CN101992576B

CN101992576B - 轻质核壳结构功能型塑木复合材料

Info

Publication number: CN101992576B
Application number: CN 201010277543
Authority: CN
Inventors: 吴青林; 丁建生; 杨英昌
Original assignee: NANJING JULONG TECHNOLOGY Co Ltd; NANJING JUFENG ADVANCED MATERIALS CO Ltd
Current assignee: NANJING JULONG TECHNOLOGY Co Ltd; NANJING JUFENG ADVANCED MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-09-09
Also published as: CN101992576A

Abstract

本发明公开了一种轻质核壳结构功能型塑木复合材料，该材料是将HDPE或HDPE/PP共混物作为基体，添加基体重量0-45％的木纤维得到混合塑木材料，再添加该混合塑木材料重量10-20％的化学发泡剂和0-5％的发泡助剂作为芯层材料；用HDPE作为基体，添加HDPE重量0-20％的木纤维，并添加HDPE重量0-30％的硬脂酸改性纳米CaCO₃或滑石粉作为表壳层材料；将上述步骤所得芯层材料和表壳层材料通过不同的挤出机分别熔融成料流，在模具的交汇室内汇合共挤得到轻质核壳结构功能型塑木复合材料。本发明轻质核壳结构功能型塑木复合材料具有耐腐蚀、抗菌性能，并具有良好的力学强度、刚度、硬度和耐磨性能。

Description

轻质核壳结构功能型塑木复合材料

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种轻质核壳结构功能型塑木复合材料及其制备工艺。

背景技术

目前塑木复合材料的应用包括铺板、栏杆、铁路侧轨、围栏、门窗框架，以及房屋和其他结构物。应用于户外的塑木复合材具有膨胀，扭曲，翘曲，易生长霉菌，腐朽，退色和易损耗插件的缺点。塑木复合材料生物组分亲水基的水分吸收是其力学性质改变的主要原因。因为水分的吸收降低了填料和聚合物基体之间的粘合力，因此复合物在风化和微生物的作用下更易降解。大多数商业生产的塑木复合材采用多组分混合的再生塑料，这对于塑木复合材料的性能是一个重大的挑战。不同塑料之间的不相容性限制了它的可循环性，这种相容性导致聚合物易形成分散相，与相应的单相材料相比这种具有分散相的共混物更易碎。因此，亟待开发一种新型的、功能性的材料以解决目前存在的问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足之处提供一种轻质核壳结构功能型塑木复合材料。

本发明的另一目的是提供该轻质核壳结构功能型塑木复合材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种轻质核壳结构功能型塑木复合材料，该材料由表壳层和核芯层组成，其特征在于该材料是通过以下方法制备得到的：

a)将HDPE或HDPE/PP共混物作为基体，添加基体重量0-45%的木纤维得到混合塑木材料，再添加该混合塑木材料重量10-20%的化学发泡剂和0-5%的发泡助剂作为芯层材料；

b)用HDPE作为基体，添加HDPE重量的0-20%的木纤维，并添加HDPE重量0-30%的硬脂酸改性纳米CaCO₃或滑石粉作为表壳层材料；

c)将上述a)步骤所得芯层材料和b)步骤所得表壳层材料通过不同的挤出机分别熔融成料流，在模具的交汇室内汇合共挤出得到轻质核壳结构功能型塑木复合材料；该塑木复合材料的表壳层厚度为1-5mm，芯层材料充满；挤出工艺为：主螺杆挤出温度：140-250℃，侧螺杆挤出温度100-150℃，模具温度150-200℃；优选主螺杆挤出温度：150-170℃，侧螺杆挤出温度120-130℃，模具温度170-180℃。

采用的模具为双流道的核壳共挤模具，模具前端设有交汇室。使得两种不同的材料形成共挤挤出型材。

本发明所述的化学发泡剂为偶氮类化合物，优选偶氮二甲酰胺。所述的发泡助剂为过氧化二异丙苯类，优选过氧化二异丙苯(DCP)。

本发明是结合发泡和共聚挤出技术，生产重量轻，功能性高密度聚乙烯(HDPE)型的塑木型材。该共挤塑木产品高韧表壳层是由HDPE或HDPE添加木纤维(或者回收木纤维)的塑木，或再填加改性无机纳米粒子材料组成；核芯层使用HDPE或HDPE/PP共混物作为基体，添加基体重量0-45％木纤维得到混合塑木材料，再添加该混合塑木材料重量10-20％化学发泡剂和0-5％的发泡助剂，通过挤压过程变量，将两层材料通过不同的挤出机分别熔融成料流，在模具的交汇室内汇合共挤得到轻质核壳结构功能型塑木。

本发明塑木复合材料核芯是发泡塑木材料，而壳层可根据应用场所的要求，可为实体或发泡聚合物。壳层作为阻挡层控制水分吸收和声音反射；塑木发泡芯层，具有高效吸声、隔声效果，增强螺钉固定性等作用。该共挤工艺是使用两台常规的挤出机分别供给不同的熔融料流，在一个模具的交汇室内汇合共挤得到复合制品的加工过程。本发明产品具有阻隔、密封、耐腐蚀、抗菌性能，并且还具有较高的强度、刚度和硬度等。

本发明的有益效果：本发明通过在配方、工艺上进行改进，使产品表壳层具有高强度可增加耐久性，并且可反射声波；芯层部分具有低密度可减轻重量的特征，并且可吸收声波。本发明材料具有耐腐蚀、抗菌等性能，并且力学强度、刚度、硬度和耐磨性能显著提高。

将塑木材料浸泡在人工模拟酸雨(H₂S0₄溶液)和人工模拟海水(NaCl溶液)条件下测试其弯曲强度的保持率。本发明产品弯曲强度的保持率在90％以上。采用褐腐菌、白腐菌、软腐菌、白蚁等各种试验方法对塑木材料进行腐蚀，重量损失率均小于5％。

本发明材料在力学性能方面的测试主要是采用万能试验机、硬度测试仪、磨耗损失仪分别测试产品的弯曲性能、洛氏硬度、耐磨性能，最优结果可同时达到：弯曲性能：弯曲强度≥35MPa，刚度≥3000MPa，洛氏硬度≥65，耐磨性能：6000转质量损失≤1％。

附图说明

图1为本发明采用的模具剖面示意图。

图2为本发明采用的模具主视图。

图中1为型材，2为芯层喂料口，3为壳层喂料口，4为联轴器，5为第一流道，6为交汇室，7为厚度调节螺栓，8为第二流道。

具体实施方式

以下通过以下实施例对发明进行进一步的阐述说明：

实施例1

采用HDPE/木纤维重量比例为70/30的混合材料，添加该混合塑木材料10％AC(偶氮二甲酰胺)发泡剂和该混合塑木材料5％DCP(过氧化二异丙苯)作为芯层材料。

采用HDPE作为基体，并添加HDPE重量的2％硬脂酸改性纳米CaCO₃(芜湖伟翔超微材料有限公司，型号BS6-DI)作为表层材料。

具体挤出工艺：调节模具厚度调节螺栓，使表壳层材料厚度为3mm；将表壳层材料在高混机中混合后，在双螺杆挤出机(HPL27型)侧挤出螺杆中挤出得到熔融料流；将芯层材料在高速混合机中混合后，在双螺杆挤出机(65型)中挤出得到熔融料流，两种熔融料流在模具的交汇室内汇合，在牵引机的作用下挤出成型。模具为前端设有交汇室6的双流道140mm×25mm核壳共挤模具(如图1：该模具包括第一流道5和第二流道8，壳层喂料口3位于模具上方与第二流道8连通，芯层喂料口2位于模具侧面与第一流道5连通，联轴器4置于模具上部第二流道8的外侧，交汇室6设置于第一流道5的正前方，第一流道5和第二流道8送来的料流在交汇室6汇合)。具体制备时：芯层材料熔融料流从芯层喂料口2进入第一流道5，表壳层材料熔融料流从壳层喂料口3进入第二流道8，两种料流在模具的交汇室6内汇合，在牵引机的作用下挤出成型得到型材1，冷却，即得轻质核壳结构功能型塑木复合材料。表壳层材料挤出时，采用侧螺杆挤出温度120-130℃，转速：10-15r/min，压力4MPa，芯层材料挤出时，采用的主螺杆挤出温度：150-170℃，转速：19-21r/min，压力8MPa；模具温度170-180℃。模具如图1和图2所示。

制备得到的材料性能测试结果如表1所示：

表1

耐腐蚀的测试方法是将塑木材料浸泡在人工模拟酸雨(H₂SO₄溶液)和人工模拟海水(NaCl溶液)条件下测试其弯曲强度的保持率，产品弯曲强度的保持率在90％以上。

抗菌的测试方法是采用褐腐菌、白腐菌、软腐菌、白蚁等各种试验方法对塑木材料进行腐蚀，重量损失率均小于5％

实施例2

采用HDPE/PP重量比例为1∶1的混合塑木材料，添加该混合塑木材料10％AC(偶氮二甲酰胺)发泡剂，5％DCP作为芯层材料；

采用纯HDPE作为基体，并添加HDPE重量2％的硬脂酸改性纳米CaCO₃作为表壳层材料。

制备步骤与实施例1相同。

表壳层材料挤出时，采用侧螺杆挤出温度120-130℃，转速：10-15r/min，压力4MPa，芯层材料挤出时，采用的主螺杆挤出温度：170-190℃，转速：19-21r/min，压力6MPa；模具温度180-200℃。

制备得到的材料性能测试结果如表2所示：

表2

抗菌的测试方法是采用褐腐菌、白腐菌、软腐菌、白蚁等各种试验方法对塑木材料进行腐蚀，重量损失率均小于5％。

实施例3

采用HDPE作为基体，添加HDPE重量的30％木纤维得到混合塑木材料，再添加该混合塑木材料20％AC(偶氮二甲酰胺)发泡剂作为芯层材料。

采用HDPE作为基体，添加HDPE重量的20％的木纤维和HDPE重量的20％滑石粉作为表壳层材料。

制备方法与实施例1相同。

制备得到的材料性能测试结果如表3所示：

表3

实施例4

采用HDPE作为基体，添加HDPE重量的10％木纤维得到混合塑木材料，再添加该混合塑木材料15％AC(偶氮二甲酰胺)发泡剂和3％发泡助剂过氧化二异丙苯作为芯层材料。

采用HDPE作为表层材料。

制备方法与实施例1相同。

制备得到的材料性能测试结果如表4所示：

表4

实施例5

采用HDPE作为基体，添加HDPE重量的20％木纤维得到混合塑木材料，再添加该混合塑木材料15％AC(偶氮二甲酰胺)发泡剂作为芯层材料。

采用HDPE作为表层材料。

制备方法与实施例1相同。

制备得到的材料性能测试结果如表5所示：

表5

Claims

1.一种轻质核壳结构功能型塑木复合材料，该材料由表壳层和核芯层组成，其特征在于该材料是通过以下方法制备得到的：

a)将HDPE或HDPE/PP共混物作为基体，添加基体重量0-45％的木纤维得到混合塑木材料，再添加该混合塑木材料重量10-20％的化学发泡剂和0-5％的发泡助剂作为芯层材料；

b)用HDPE作为基体，添加HDPE重量0-20％的木纤维，并添加HDPE重量0-30％的硬脂酸改性纳米CaCO₃或滑石粉作为表壳层材料；

c)将上述a)步骤所得芯层材料和b)步骤所得表壳层材料通过不同的挤出机分别熔融成料流，在模具的交汇室内汇合共挤出得到轻质核壳结构功能型塑木复合材料；该塑木复合材料的表壳层厚度为1-5mm，芯层材料充满；挤出工艺为：主螺杆挤出温度140-250℃，侧螺杆挤出温度100-150℃，模具温度150-200℃；采用的模具为前端设有交汇室的双流道核壳共挤模具。

2.根据权利要求1所述的轻质核壳结构功能型塑木复合材料，其特征在于所述的化学发泡剂为偶氮类化合物。

3.根据权利要求2所述的轻质核壳结构功能型塑木复合材料，其特征在于所述的偶氮类化合物为偶氮二甲酰胺。

4.根据权利要求1所述的轻质核壳结构功能型塑木复合材料，其特征在于所述的发泡助剂为过氧化二异丙苯类。

5.根据权利要求4所述的轻质核壳结构功能型塑木复合材料，其特征在于所述的过氧化二异丙苯类为过氧化二异丙苯。

6.根据权利要求1所述的轻质核壳结构功能型塑木复合材料，其特征在于所述的挤出工艺为：主螺杆挤出温度150-170℃，侧螺杆挤出温度120-130℃，模具温度170-180℃。