量为5%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂纳米SiC表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂纳米SiC重量的1%,在搅拌下经60~85℃干燥。
耐磨添加剂纳米Si3N4的表面处理过程如下:
将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷体积含量为5%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂纳米Si3N4表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂纳米Si3N4重量的2%,在搅拌下经60~85℃干燥。
实施例8
按重量配比称取干燥好的粒径为60目的回收塑料粉60%(PVC、PS、PMMA混合含量达85%以上的回收塑料),粒径为250目的经甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的椰壳粉10%,活性碳酸钙20%,相容剂PP-g-MAH 4%,硬脂酸钙2%,硬脂酸锌1.5%,PE蜡0.8%,抗氧剂10100.7%,经丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的纳米SiC 0.2%和经乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷处理的纳米Al2O3 0.8%,投入到高速混合机中,在110℃下、140转/分钟的转速下,高速混合10分钟。将混合物料放出并加入到锥形双螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机各段温度分别为:140℃、170℃、185℃、185℃、190℃和190℃(机头温度),螺杆转速是50转/分钟。粒料经压制法制成标准样条,进行各项力学性能和摩擦性能的测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
植物纤维粉椰壳粉的表面处理过程如下:
将甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积含量为2%的无水乙醇溶液喷洒到植物纤维粉表面,无水乙醇溶液的用量为植物纤维粉重量的2%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂纳米SiC的表面处理过程如下:
将丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积含量为0.5%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂纳米SiC表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂纳米SiC重量的4%,在搅拌下经60~85℃干燥。
耐磨添加剂纳米Al2O3的表面处理过程如下:
将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷体积含量为3%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂纳米Al2O3表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂纳米Al2O3重量的1%,在搅拌下经60~85℃干燥。
对比例1
除了不加入耐磨添加剂外,采用直接破碎的尺寸为10mm左右的混合回收塑料的片料,不对植物纤维粉进行表面,其余组分及条件同实施例4。经挤出造粒,粒料经压制法成标准样条,进行各种力学性能测试和摩擦性能测试。配方、测试标准及结果如表1所示,各组分均以重量份数计。
图2为对比例1所制备木塑复合材料冲击断面的扫描电镜图片,与图1相比,不仅断面处植物纤维粉微纤的表面很光滑,而且断面处由于微纤的拔出残留了大量孔洞,表明植物纤维粉表面没有被基体树脂很好的包覆,而且与基体树脂间的界面作用力也很弱。
与对比例1相比,本发明实施例所提供木塑复合材料的磨损率降低为原来的一半以下,具有特别优异的耐磨性。此外,本发明实施例所提供的木塑复合材料还具有优异的力学性能、极低的吸水率和较高热变形温度。对于更优化的配方组成,当纳米陶瓷粒子的含量在0.5~3%范围内时,各实施例所制备的木塑复合材料具有更低磨损率、更高的热变形温度、更高的拉伸强度和更好的抗冲性。
表1:各实施例组分及性能
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   对比例1
  回收塑料/%   30   35   38   55   41   43   48   60   55.44
  植物纤维粉/%   65   60   46   36   35   35   23   10   36.29
  活性碳酸钙/%   1   1.5   5.5   3.5   8   1.5   10   20   3.53
  相容剂/%   0.5   1.5   4   2   7   8   5   4   2.02
  塑料加工助剂/%   3.4   1.5   4.5   2.7   6   2.5   8   5   2.72
  耐磨添加剂/%   0.1   0.5   2   0.8   3   10   6   1   0
  拉伸强度/MPaGB/T 1040-92   14.2   17.2   16.2   15.9   15.4   14.9   13.9   13.4   9.2
  拉伸模量/MPaGB/T 1040-92   235   753.8   567.5   473.1   516.4   426.8   387.2   342.3   153.4
  简支梁无口冲击强度/kJ/m2GB/T 1043-93   10.8   13.2   13.1   14.3   13.9   12.8   11.6   13.8   7.8
  热变形温度/℃GB1634-79   123.2   148.7   130.6   146.7   142.9   115.3   139.6   104.2   113.5
  吸水率%GB1034-86   4.3   2.6   2.5   2.1   2.2   4.6   4.1   2.1   4.6
  磨损率/×105mm3/mGB3960-88   7.3   3.8   2.9   2.4   2.6   2.2   5.2   4.1   13.7

Claims (10)

1.一种高耐磨木塑复合材料,其特征在于其组成按重量百分比是:
回收塑料:          30~60%;
植物纤维粉:        10~65%;
活性碳酸钙:        1~20%;
相容剂:            0.5~8%;
塑料加工助剂:      1~8%;
耐磨添加剂:        0.1~10%;
耐磨添加剂为比表面积为100~400m2/g的纳米Al2O3、纳米Si3N4、纳米SiC中的一种或一种以上的组合物。
2.根据权利要求1所述的高耐磨木塑复合材料,其特征在于其组成按重量百分比是:
回收塑料:          35~55%;
植物纤维粉:        35~60%;
活性碳酸钙:        1.5~8%;
相容剂:            1.5~7%;
塑料加工助剂:      1.5~6%;
耐磨添加剂:        0.5~3%。
3.根据权利要求1或2所述的高耐磨木塑复合材料,其特征在于
植物纤维粉为100~500目的木粉、竹粉、谷糠、椰壳粉、秸秆粉、玉米秆粉中的一种或一种以上的组合物。
4.根据权利要求3所述的高耐磨木塑复合材料,其特征在于所述回收塑料是粒径为10~60目的粉状回收PVC、回收PE、回收PP、回收PS、回收PMMA、回收PET中的一种或一种以上的组合物。
5.根据权利要求4所述的高耐磨木塑复合材料,其特征在于所述相容剂是PE-g-MAH、PP-g-MAH中的一种或一种以上的组合物。
6.根据权利要求5所述的高耐磨木塑复合材料,其特征在于所述塑料加工助剂是硬脂酸钙、硬脂酸锌、PE蜡、抗氧剂1010的组合。
7.根据权利要求3所述的高耐磨木塑复合材料,其特征在于所述植物纤维粉和耐磨添加剂经有机硅氧烷进行了表面处理,所述有机硅氧烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或一种以上的组合物。
8.根据权利要求7所述的高耐磨木塑复合材料,其特征在于
植物纤维粉的表面处理过程如下:
将有机硅氧烷体积含量为0.5~5%的无水乙醇溶液喷洒到植物纤维粉表面,无水乙醇溶液的用量为植物纤维粉重量的1~5%,在搅拌下经60~85℃干燥;
耐磨添加剂的表面处理过程如下:
将有机硅氧烷体积含量为0.5~5%的无水乙醇溶液喷洒到耐磨添加剂表面,无水乙醇溶液的用量为耐磨添加剂重量的1~5%,在搅拌下经60~85℃干燥。
9.一种高耐磨木塑复合材料的制备方法,其特征在于是采用以下工艺步骤进行制备:
将各组份原料按重量比称取后投入到高速混合机中,在105~125℃下、80~150转/分钟的转速下,高速混合10~20分钟;将混合物料放出并加入到挤出机中挤出造粒得到高耐磨木塑复合材料,挤出温度是130~220℃、螺杆转速是30~60转/分钟;
各组份原料的重量百分比是:
回收塑料:          30~60%;
植物纤维粉:        10~65%;
活性碳酸钙:        1~20%;
相容剂:            0.5~8%;
塑料加工助剂:      1~8%;
耐磨添加剂:        0.1~10%;
耐磨添加剂为比表面积为100~400m2/g的纳米Al2O3、纳米Si3N4、纳米SiC中的一种或一种以上的组合物。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于所述挤出机为平行双螺杆挤出机、单螺杆双阶挤出机组或锥形双螺杆挤出机。
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