CN103144270A - 一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具和方法 - Google Patents

一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具和方法 Download PDF

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Abstract

一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具和方法，它涉及一种共挤制备木塑复合材料的模具和方法，它是为解决现有的木塑复合材料界面结合强度低的技术问题，用本发明的模具共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法如下：先调节模具温控装置、冷却装置及挤出机螺杆，控制压力和温度，然后使芯层和表层物料依次通过模具，共挤得到高界面结合强度木塑复合材料，其界面结合强度为3.0MPa～3.5MPa，比现有的木塑复合材料提高了0.7～6倍，还可通过改变表层物料流道内压力调节表层厚度，包覆的表面还可根据不同模具的设计灵活改动，模具设计简单，易于加工，可用于木塑复合材料加工领域。

Description

一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具和方法
技术领域
本发明涉及一种共挤制备木塑复合材料的模具和方法。
背景技术
目前共挤出木塑复合材料，其成型过程需在两个模具中完成，先成型，后包覆，制备过程中在形成界面层时芯层物料的表层已处于冷却状态，且芯层和表层物料在模具中无相互压力作用，导致芯层和表层界面结合强度较差，且成型过程需两个设备，对螺杆的加工精度要求较高，费用成本较高，设备结构复杂。
现有专利号为200420109040.1的中国专利《表层共挤芯层发泡挤出模具》，该专利公开了一种表面共挤芯层发泡共挤模具，它的口模包含发泡料挤出流道、发泡料发泡腔、隔热腔、共挤料挤出流道、复合共挤流道，发泡挤出流道和共挤料挤出流道汇流口前设有发泡腔，可在热熔体发泡过程完成后进行共挤。且冷却装置和共挤流道之间设置有隔热腔，既保证了共挤和发泡的温度不受冷却装置的影响，又保证能在共挤发泡之后顺利完成共挤。该技术主要重点强调共挤模具中的发泡问题，对共挤界面问题没有涉及，另有专利号为200810222658.1的中国专利《在塑料/木塑型材表面包覆木皮的复合型材及其制造方法》，该专利公开了一种在塑料/木塑型材表面包覆木皮的复合型材及其制造方法，界面结合采用在木皮的内表面涂布热熔胶粘剂，并对进行去污除尘处理的塑料/木塑型材的待包覆表面涂布界面亲合剂，通过包覆机的造型辊轮将木皮辊压包覆在塑料/木塑型材的表面上。该方法提高了木皮与塑料/木塑型材表面间的粘结力，但是虽然该技专利涉及了界面问题，但其表层和芯层结合采用的是传统的胶接方式，须使用胶黏剂和亲合剂，使得木塑复合材料界面强度低，一股为0.5～1.8MPa，因此对于如果制备得到高界面结合强度的木塑复合材料是必要的。
发明内容
本发明是为解决现有的木塑复合材料界面结合强度低的技术问题，而提供一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具和方法。
本发明的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具由芯层流道1、表层流道2、共挤流道3、定型模4、冷却模5、加长口模6、表层口模7、芯层口模8、法兰9、温控装置10、冷却装置11、隔热板12和螺杆13构成；其中芯层流道1的出口到表层流道2的入口之间的距离不小于5mm，芯层流道1的出口和表层流道2的入口的汇合处设置成圆倒角，温控装置10位于表层口模7和芯层口模8内部，冷却装置11位于定型模4和冷却模5内部，隔热板12位于表层口模7和芯层口模8之间，螺杆13位于表层流道2内部。
一种用本发明的模具共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
一、分别调节温控装置10和冷却装置11，使表层口模7和芯层口模8的温度为135～180℃，使定型模4和冷却模5的温度为15～80℃，根据制备的高界面结合强度共挤出木塑复合材料所需表层厚度调节螺杆13，来调节压力；
二、使熔融状态下的芯层物料在推动力作用下从芯层流道1依次通过法兰9、芯层口模8和隔热板12，在表层口模7处与表层流道2出挤出的熔融状态的表层物料混合，然后再分别通过共挤流道3、加长口模6、冷却模5和定型模4，得到高界面结合强度木塑复合材料。
本发明的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具和方法，优点在于在同一个模具中制备高界面结合强度的共挤出木塑复合材料，实现了芯层和表层物料在熔融状态、相互压力作用下形成共挤出界面层，使得芯层和表层界面基质分子相互缠绕，削弱甚至消除界面，实现表、芯层高强度共挤复合，芯层流道1的出口和表层流道2的入口之间留有一定的距离，使得芯层物料和表层物料交汇前，通过一个缓冲区，增大芯层物料和表层物料间相互作用力，使表层物料和芯层物料在熔融状态下充分接触，同时将芯层流道1的出口和表层流道2的入口的汇合处设置成圆倒角，有利于芯层物料熔体的流动，避免物料在拐角处的积聚，此外可根据芯、表层配方不同，通过改变温度和压力来调控芯、表层熔体的粘度，以此控制界面的形态，及提高界面结合强度，解决了现有共挤木塑复合材料界面结合强度差的问题，本发明的一种高界面结合强度木塑复合材料，其界面结合强度为3.0MPa～3.5MPa，比现有的木塑复合材料提高了0.7～6倍，还可通过改变表层物料流道内压力调节表层厚度，包覆的表面还可根据不同模具的设计灵活改动，模具设计简单，易于加工。
附图说明
图1为本发明的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具的结构示意图；
图2为实施例1的高界面结合强度木塑复合材料的结构示意图；其中15为表层，16为芯层，17为表层15和芯层16的界面。
具体实施方式
本发明的技术方案不局限于以下具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：(结合图1)本实施方式的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具由芯层流道1、表层流道2、共挤流道3、定型模4、冷却模5、加长口模6、表层口模7、芯层口模8、法兰9、温控装置10、冷却装置11、隔热板12和螺杆13构成；其中芯层流道1的出口到表层流道2的入口之间的距离不小于5mm，芯层流道1的出口和表层流道2的入口的汇合处设置成圆倒角，温控装置10位于表层口模7和芯层口模8内部，冷却装置11位于定型模4和冷却模5内部，隔热板12位于表层口模7和芯层口模8之间，螺杆13位于表层流道2内部。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：加长口模6长度为30～50mm，芯层流道1的出口到表层流道2的入口之间的距离为6～15mm，其它步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：芯层流道1的出口和表层流道2的入口的汇合处的圆倒角直径为共挤流道3宽度的0.5～1.5倍，其它步骤与参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
一、分别调节温控装置10和冷却装置11，使表层口模7和芯层口模8的温度为135～180℃，使定型模4和冷却模5的温度为15～80℃，根据制备的高界面结合强度共挤出木塑复合材料所需表层厚度调节螺杆13，来调节压力；
二、使熔融状态下的芯层物料在推动力作用下从芯层流道1依次通过法兰9、芯层口模8和隔热板12，在表层口模7处与表层流道2挤出的熔融状态的表层物料混合，然后再分别通过共挤流道3、加长口模6、冷却模5和定型模4，得到高界面结合强度木塑复合材料。
本实施方式的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具和方法，优点在于在同一个模具中制备高界面结合强度的共挤出木塑复合材料，实现了芯层和表层物料在熔融状态、相互压力作用下形成共挤出界面层，使得芯层和表层界面基质分子相互缠绕，削弱甚至消除界面，实现表、芯层高强度共挤复合，芯层流道1的出口和表层流道2的入口之间留有一定的距离，使得芯层物料和表层物料交汇前，通过一个缓冲区，增大芯层物料和表层物料间相互作用力，使表层物料和芯层物料在熔融状态下充分接触，同时将芯层流道1的出口和表层流道2的入口的汇合处设置成圆倒角，有利于芯层物料熔体的流动，避免物料在拐角处的积聚，此外可根据芯、表层配方不同，通过改变温度和压力来调控芯、表层熔体的粘度，以此控制界面的形态，及提高界面结合强度，解决了现有共挤木塑复合材料界面结合强度差的问题，本实施方式的一种高界面结合强度木塑复合材料，其界面结合强度为3.0MPa～3.5MPa，比现有的木塑复合材料提高了0.7～6倍，还可通过改变表层物料流道内压力调节表层厚度，包覆的表面还可根据不同模具的设计灵活改动，模具设计简单，易于加工。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤一中调节螺杆13，使压力为3MPa～25MPa，其它步骤与参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤二中芯层物料为木粉、废旧塑料和填料，其它步骤与参数与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤二中所述填料为马来酸酐接枝高密度聚乙烯、聚乙烯蜡、石蜡和钙粉，其它步骤与参数与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：步骤二中表层物料为木粉、塑料及功能化添加剂，其它步骤与参数与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：步骤二中所述功能化添加剂为抗紫外老化剂、阻燃剂、抗菌剂、防水剂其中的一种或几种按任意比的混合物，其它步骤与参数与具体实施方式四至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：所述的润滑剂为聚乙烯蜡或石蜡中的一种或两者按任意比的混合物，其它步骤与参数与具体实施方式四至九之一相同。
用以下试验验证本发明的有益效果：
实施例1、(结合图1)一种用图1所示模具共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法按以下步骤进行：
一、称取芯层物料：按质量份数称取60份木粉、32份回收高密度聚乙烯(HDPE)，其密度为0.95g/cm3、3份马来酸酐接枝HDPE，其密度为0.95g/cm3、2份聚乙烯蜡和3份钙粉，混合均匀后加热至熔融状态；
二、称取表层物料：按质量份数称取40份木粉、52份HDPE，其密度为0.95g/cm3、3份马来酸酐接枝HDPE，其密度为0.95g/cm3、2份聚乙烯蜡和3份抗紫外老化剂，混合均匀后加热至熔融状态；
三、调节温控装置10和冷却装置11，使表层口模7和芯层口模8的温度为165℃和160℃，使定型模4和冷却模5的温度为60℃和40℃，调节螺杆13使压力为7MPa；
四、使步骤一的熔融状态下的芯层物料在挤出作用下从芯层流道1依次通过法兰9、芯层口模8和隔热板12，在表层口模7处与表层流道2挤出的步骤二的熔融状态的表层物料混合，然后再分别通过共挤流道3、加长口模6、冷却模5和定型模4，得到高界面结合强度木塑复合材料。
本实施例的芯层流道1宽度为126mm；表层流道2宽度为60mm；共挤流道3宽度为130mm；加长口模6长度为40mm；芯层流道1的出口到表层流道2的入口之间的距离为10mm；芯层流道1的出口和表层流道2的入口的汇合处的圆倒角直径为共挤流道3宽度的0.6倍。
实施例2，(结合图1)一种用图1所示模具共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法按以下步骤进行：
一、称取芯层物料：按质量份数称取60份木粉、32份回收高密度聚乙烯(HDPE)，其密度为0.95g/cm3、3份马来酸酐接枝HDPE，其密度为0.95g/cm3、2份聚乙烯蜡和3份钙粉，混合均匀后加热至熔融状态；
二、称取表层物料：按质量份数称取55份木粉、35份HDPE，其密度为0.95g/cm3、3份马来酸酐接枝HDPE，其密度为0.95g/cm3、2份聚乙烯蜡、3份抗紫外老化剂和2份防水剂，混合均匀后加热至熔融状态；
三、调节温控装置10和冷却装置11，使表层口模7和芯层口模8的温度为165℃和160℃，使定型模4和冷却模5的温度为60℃和40℃，调节螺杆13使压力为7MPa；
四、使步骤一的熔融状态下的芯层物料在挤出作用下从芯层流道1依次通过法兰9、芯层口模8和隔热板12，在表层口模7处与表层流道2挤出的步骤二的熔融状态的表层物料混合，然后再分别通过共挤流道3、加长口模6、冷却模5和定型模4，得到高界面结合强度木塑复合材料。
本实施例的芯层流道1宽度为124mm；表层流道2宽度为60mm；共挤流道3宽度为130mm；加长口模6长度为40mm；芯层流道1的出口到表层流道2的入口之间的距离为10mm；芯层流道1的出口和表层流道2的入口的汇合处的圆倒角半径为共挤流道3宽度的1.2倍。
试验一、对实施例1的一种高界面结合强度木塑复合材料进行界面强度检测，测试过程如下：
根据测试标准GB17657-1999，表面结合强度测定方法，对实施例1的一种高界面结合强度木塑复合材料进行界面强度检测，得到其界面结合强度为3.0Mpa，比现有木塑复合材料的界面结合强度最高提高了5倍，界面结合强度高。
试验二、对实施例2的一种高界面结合强度木塑复合材料进行界面强度检测，测试过程如下：
根据测试标准GB17657-1999，表面结合强度测定方法，对实施例2的一种高界面结合强度木塑复合材料进行界面强度检测，得到其界面结合强度为3.5Mpa，比现有木塑复合材料的界面结合强度最高提高了6倍，界面结合强度高。

Claims (10)

1.一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具，其特征在于所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具由芯层流道(1)、表层流道(2)、共挤流道(3)、定型模(4)、冷却模(5)、加长口模(6)、表层口模(7)、芯层口模(8)、法兰(9)、温控装置(10)、冷却装置(11)、隔热板(12)和螺杆(13)构成；其中芯层流道(1)的出口到表层流道(2)的入口之间的距离不小于5mm，芯层流道(1)的出口和表层流道(2)的入口的汇合处设置成圆倒角，温控装置(10)位于表层口模(7)和芯层口模(8)内部，冷却装置(11)位于定型模(4)和冷却模(5)内部，隔热板(12)位于表层口模(7)和芯层口模(8)之间，螺杆(13)位于表层流道(2)内部。
2.根据权利要求1所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具，其特征在于加长口模(6)长度为30～50mm，芯层流道(1)的出口到表层流道(2)的入口之间的距离为6～15mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的模具，其特征在于芯层流道(1)的出口和表层流道(2)的入口的汇合处的圆倒角直径为共挤流道(3)宽度的0.5～1.5倍。
4.用权利要求1所述的模具共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
一、分别调节温控装置(10)和冷却装置(11)，使表层口模(7)和芯层口模(8)的温度为135～180℃，使定型模(4)和冷却模(5)的温度为15～80℃，根据制备的高界面结合强度共挤出木塑复合材料所需表层厚度调节螺杆(13)，来调节压力；
二、使熔融状态下的芯层物料在推动力作用下从芯层流道(1)依次通过法兰(9)、芯层口模(8)和隔热板(12)，在表层口模(7)处与表层流道(2)出挤出的熔融状态的表层物料混合，然后再分别通过共挤流道(3)、加长口模(6)、冷却模(5)和定型模(4)，得到高界面结合强度木塑复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于步骤一中调节螺杆(13)，使压力为3MPa～25MPa。
6.根据权利要求4或5所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于步骤二中芯层物料为木粉、废旧塑料和填料。
7.根据权利要求6所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于步骤二中所述填料为马来酸酐接枝高密度聚乙烯、润滑剂和钙粉。
8.根据权利要求6所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于步骤二中表层物料为木粉、塑料及功能化添加剂。
9.根据权利要求6所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于步骤二中所述功能化添加剂为抗紫外老化剂、润滑剂、阻燃剂、抗菌剂或防水剂其中的一种或几种按任意比的混合物。
10.根据权利要求6所述的一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法，其特征在于所述的润滑剂为聚乙烯蜡或石蜡中的一种或两者按任意比的混合物。
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