CN102775802A

CN102775802A - 农作物秸秆纤维基复合材料

Info

Publication number: CN102775802A
Application number: CN2012102219349A
Authority: CN
Inventors: 冯军
Original assignee: Panan Fengyuan Arts & Crafts Co ltd
Current assignee: Panan Fengyuan Arts & Crafts Co ltd
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN102775802B

Abstract

本发明公开了一种农作物秸秆纤维基复合材料，主要组分由农作物秸秆粉、ABS塑料粉、填充剂组成，另外还添加有添加剂，添加剂包括发泡剂、发泡调节剂、ABS塑化剂、润滑剂、稳定剂、石蜡、增塑剂、氯化聚乙烯。本发明全含量应用农作物植物纤维与废旧ABS塑料合成新型农作物秸秆纤维塑料复合材料，改变传统的应用木粉与PVC合成WPC材料做法，降低了成本，在植物纤维和树脂基体间的相容性差、植物纤维在树脂基体中均匀分散困难及成型加工时植物填料易降解变色的关键技术上取得突破。

Description

农作物秸秆纤维基复合材料

技术领域

本发明涉及复合材料，尤其涉及农作物秸秆纤维基复合材料。

背景技术

木塑复合材料在许多国外资料中称为Wood Plastic Composite,简称WPC。木塑复合材料是用塑料和木纤维加入少量的化学添加剂和填料，经过专用配混设备加工制成的一种复合材料。它兼备塑料和木材的主要特点，可以在许多场合替代塑料和木材，这对木材资源严重匮乏的我国来说，具有重大的开发价值。木塑复合材料特点：耐用、使用寿命长、有木材的外观，比塑料制品硬度高、刚性好；有优良的物性，比木材尺寸稳定性好，不会产生裂纹、翘曲、无木材节疤、斜纹、覆膜或复合表层等工艺制成外观绚丽的制品；具有热塑性塑料的加工性，便于推广应用；有木材的二次加工性：可锯、可刨、粘结、用钉子或螺钉固定，并且容易维修；不怕虫蛀、耐老化、耐腐蚀、不会吸潮变形；能重复使用和回收再利用，也可生物降解，对环境友好。

但是现有技术的木塑复合材料以竹粉、木粉及PVC作为原料，不符合对相框等产品原材料的专项要求及更环保的要求，目前也尚未见农作物秸秆纤维基新型复合材料产业化生产技术的研究报道。随着欧盟木制品生态标签的实施，农作物秸秆粉与回收利用的不含氯ABS塑料复合材料是今后对相框等类似产品材料发展的必然趋势。

应用农作物秸秆纤维与回收利用的不含氯ABS塑料合成的新型农作物秸秆纤维塑料复合材料用途广泛，价格适中，但是要产业化生产各方面性能符合要求的产品却存在技术的制约。主要原因是：

(1)因含有大量的亲水性基团——羟基，植物纤维具有很强的极性，而常见塑料基体通常为非极性、不亲水，故植物纤维和塑料基体间的相容性很差，界面粘结强度低，影响了新型农作物秸秆纤维塑料复合材料的力学性能；

(2)由于羟基间可形成氢键，植物纤维之间有很强的相互作用，使得其在塑料基体中的分散性极差，要达到均匀分散较为困难；

(3)成型加工时农作物秸秆填料比木粉、竹粉等易降解变色，同时高分子材料也会热降解，不适合的配混和加工工艺会导致新型农作物秸秆纤维塑料复合材料的性能下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种农作物秸秆纤维基复合材料，力学性能好、植物纤维分散性好、成本低，安全环保。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：主要组分由农作物秸秆粉、ABS塑料粉、填充剂组成，另外还添加有添加剂，添加剂包括发泡剂、发泡调节剂、ABS塑化剂、润滑剂、稳定剂、石蜡、增塑剂、氯化聚乙烯。

优选的，所述农作物秸秆为茭白秸秆，所述填充剂为碳酸钙粉。

优选的，所述发泡剂为ADC发泡剂、所述发泡调节剂的型号为530，所述ABS塑化剂的型号为401，所述润滑剂为硬脂酸1801，所述稳定剂为钙锌稳定剂，所述增塑剂为二辛脂。

优选的，所述添加剂还包括了大豆油。

优选的，所述主要组分与添加剂的重量百分比分别为85%～95%、5%～15%。

优选的，所述主要组分与添加剂的重量百分比分别为90%、10%。

优选的，所述主要组分中各组分的重量百分比分别为农作物秸秆粉35%～45%、ABS塑料粉30%～40%、填充剂25%～35%。

优选的，所述主要组分中各组分的重量百分比分别为农作物秸秆粉40%、ABS塑料粉35%、填充剂25%。

优选的，所述添加剂中各组分的重量百分比分别为发泡剂5%～10%、发泡调节剂18%～28%、ABS塑化剂18%～26%、润滑剂2%～3.5%、稳定剂16%～24%、石蜡6%～8%、增塑剂5%～10%、氯化聚乙烯6%～8%。

优选的，所述添加剂中各组分的重量百分比分别为发泡剂8%、发泡调节剂24%、ABS塑化剂23%、润滑剂3%、稳定剂20%、石蜡7%、增塑剂8%、氯化聚乙烯7%。

本发明全含量应用农作物植物纤维与废旧ABS塑料合成新型农作物秸秆纤维塑料复合材料，改变传统的应用木粉与PVC合成WPC材料做法，降低了成本，在植物纤维和树脂基体间的相容性差、植物纤维在树脂基体中均匀分散困难及成型加工时植物填料易降解变色的关键技术上取得突破。

而且本发明产品全含量农作物植物纤维及ABS回料新型复合材料符合欧盟生态标签要求，安全环保。

具体实施方式

本发明的农作物秸秆纤维基复合材料，主要组分由农作物秸秆粉、ABS塑料粉、填充剂组成，另外还添加有添加剂，添加剂包括发泡剂、发泡调节剂、ABS塑化剂、润滑剂、稳定剂、石蜡、增塑剂、氯化聚乙烯。

所述农作物秸秆为茭白秸秆，所述填充剂为碳酸钙粉。所述发泡剂为ADC发泡剂、所述发泡调节剂的型号为530，所述ABS塑化剂的型号为401，所述润滑剂为硬脂酸1801，所述稳定剂为钙锌稳定剂，所述增塑剂为二辛脂。

而且，所述添加剂还包括了大豆油。

所述主要组分与添加剂的重量百分比分别为85%～95%、5%～15%。所述主要组分中各组分的重量百分比分别为农作物秸秆粉35%～45%、ABS塑料粉30%～40%、填充剂25%～35%。所述添加剂中各组分的重量百分比分别为发泡剂5%～10%、发泡调节剂18%～28%、ABS塑化剂18%～26%、润滑剂2%～3.5%、稳定剂16%～24%、石蜡6%～8%、增塑剂5%～10%、氯化聚乙烯6%～8%。

具体实施例1，

所述主要组分与添加剂的重量百分比分别为90%、10%。所述主要组分中各组分的重量百分比分别为农作物秸秆粉40%、ABS塑料粉35%、填充剂25%。所述添加剂中各组分的重量百分比分别为发泡剂8%、发泡调节剂24%、ABS塑化剂23%、润滑剂3%、稳定剂20%、石蜡7%、增塑剂8%、氯化聚乙烯7%。

具体实施例2，所述主要组分与添加剂的重量百分比分别为85%、15%。所述主要组分中各组分的重量百分比分别为农作物秸秆粉35%、ABS塑料粉30%、填充剂35%。所述添加剂中各组分的重量百分比分别为发泡剂6%、发泡调节剂20%、ABS塑化剂26%、润滑剂2%、稳定剂24%、石蜡6%、增塑剂10%、氯化聚乙烯6%。

具体实施例3，所述主要组分与添加剂的重量百分比分别为95%、5%。所述主要组分中各组分的重量百分比分别为农作物秸秆粉40%、ABS塑料粉30%、填充剂30%。所述添加剂中各组分的重量百分比分别为发泡剂5%、发泡调节剂27%、ABS塑化剂20%、润滑剂3%、稳定剂23%、石蜡8%、增塑剂6%、氯化聚乙烯8%。

项目实施方案：

本项目技术产业化工艺路线为：农作物秸杆、废旧ABS塑料等的粉碎——原材料的处理——秸秆纤维、塑料及添加剂的混合处理——挤出——冷却定型——牵引——定长切割——成品

（1）原材料的处理。

用高分子材料来改性ABS塑料和秸秆纤维的表面，以提高秸秆纤维与ABS塑料之间的界面亲和力。高填充量秸杆纤维在熔融的ABS塑料中分散效果差，使得熔体流动性差，挤出成型加工困难，可加入表面处理剂来改善流动性以利于挤出成型。塑料基体也需要加入各种助剂来改善其加工性能及其制品的使用性能。

（2）加料过程。

秸秆纤维结构蓬松，不易对挤出机螺杆喂料，特别是秸秆纤维中含有较多的水分时常会出现“架桥”和“抱杆”现象。加料的不稳定会导致挤出波动现象，造成挤出质量和产量降低。加料中断，物料在机筒内停留时间延长，导致物料烧焦变色，影响制品的内在质量和外观。采用强制加料装置以及合理输送方式，以保证挤出的稳定。

（3）加工过程中的排气。

秸秆纤维中所带有的小分子挥发物质和水分极易为制品带来缺陷，而前处理又无法完全清除它们。所以农作物秸秆纤维塑料复合材料挤出机排气系统的设计要比普通塑料挤出机给予更多重视，必要时可以进行多阶排气。在很大程度上，排气效果越好，挤出制品质量也越好。

（4）螺杆构型设计。

农作物秸秆纤维塑料复合材料挤出过程中，螺杆的构型起着十分重要的作用。合理的螺杆结构能降低螺杆与植物纤维的摩擦，产生适当的剪切和分散混合，使含有大量秸秆纤维的物料体系能很好的均匀塑化。

（5）模具设计和冷却定型。

除了保证流道设计的圆滑过渡与合理的流量分配，农作物秸秆纤维塑料复合材料由于对于建压能力与温度控制精度有更高的要求。要获得好的纤维取向和制品质量就要确保机头有足够的建压能力和长的定型段，甚至在压缩段和定型段采用双锥度结构。农作物秸秆纤维塑料复合材料的导热性差，且其制品多为异型材，冷却定型较困难，多采用循环水冷定型。冷却流道合理设计保证高效冷却。

主要社会效益：

首先是对森林资源的保护。1吨木塑材料可折合木材2．5立方米，约是1亩土地上速生林1年的最大成材量。目前我国木材年需求量大约在1亿立方米左右，实际供应量仅有6千万立方米，缺口高达4千万立方米。每采用1吨木塑材料，可减少1亩土地的森林砍伐。其次是废弃物利用。本项目产品是由植物纤维和ABS塑料混配复合组成的材料。草本纤维如麦草、棉秸、茭白秸秆、麻秆、糠、大豆皮、花生壳、棉秸秆、葵花秆、甘蔗渣等，均为废弃的低价值自然资源，经过筛选、粉碎、研磨和工艺处理后，即成为新型植物纤维原料。同时，我国每年废弃ABS塑料数量巨大，废弃塑料在填埋后200多年才能分解完毕，且分解过程中会生成有毒物质，对土质造成破坏。本项目可以一定程度上缓解“白色污染”问题，也可以缓解废弃农作物秸秆焚烧造成的空气污染问题。

技术应用和产业化前景：

新型农作物秸秆纤维基复合材料具有植物纤维和高分子材料两者的诸多优点，能替代木材，可有效地缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的矛盾。其应用范围非常广泛，主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、仓贮业、装饰材料及日常生活用具等方面。由于植物纤维的可再生性以及可被多次循环利用性，本项目产品农作物秸秆纤维基复合材料是一种极具发展前途的绿色环保材料，其生产技术也被认为是一项有生命力的创新技术。因此具有广阔的市场前景和良好的经济效益、社会效益和生态效益，产业化前景广阔。

Claims

1.农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：主要组分由农作物秸秆粉、ABS塑料粉、填充剂组成，另外还添加有添加剂，添加剂包括发泡剂、发泡调节剂、ABS塑化剂、润滑剂、稳定剂、石蜡、增塑剂、氯化聚乙烯。

2.根据权利要求1所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述农作物秸秆为茭白秸秆，所述填充剂为碳酸钙粉。

3.根据权利要求2所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述发泡剂为ADC发泡剂、所述发泡调节剂的型号为530，所述ABS塑化剂的型号为401，所述润滑剂为硬脂酸1801，所述稳定剂为钙锌稳定剂，所述增塑剂为二辛脂。

4.根据权利要求2所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述添加剂还包括了大豆油。

5.根据权利要求2所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述主要组分与添加剂的重量百分比分别为85%～95%、5%～15%。

6.根据权利要求5所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述主要组分与添加剂的重量百分比分别为90%、10%。

7.根据权利要求5所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述主要组分中各组分的重量百分比分别为农作物秸秆粉35%～45%、ABS塑料粉30%～40%、填充剂25%～35%。

8.根据权利要求7所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述主要组分中各组分的重量百分比分别为农作物秸秆粉40%、ABS塑料粉35%、填充剂25%。

9.根据权利要求7所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述添加剂中各组分的重量百分比分别为发泡剂5%～10%、发泡调节剂18%～28%、ABS塑化剂18%～26%、润滑剂2%～3.5%、稳定剂16%～24%、石蜡6%～8%、增塑剂5%～10%、氯化聚乙烯6%～8%。

10.根据权利要求9所述的农作物秸秆纤维基复合材料，其特征在于：所述添加剂中各组分的重量百分比分别为发泡剂8%、发泡调节剂24%、ABS塑化剂23%、润滑剂3%、稳定剂20%、石蜡7%、增塑剂8%、氯化聚乙烯7%。