CN102796389A - 一种木塑复合材料 - Google Patents

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何明
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Abstract

本发明涉及一种木塑复合材料。该木塑复合材料，包括木质材料和塑料原料，其还含有玄武岩纤维和粘合剂。玄武岩纤维可以为连续纤维，也可以是将连续纤维切成的短纤维。粘合剂为不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂、乙烯基树脂或氨基树脂。玄武岩连续纤维的表面涂敷有硅烷偶联剂。木质材料的表面涂敷有含涂敷有羟甲基间苯二酚成分的偶联剂。该木塑复合材料，具有良好的力学性能、化学性能及耐高温性、阻燃性和良好的耐久性，且使用成本低、寿命长。

Description

一种木塑复合材料
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料及其制造方法，尤其涉及一种由玄武岩连续纤维或短切纤维增强的木塑复合材料及其制造该种复合材料二维型材与三维制品的方法。 
背景技术
传统的木质复合材料虽然在一定程度上克服了木质材料固有的缺点，但在刚度、强度，耐燃、防腐等方面的性能较差。纤维增强树脂(fiber-reinforced polymer，简称FRP)是以纤维为增强材料的树脂基复合材料，具有比木材更高的刚度和强度，可以用作传统木质材料的增强体。FRP增强木质复合材料是使用高性能FRP复合材料为增强材料的木质复合材料，它综合了木材的环境性能好、成本低、强重比高和FRP的刚度好、强度高、阻燃、耐腐优点。FRP增强木质复合材料的发展，将大大拓宽木制材料的应用领域，可广泛应用于建筑、桥梁、汽车、航空、舰船、交通运输等领域。 
现有技术中的纤维增强树脂，一种是玻璃纤维增强树脂，其生产工艺比较成熟，但因耐水解腐蚀性比较差，使玻璃纤维增强树脂的耐久性较差，尤其是在长期荷载环境下容易产生蠕变，增强作用失效；另一种是碳纤维或芳纶纤维增强树脂，其物理、化学性能较好，但价格太高，性价比低，使采用该纤维增强树脂增强的木质复合材料存在同样缺陷，对其推广应用造成限制。 
发明内容
本发明的目的，是提供一种物理力学性能好、化学性能忧良、生产成本低廉的玄武岩连续纤维或短切纤维增强性木塑复合材料(wood-plastics composites，简称WPC)及其制造方法。 
一种木塑复合材料，包括木质材料和塑料原料，其复合材料中含有玄武岩纤维。 
所述的玄武岩纤维可以为连续纤维，也可以是将连续纤维切成的短纤维。 
木塑复合材料中有粘合剂。 
所述粘合剂为不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂、乙烯基树脂、氨 基树脂等，或各种改良性的树脂。 
所述的玄武岩连续纤维的表面涂敷有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。 
硅烷偶联剂可以用日本型号KMB-503、KMB-603或KMB-903产品；也可以用国产的550、560或570产品。 
所述木质材料的表面涂敷有含涂敷有羟甲基间苯二酚成分的偶联剂。 
复合材料中木质材料的含量为23％--63％(体积)。 
复合材料中塑料原料的含量为23％--63％(体积)。 
玄武岩纤维的含量为10％--50％(体积)。 
制造该木塑复合材料的方法步骤为： 
A、将所述玄武岩纤维或将由玄武岩纤维编织成的有微孔的无纺布在树脂中浸泡； 
B、将所述木质材料和塑料型材的表面，亦涂覆一层树脂； 
C、将浸泡后的玄武岩纤维覆盖到木塑材料的表面，压制成型。 
前面所述的方法步骤，压制时的温度范围为80℃-200℃，压力范围为10MPa-50MPa， 
所述的木质材料，包括木质复合板、木质单板、胶合板、锯末粉、木质纤维板、木质刨花板、质胶合板、或其他农业生产过程中废弃经处理的草本纤维如麦秸杆、棉秸秆、麻秆、稻糠、大豆皮、花生壳、葵花秆、甘蔗渣等木纤维材料。 
玄武岩连续纤维是以天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔窑中，经高温熔融、澄清均化、拉制纤维而成的。玄武岩纤维与其它的纤维相比，具有良好的物理化学性能。 
表1各种不同纤维主要物理力学性能 
  各项性能   玄武连续纤维   E-玻璃纤维   S-玻璃纤维   碳纤维Hs   凯夫拉尔纤维
  密度：g/cm3   265-2.95   2.55-2.62   2.46-2.49   1.78   1.44
  拉伸强度：Mpa   3000-3500   3100-3800   4590-4830   2500-3500   2758-3034
  最高使用温度：℃   650   350   300   500   250
  弹性模量：/GPa   79.3-93.1   76-78   88-91   230-240   124-131
  断裂伸长率：％   3.2   4.7   5.6   1.2   2.3
  线膨胀率：20-300℃，℃×IO-6   6.5   5.4   2.9   -   -
  软化点：η＝107dP   960   850   1056   250～300   80-85
如表1所示，玄武岩连续纤维及其制品具有优良的物理力学性能，玄武岩连续纤维的拉 伸强度与E玻璃纤维相当，弹性模量高于E玻璃纤维，使用温度高于E玻璃纤维、S玻璃纤维和碳纤维。 
表2.玄武岩连续纤维与几种玻璃纤维化学组成的成分 
  化学成分   玄武连续纤维(％)   C-玻璃纤维(％)   E-玻璃纤维(％)   S-玻璃纤维(％)
  SiO2   51.6   65.7-67.7   52.0-53.4   65.0
  Al2O3   14.6-18.3   13.5-14.5   25.0   ---
  B2O3   ---   5.4-6.4   8.0-9.0   25.0
  CaO   5.9-9.4   3.5-4.5   18.5-19.5   ---
  Na2+K2O   3.6-5.2   13-14   0.1   ---
  TiO2   0.8-2.25   ---   0-0.5   ---
  Fe2O3+FeO   9.0-14.0   ---   0-0.6   ---
  F2   ---   ---   0-0.5   ---
  其它   0.09-0.13   ---   ---   10
如表2所示，从各种纤维的化学组成可以出，玄武岩主要成分为SiO2，含量在50％左右，与E玻璃纤维相当，Ai2O3含量与C玻璃纤维相当，FeO和Fe2O3含量在9％～14％之间，明显高于各种玻璃纤维，且还含有K2O，和TiO2等成分，这些化学成分对提高玄武岩纤维的耐水、耐腐蚀性能起到了重要作用。 
表3玻璃和玄武岩连续纤维在不同介质中煮沸3小时后质量损失率 
Figure BSA00000501329000031
如表3所示，在2N HCl中煮沸3h后的重量损失率，E玻璃纤维损失率为38.9％，玄武岩连续纤维损失率仅为2.2％。在2N NaOH中煮沸3h后重量损失率，E玻璃纤维损失率为6.00％，玄岩连续纤维损失率仅为2.75％。上述试验结果说明玄武岩连续纤维在酸碱性介质中具有更稳定的化学性能。 
附图说明
图1为玄武岩连续纤维无纺布增强热固性木塑复合板材生产工艺流程图 
图2为玄武岩连续纤维增强热塑性木塑复合板材生产工艺流程图 
图3为玄武续纤维增强热塑性木塑复合挤出板、片、棒、管和异型材生产工艺流程图 
图4为玄武岩纤维短切颗粒增强热塑性木塑复合材料的注塑成型工艺图 
具体实施方式：
实施例1： 
按附图1玄武岩连续纤维无纺布增强热固性木塑复合板材生产工艺流程， 
1、将由玄武岩连续纤维编织成的有微孔的无纺布，在酚醛树脂的胶液中浸泡。 
2、先在木质材料的表面涂敷羟甲基间苯二酚偶联剂，然后涂敷酚醛树脂的胶液； 
3、将玄武岩连续纤维无纺布加入高分子材料成型机械，将其与木塑材料经高速混合机共混，双辊塑练，经拉片、叠层，层压成型或模压成型。经定型制成产品，再加工成板材或结构件。 
实施例2： 
按附图2玄武岩连续纤维增强热塑性木塑复合板材生产工艺流程 
1、首先用Y-氨基丙基三甲氧基硅烷对将玄武岩连续纤维表面进行活化处理，然后用环氧树脂将玄武岩连续纤维表面涂覆，待干燥，切成短颗粒； 
2、加入高分子材料成型机械，将其与木塑材料经高速混合机共混，双辊塑练，经拉片，层压成型或模压成型。经定型制成产品，再加工成板材或结构件。 
实施例3： 
按附图3玄武续纤维增强热塑性木塑复合挤出板、片、棒、管和异型材生产工艺流程 
1、首先用三(二辛基焦磷酰氧基)酞酸异丙酯对将玄武岩连续纤维表面进行活化处理，然后用间苯二酚树脂将玄武岩连续纤维表面涂覆、干燥，切成短颗粒。 
2、先在木质材料的表面涂敷羟甲基间苯二酚偶联剂，然后涂敷间苯二酚胶液 
3、将木粉与塑料混合，放入挤出机塑化熔融，再将已切成短颗粒的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料放入挤出机其混、熔融均化，通过挤出口模切成短颗粒：或自接挤出成型所需 的二维板、片、棒、管和异型材。 
实施例4： 
按附图4玄武岩纤维短切颗粒增强热塑性木塑复合材料的注塑成型工艺 
1、将玄武岩连续纤维用不饱和聚酯树脂涂覆、干燥，切成短颗粒， 
2、再将已切成短颗粒的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，放入塑料注塑机专用螺杆中，经塑化熔融、注入特定模具型腔，再经冷却定型，开模顶出，获得三维立体结构的复合工程零件。 
表4现有技术与本发明技术产品性能对比 
表5各种纤维及其玄武纤维/间苯二酚树脂板FRP价格 
Figure DEST_PATH_GSB00000562362400022
表6玄武纤维增强热塑性木塑复合材料生产技术参考配方 
Figure DEST_PATH_GSB00000562362400031
表7玄武纤维增强木塑性木塑复合材料与其他材料的性能对比 
由上述各表比较可以看出：玄武岩连续纤维增强树脂的物理力学性能优于玻璃纤维增强环氧树脂，而且玄武岩纤维的耐水解性、耐腐蚀性能大大好于玻璃纤维。相对于碳纤维、Kevlar纤维来说，玄武岩连续纤维及玄武岩连续纤维增强木塑材料的性价比优势又十分明显。另外，玄武岩连续纤维增强树脂及玄武岩连续纤维增强木塑材料都具有很好的耐高温性，阻燃性能良好，且价格低。 
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计创造精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种木塑复合材料，包括木质材料和塑料原料，其特征在于：复合材料中含有玄武岩纤维。
2.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的玄武岩纤维为连续纤维。
3.如权利要求2所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的连续纤维被切成短纤维。
4.如权利要求2或3所述的木塑复合材料，其特征在于：材料中有粘合剂。
5.如权利要求4所述的木塑复合材料，其特征在于：材料中的粘合剂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂、羟甲基间苯二酚或乙烯基树脂。
6.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的玄武岩连续纤维表面涂敷有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
7.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述木质材料的表面涂敷有含有羟甲基间苯二酚成分的偶联剂。
8.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：复合材料中木质材料的含量为23％--63％(体积)。
9.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：复合材料中塑料原料的含量为23％--63％(体积)。
10.如权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：玄武岩纤维的含量为10％--50％(体积)。
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