CN102825791B - 一种木塑复合材料的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木塑复合材料的生产方法，该方法主要包括原料准备、密炼、上料、挤出物料和热压成型步骤。本发明能处理农用地膜、生活塑料垃圾等废旧塑料与农作物秸秆、谷壳等生物质纤维，并将这些处理后的原料合成木塑复合材料，有利于解决环境污染问题，减少木材的消耗，保护环境。

Description

一种木塑复合材料的生产方法

技术领域

本发明涉及一种木塑复合材料的生产方法，特别涉及一种高填充量的木塑复合材料的生产方法。

背景技术

木塑复合材料具有下列优点：①防水、防潮，适合在潮湿的环境中使用。②可加工性好，能像木材一样进行加工。③不开裂，不膨胀，不变形，无需维修与养护。④防虫、防白蚁，使用寿命长。⑤安装简单，施工便捷。⑥环保，无污染，可循环利用；减少废弃物对环境的污染等优点。因此，木塑复合材料越来越受建筑行业的青睐。

目前木塑复合材料主要的生产成型方法有四种：挤出成型、注射成型、热压成型、模压成型。

一、挤出成型工艺

挤出成型加工周期短、生产效率高、工艺简单、技术比较成熟，因此挤出成型方法是生产木塑复合材料普遍采用的生产路线。又分为：一步法和两步法。

一步法挤出成型，对挤出机和模具要求非常高，多采用带排气装置的双螺杆挤出机；中间过程省去了造粒工序，可节省一些能源，但挤出效率降低，料的供应连续性较差；仅适合挤出杂质少、生物质纤维含量低的木塑材料。

两步法挤出成型是先造粒，再挤出成型。物料在造粒过程中进行了一次冷却，能量消耗较一步法高；对于粘度大、流动性差、生物质纤维含量高的物料也不适用。

挤出成型工艺的主要缺点如下：

①由于木质纤维的摩擦力大、流动性差，很难分散均匀，导致了其填充量降低，一般含量在30%左右，最大不超过60%；对木质纤维的粒径要求也较高；因此，对于木质纤维含量高、粘度大、流动性差、难分散的物料不适合挤出成型。

②如果物料中有大粒径的杂质，很容易使挤出模具堵塞。由于这些杂质的存在使得物料的流速、压力有波动，难以挤出光滑、平整的产品，容易受原料的变化而影响正常的生产。

③对挤出机、挤出模具、冷却定型等设备的要求高。

二、注射成型工艺

注射成型和挤出成型工艺类似，是用注射机将物料注入到模具中，再经保压、冷却脱模，即可得到产品。注射成型需要物料的流动性比挤出成型要求要高，对木质纤维的粒径和种类都有较高的要求。一般注射机没有排气孔，所以，木质纤维和塑料都必须干燥,严格控制水分含量。对含金属、橡胶等杂物的材料，都不能注射成型。

三、热压成型工艺

热压成型工艺主要是用来生产固定规格的不连续的木塑制品，加工过程类似于密度板的成型工艺。

热压成型工艺的缺点：

①由于木纤维与塑料不经处理直接按配比进行热压，材料的分散性差、塑性差，因而制造的木塑复合材料理化性能较低。

②由于物料是冷的，耗能高，生产周期长，效率低。

③热压成型，通常需要加入热熔胶作为粘结材料来生产木塑材料；不适合以热塑性塑料作为粘结材料生产木塑复合材料。

④物料铺装需要工人手工作业，效率低，操作不方便。

四、模压成型工艺

模压法可以将木纤维的填充量大大提高，木纤维可有较大的长径比，且加工工艺简单，受到众多的企业欢迎。模压法同热压法类似，同样存在着，耗能高、物料铺装效率低、制品的理化性能低等缺点。

从现有的木塑复合材料成型工艺中可看出，现有技术中对于原料的要求都比较高，因此生产的木塑复合材料的质量受到原料质量的限制比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种木塑复合材料的生产方法，该方法能使用杂质含量多、成分复杂的废弃塑料与生物质纤维作为原料，生产填充量≥60%的木塑复合材料，解决了在现有的木塑复合材料生产工艺中对原料的要求比较高，对于粘度比较大的物料不能很好的分散的问题，以及木塑复合材料填充量高时质量变差的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种木塑复合材料的生产方法，包括以下步骤：

1）原料准备：将生物质纤维研磨成粉料并干燥，然后加入润滑分散剂和表面改性剂对粉料进行改性，将废弃塑料进行破碎和干燥处理；

2）密炼：将密炼机加热到155-215℃，将改性后的粉料和处理后的废弃塑料加入到密炼机中，并加入0.5-7%质量百分比的增容改性剂进行密炼；

3）上料：将挤出机的机身温度设置为150-165℃、模头温度设置为170-190℃，再通过螺旋上料机将密炼后的原料送到挤出机的料斗中；

4）挤出物料：通过挤出机将材料挤压成形，并将挤压出来的物料送到热压模框中；

5）热压成型：将热压模框转移到平板硫化机上，进行热压和冷却定型，最后拆模，即可得到所述木塑复合材料。

在本发明中，采用了密炼机对原料进行密炼，可处理杂质种类繁杂（如金属片、橡胶和木块等）、粘度大的物料，使得废弃塑料能与生物质纤维更好的分散、塑化均匀，在原料比例中生物质纤维的量能达到60%以上时，生产出的木塑复合材料的理化性能依然优良。

在本发明中将挤出机与热压成型工艺结合起来，在挤出机中对物料挤出后立即送到热压模框中，由于挤出的物料的截面积与模框的截面积相同，长度一致，因此可以同时完成对物料重量的计量，可定量的将热的物料送入到模框中，省时省力。此外还能保证物料的连续性和纤维的内部结构有序的排列。

在本发明中，采用了平板硫化机对热压后的物料进行热压和冷却定型，经过高温、高压可以将挤入到模具中的表面凹凸不平、并且含有杂质的物料压平，同时使得在热压过程中断开之处也能熔接在一起，更加确保物料内部结构的连续性，使产品的表观和理化性能均得到提高。

本发明的生产方法工艺流程中，从密炼机到挤出机、平板硫化机，其中间过程均不需要冷却，从而加快了生产效率，可节约大量的能源。

优选的，步骤一中所述的生物质纤维为农作物秸秆、谷壳、木屑、树枝和纸浆纤维中的一种或几种的组合；步骤一中将生物质纤维研磨成40-80目的粉料，干燥后粉料的水分含量≤2%。

优选的，步骤一中粉料的质量百分比为90-97%，润滑分散剂的质量百分比为2.5-5%，表面改性剂的质量百分比为0.5-5%，三者的质量百分比之和为100%；所述润滑分散剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡和油酸酰胺中的一种或几种的组合；表面改性剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和异氰酸酯中的一种或几种的组合。

优选的，步骤一中所述的废弃塑料为塑料薄膜、塑料粉料或塑料颗粒料中的一种或几种的组合；其中塑料薄膜要预先经过破碎处理，塑料薄膜破碎后过孔径为15-30mm的筛网；所述塑料粉料的粒径≤200目；塑料颗粒料的粒径≤5mm。

优选的，干燥后的废弃塑料的水分含量≤2%。

优选的，步骤二中改性后的粉料的质量百分比为60%-80%，处理后的废弃塑料的质量百分比为18%-38%。

步骤二中改性后的粉料、处理后的废弃塑料和增容改性剂的质量百分比之和为100%。

优选的，步骤二中所述的增容改性剂为顺丁烯二酸酐和过氧化二异丙苯。

优选的，步骤二中密炼总时间为10-40min。

优选的，步骤四中挤出的物料的长度与模框相等、截面积与模框相同时，人工将物料切断。

优选的，步骤五中通过滚动操作平台将热压模框送到升降机上，再通过升降机将热压模框转移到平板硫化机上，进行热压和冷却定型，最后通过升降机将热压模框转移到滚动操作平台拆模。

本发明在生产工艺流程中采用了滚动流水线操作平台，并且采用了升降机将装好物料的模框从滚动操作平台送入到平板硫化机，以及再将热压、冷却成型的模框从平板硫化机运送到滚动操作平台，以便工人操作，整个过程自动化程度大大提高，有效节省了人力、时间等资源，大大提高了生产效率。

附图说明

附图1为挤出成型工艺一步法的工艺流程图；

附图2为挤出成型工艺两步法的工艺流程图；

附图3为热压成型工艺的流程图；

附图4为模压成型工艺的流程图；

附图5为本发明的生产工艺流程图；

附图6为本发明木塑复合材料生产成型工艺的示意图；

附图7为本发明成型工艺中滚动流水线操作平台及热压模框运转示意图；

附图8为本发明中热压模框的结构示意图；

附图9为本发明中热压模框的盖子。

具体实施方式

本发明一种木塑复合材料的生产方法，主要包括以下步骤：

步骤一，原料准备：将生物质纤维研磨成粉料并干燥，然后加入润滑分散剂和表面改性剂对粉料进行改性，将废弃塑料进行破碎和干燥处理；

步骤二，密炼：将密炼机1加热到155-215℃，将改性后的粉料和处理后的废弃塑料加入到密炼机1中，并加入0.5-7%质量百分比的增容改性剂进行密炼；

步骤三，上料：将挤出机3的机身温度设置为150-165℃、模头温度设置为170-190℃，再通过螺旋上料机2将密炼后的原料送到挤出机3的料斗中；

步骤四，挤出物料：通过挤出机3将材料挤压成形，并将挤压出来的物料送到热压模框7中；

步骤五，热压成型：将热压模框7转移到平板硫化机6上，进行热压和冷却定型，最后拆模，即可得到所述木塑复合材料。

以下结合实施例对本发明木塑复合材料生产方法做进一步的说明。

实施例一：

一，生产工艺：

1.原材料的准备

第一步：将木屑、树枝研磨成40-80目左右的木粉；然后送入烘干机中进行干燥，使水分≦2%。最后，将干燥后的木粉和硬脂酸、钛酸酯偶联剂，分别按照93.6%、4.45%和1.95%的质量百分比，加入到高速混合机中混合均匀；然后装袋，备用。

第二步：先将塑料破碎机的筛网换成孔径15-30mm的筛网，然后对回收的PP膜和PE膜分别进行破碎处理，然后按1:1的质量比混合均匀。如果回收的塑料薄膜水分含量高，要将破碎后的PP和PE膜放入烘干机中进行干燥，使水分≦2%，然后装袋，备用。

2.密炼/改性

首先，将密炼机1加热到155-215℃，人工将破碎过的PP与PE膜的混合物料,按26.7%的质量百分比加入到密炼机塑化均匀，密炼5-25分钟。其次，加入69.5%质量百分比的改性木粉密炼至均匀，密炼5-25分钟。再次，加入3.8%质量百分比的增容改性剂，密炼改性5-25分钟。最后，打开密炼机1的放料门，将料放到螺旋上料机2中。

3.挤出片状材料

根据成品的截面积与挤出物料的截面积相同来设置挤出物料的厚度；在确保物料能够稳定连续地挤出的情况下，通过调节挤出机3的转速使物料的挤出速度和模框7的前进速度一致。然后，通过螺旋上料机2将密炼过的物料送到挤出机的料斗中去；再经挤出机3挤出椭圆状或片状物料到热压模框7中去；等到挤出长度与热压模框7长度相等时，人工将物料切断，完成对热压模框7的物料计量和装料。

4.热压成型

人工将热压模框7的盖板8放到装好物料的热压模框7上；然后，通过滚动操作平台4，人工将热压模框7推送到升降机5上。通过升降机5将装有热的物料的热压模框7转移到平板硫化机6上，进行热压和冷却定型。最后，将冷却后的热压模框7，通过升降机5转移到滚动操作平台4，人工拆模，即可得到产品。然后，再通过挤出机3装料、升降机5转移、平板硫化机6热压冷却定型，进行循环生产。

二、木粉/回收PP-PE木塑复合板材的性能如下：

表观及截面：表观较平整、光滑；截面处纤维分布均匀连续且密实；

理化性能检测：弯曲模量：2600MPa;静曲强度：30MPa；

检测依据：LYT 1613-2004。

实施例二：

本实施例原料质量百分比、生产过程以及成型工艺同实施例1，不同之处是所采用的塑料是纸箱厂的回收塑料垃圾；其中木质纤维是残留的纸浆纤维（金属、橡胶等杂质和纤维总含量为70-75%）。

实施例三，通过挤出成型的方式进行生产

本实施例原料与实施例二原料及其质量百分比相同。

由于纸箱厂的塑料垃圾成分比较复杂，纤维的杂物含量高、无法流动，改性前无法挤出成型，因此，使用改性后的纸箱厂塑料垃圾及纤维通过挤出成型方式生产产品。

将通过本工艺热料挤出再进行热压成型（即实施例二）生产的产品，与通过进行挤出成型方式生产（即实施例三）的产品对比，其性能如表1所示：

检测依据为：LYT1613-2004

从表1中可看出，本发明生产的产品比现有技术中挤出成型的产品的力学性能好，表观效果也比较好。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种木塑复合材料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)原料准备：将生物质纤维研磨成粉料并干燥，然后加入润滑分散剂和表面改性剂对粉料进行改性，将废弃塑料进行破碎和干燥处理；

2)密炼：将密炼机加热到155-215℃，将改性后的粉料和处理后的废弃塑料加入到密炼机中，并加入0.5-7％质量百分比的增容改性剂进行密炼；

3)上料：将挤出机的机身温度设置为150-165℃、模头温度设置为170-190℃，再通过螺旋上料机将密炼后的原料送到挤出机的料斗中；

4)挤出物料：通过挤出机将材料挤压成形，并将挤压出来的物料送到热压模框中；

5)热压成型：将热压模框转移到平板硫化机上，进行热压和冷却定型，最后拆模，即可得到所述木塑复合材料；

步骤二中改性后的粉料的质量百分比为60％-80％，处理后的废弃塑料的质量百分比为18％-38％。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤一中所述的生物质纤维为农作物秸秆、谷壳、木屑、树枝和纸浆纤维中的一种或几种的组合；步骤一中将生物质纤维研磨成40-80目的粉料，干燥后粉料的水分含量≤2％。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤一中粉料的质量百分比为90-97％，润滑分散剂的质量百分比为2.5-5％，表面改性剂的质量百分比为0.5-5％，三者的质量百分比之和为100％；所述润滑分散剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡和油酸酰胺中的一种或几种的组合；表面改性剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和异氰酸酯中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤一中所述的废弃塑料为塑料薄膜、塑料粉料或塑料颗粒料中的一种或几种的组合；其中塑料薄膜要预先经过破碎处理，塑料薄膜破碎后过孔径为15-30mm的筛网；所述塑料粉料的粒径≤200目；塑料颗粒料的粒径≤5mm。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：干燥后的废弃塑料的水分含量≤2％。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤二中所述的增容改性剂为顺丁烯二酸酐和过氧化二异丙苯。

7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤二中密炼总时间为10-40min。

8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤四中挤出的物料的长度与模框相等、截面积与模框相同时，人工将物料切断。

9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤五中通过滚动操作平台将热压模框送到升降机上，再通过升降机将热压模框转移到平板硫化机上，进行热压和冷却定型，最后通过升降机将热压模框转移到滚动操作平台拆模。