CN103509361A - Pe木塑复合材料型材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PE木塑复合材料型材，涉及复合材料技术领域。其由如下重量份的原料制成：木粉10-70份、聚乙烯20-50份、碳酸钙粉或滑石粉3-20份、硬脂酸或硬脂酸正丁酯0.1-1份、硬脂酸钙或硬脂酸铅或硬脂酸钡或硬脂酸镉或硬脂酸镧或硬脂酸锌其中的一种或一种以上的组合0.4-1.5份、PE蜡或氧化聚乙烯蜡OPE或石蜡0.1-1.5份、偶联剂0.5-3份、抗氧剂0.5-2份、紫外线吸收剂或光屏蔽剂或猝灭剂或自由基捕获剂0.05-2份，钛白粉3-12份。本发明PE木塑复合材料型材具有防水、防虫、不锈蚀、易加工、使用安全、可塑性强、节能环保、不含甲醛、苯等有毒物质的优点。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料型材技术领域，特别是涉及一种PE木塑复合材料型材。
背景技术
PE木塑复合材料，就是以木质纤维和PE塑料为主材，并添加部分高分子材料，通过特殊的加工工艺，加工而成的一种复合型材，其应用范围广泛，包括建筑工程装修、家庭装修、墙面装饰、地板、花箱、凉亭、廊架、座椅、托盘、包装、园林景观等众多领域。
现有的PE木塑复合材料型材的制造方法，是把木塑复合材料的原料混合塑化成熔体半熔体状态后，放入一个上下分体的模具（该模具由上半部分和下半部分组成）中的下半部分的模具槽内，在液压机的作用下带动模具的上半部分向下压，和模具的下半部分扣合成一个密闭容器，从而使模具中熔体状态的原料被模压成型的方法。此模压成型的方法具有以下缺点：1，型材的规格大小被模具的大小死死限制，对于较长的木塑复合材料型材，根本无法生产；2，对于中空或形状复杂的木塑复合材料型材，无法生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种PE木塑复合材料型材及其制造方法，本发明既保留PE木塑复合材料产品的种种优势，又能解决已有PE木塑复合材料制造方法的不足。
本发明PE木塑复合材料型材由如下重量份的原料制成：木粉10-70份、聚乙烯20-50份、碳酸钙粉或滑石粉3-20份、硬脂酸或硬脂酸正丁酯0.1-1份、硬脂酸钙或硬脂酸铅或硬脂酸钡或硬脂酸镉或硬脂酸镧或硬脂酸锌中的一种或一种以上的组合0.4-1.5份、PE蜡或氧化聚乙烯蜡OPE或石蜡0.1-1.5份、偶联剂0.5-3份、抗氧剂0.5-2份、紫外线吸收剂或光屏蔽剂或猝灭剂或自由基捕获剂0.05-2份，钛白粉3-12份。
以上原料均为市售产品，其中：
木粉，可选自竹粉、果壳粉、秸秆粉或其它植物纤维粉末，一般选择50-120目，作为填充物，既能增强产品的拉伸力，也能增强产品的木质感。
聚乙烯，也可以和少量与其相容且熔点接近的塑料混合使用，如PP等，为产品主材，靠它的聚合度把各种材料粘合在一起，使产品成型。
碳酸钙粉，或滑石粉，填充作用，以400-1000目为宜。填充物也可以用下列物质代替：白炭黑、中空微珠、实心玻璃微珠、陶土、石膏、石棉、云母、玻璃纤维、有机纤维等，添加量基本不变，细度以不影响物料加工时的流动性为原则。
硬脂酸，或硬脂酸正丁酯，作为润滑剂，可选择其一作为润滑剂，也可以二者兼用，在物料的加工流动过程中，起到物料间和物料与机械间的摩擦润滑作用。
硬脂酸锌，也可以用硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸镉、硬脂酸镧、其中的一种来代替或多种兼用，作为润滑剂，在物料的加工流动过程中，起到物料间和物料与机械间的摩擦润滑作用。
聚乙烯蜡，即PE蜡，也可以用氧化聚乙烯蜡OPE或石蜡代替，可选择其一作为润滑剂，也可以二者兼用，在物料的加工流动过程中，起到物料间和物料与机械间的摩擦润滑作用。
偶联剂，能增强各种物料的相容性；偶联剂的种类繁多，主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、铬络合物马来酸酐接枝PE、及其他高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等，目前应用范围最广的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，可任选其一种。
抗氧剂，为二盐基亚磷酸铅，对聚丙烯胫具有突出的加工稳定性和长效保护作用，看有效抑制塑料的热降解和氧化降解。
紫外线吸收剂，也可用光屏蔽剂、猝灭剂、自由基捕获剂中的一种来代替：紫外线吸收剂常用羟基二苯甲酮或羟苯基苯并三唑这两类中的一类，以上列举的添加剂中任何一种的添加量，它是种性能卓越的高效防老化助剂，为产品提供了良好的光稳定效果，增强产品在阳光下的抗紫外线能力。
钛白粉，主要有两种结晶型态：锐钛型（A型）和金红石型（R型），可选用其一也可混合使用。金红石型钛白粉的耐候性要好于锐钛型钛白粉，应优先选用金红石型。钛白粉的作用是：加入到制品原料中去后，可以显著提高制品的耐热、耐光、耐候性，使得制品的物理化学性能得到改善，增强制品的机械强度，延长使用寿命。钛白粉还是一种很好的白色无机颜料，在做白色制品时，还是一种主要添加颜料。
着色剂，可分为染料、颜料。染料和颜料可混合使用。颜料分为有机颜料和无机颜料两大类，有机颜料颜色鲜艳，由于耐光、耐候性能差而至容易褪色，适合在户内使用；无机颜料的添加量较大，但耐光、耐候性能好，不容易褪色，在户外使用时较多。这两种色粉可根据使用环境的不同，选择其中一种，也可以混合使用。添加量的大小，视颜料的纯度和制品颜色深浅的要求而定。
以上各种物料的使用，也可用具有同等性能的其它材料来代替，其配比也可适度调节，填充物过多可降低成本，但产品性能会下降，每种原料的比例变动，或原料的性能及纯度差异，都会影响到其它加工助剂的合理比例。例如，物料间的摩擦会产生热能，促进塑化，但摩擦过大时，产品的流动性会降低，这就需要添加润滑剂，以减少物料间和物料与机械间的摩擦；反之，润滑过度，就减少物料间的摩擦，进而影响塑化。总之，物料受质量、纯度等差异影响时，其中一项的比例改变超过了一个范围时，其它的物料比例也要随之调整，最终要达到一个理想的平衡状态，才能保证生产的正常。
本发明PE木塑复合材料型材的生产方法，包括如下工艺步骤：PE木塑复合材料的加工可以分为一步法和两步法两种加工工艺：
（1）混和原料，混料可分为热混和冷混两个阶段。第一步热混，把各种原料及色粉按比例放在高速混料机（一般采用机械型号为1000*500高低双速混料机，也可根据产能需要选用更大或更小型号）进行热混，充分混合15-20分钟，在温度达到115-120度时改成低速混料，持续10-15分钟（时间可根据情况适当调整），让水分充分蒸发，让物料充分混合和初步塑化。第二步冷混，热混后的物料输送到冷混机进行冷混，物料在冷混机内冷却水盘管的冷却下进行降温，待温度低于90度时，即完成混料工作。
（2）挤出型材，经混合好的原料进入双螺杆挤出机，挤出机的型号，根据产品型材规格的大小来确定，以45机、51机、65机、80机和92（指螺杆小头的直径）机为主。在挤出机内，原料在料筒电加热和物料磨擦产生热能的双重高温下，逐步融化，并且在双螺杆的转动剪切下进行充分塑化后变成熔体状态。在螺杆的出料口，加装木塑复合材料型材的挤出类模具，此模具内腔属于一个半封闭的容器状态，其两端开口，其中一段为原料进口，另一端为型材出口。熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，从模具的进料口进入模具，在流经模具的过程中被挤压成型，并在模具后端的冷却水作用下定型，定型后的型材在牵引机的作用下，连续前行并用自动锯锯成成品。
本发明PE木塑复合材料型材的生产方法生产的木塑型材，物料的塑化过程是一次性的，对螺杆的剪切和塑化能力要求较高，塑化不好时，制品的机械性能会下降，且影响表面观感。
本发明PE木塑复合材料型材的另外一种生产方法，包括如下工艺步骤：
（1）混和原料，混料可分为热混和冷混两个阶段。第一步—热混，把各种原料和色粉按比例放在高速混料机（一般采用机械型号为1000*500高低双速混料机，也可根据产能需要选用更大或更小型号）进行热混，充分混合15-20分钟，在温度达到115-120度时改成低速混料，持续10-15分钟（时间可根据情况适当调整），让水分充分蒸发，让物料充分混合和初步塑化。第二步—冷混，热混后的物料输送到冷混机进行冷混，物料在冷混机内冷却水盘管的冷却下进行降温，待温度低于90度时，即完成混料工作。
（2）制造原料造粒，混合好的原料进入双螺杆造粒机（一般采用木塑80锥形逆向双螺杆造粒机或平行双螺杆造粒机，也可根据产能要求选择其它型号）进行塑化制成颗粒。根据产成品对颜色的要求，在前段混料过程添加不同颜色的色粉，就会产出不同颜色的颗粒。
（3）挤出型材，把造好的原料颗粒加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机常用45（指螺杆小头直径）机、51机、65机、80机、92机。在挤出机内，原料在料筒电加热和物料磨擦产生热能的双重高温下，逐步融化，并且在双螺杆的转动剪切下进行充分塑化后变成熔体状态。在螺杆的出料口，加装木塑复合材料型材的挤出模具。此模具内腔属于一个半封闭的容器状态，其两端开口，其中一段为原料进口，另一端为型材出口。熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，从模具的进料口进入模具，在流经模具的过程中被挤压成型，熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，流经模具后成型，并在模具后端的冷却水作用下定型，定型后的型材在牵引机的作用下，连续前行并用自动锯锯成成品。
本发明PE木塑复合材料型材的生产方法生产的木塑型材，物料聚合紧密，韧性更强，光泽度更好。
经检测：PE木塑复合材料型材密度在1.3左右，产品内部没有发泡结构。
本发明PE木塑复合材料型材的生产方法具有以下优点：1、可生产任意长度的PE木塑复合材料型材；2、可任意设计复杂的和中空的型材造型，极大地拓展了木塑复合材料的使用空间；3、大范围替代了建筑装饰工程中使用的木材，让人们既能享用到木质装修带来的亲近自然的温馨空间，又不会对森林资源造成破坏。
本发明PE木塑复合材料型材产品具有如下优点：防水，防虫，不锈蚀，易加工，安装简单，使用安全，可塑性强，节能环保，物美价廉，装饰及使用效果好，不含甲醛、苯等有毒物质；并且，尺寸变化率小、加热后状态稳定、吸水率小的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于实施例。
实施例1：制备PE木塑复合材料型材
原料：木粉70份、聚乙烯50份、碳酸钙粉20份、硬脂酸1份、硬脂酸钙1.5份、PE蜡1.5份、偶联剂3份、抗氧剂2份、紫外线吸收剂2份，钛白粉12份。
制造方法包括如下工艺步骤：
（1）混和原料，混料可分为热混和冷混两个阶段：第一步热混，把各种原料及色粉按比例放在高速混料机，采用机械型号为1000*500高低双速混料机，进行热混，充分混合20分钟，在温度达到120℃时改成低速混料，持续15分钟，让水分充分蒸发，让物料充分混合和初步塑化；第二步冷混，热混后的物料输送到冷混机进行冷混，物料在冷混机内冷却水盘管的冷却下进行降温，待温度低于90℃时，即完成混料工作。
（2）挤出型材，经混合好的原料进入双螺杆挤出机，挤出机的型号，根据产品型材规格的大小来确定，以螺杆小头的直径92机；在挤出机内，原料在料筒电加热和物料磨擦产生热能的双重高温下，逐步融化，并且在双螺杆的转动剪切下进行充分塑化后变成熔体状态。在螺杆的出料口，加装木塑复合材料型材的挤出类模具，此模具内腔属于一个半封闭的容器状态，其两端开口，其中一段为原料进口，另一端为型材出口；熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，从模具的进料口进入模具，在流经模具的过程中被挤压成型，并在模具后端的冷却水作用下定型，定型后的型材在牵引机的作用下，连续前行并用自动锯锯成成品。
实施例2：制备PE木塑复合材料型材
原料：木粉10份、聚乙烯20份、碳酸钙粉3份、硬脂酸0.1份、硬脂酸钙0.4份、PE蜡0.1份、偶联剂0.5份、抗氧剂0.5份、紫外线吸收剂0.05份，钛白粉3份。
制造方法包括如下工艺步骤：
（1）混和原料，混料可分为热混和冷混两个阶段：第一步热混，把各种原料和色粉按比例放在高速混料机，一般采用机械型号为1000*500高低双速混料机，也可根据产能需要选用更大或更小型号进行热混，充分混合15分钟，在温度达到115℃时改成低速混料，持续10分钟，让水分充分蒸发，让物料充分混合和初步塑化；第二步冷混，热混后的物料输送到冷混机进行冷混，物料在冷混机内冷却水盘管的冷却下进行降温，待温度低于90℃时，即完成混料工作。
（2）制造原料造粒，混合好的原料进入双螺杆造粒机，采用木塑80锥形逆向双螺杆造粒机或平行双螺杆造粒机，进行塑化制成颗粒，根据产品对颜色的要求，在前段混料过程添加不同颜色的色粉，就会产出不同颜色的颗粒。
（3）挤出型材，把造好的原料颗粒加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机常用螺杆小头直径45机，在挤出机内，原料在料筒电加热和物料磨擦产生热能的双重高温下，逐步融化，并且在双螺杆的转动剪切下进行充分塑化后变成熔体状态，在螺杆的出料口，加装木塑复合材料型材的挤出模具；此模具内腔属于一个半封闭的容器状态，其两端开口，其中一段为原料进口，另一端为型材出口，熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，从模具的进料口进入模具，在流经模具的过程中被挤压成型，熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，流经模具后成型，并在模具后端的冷却水作用下定型，定型后的型材在牵引机的作用下，连续前行并用自动锯锯成成品。
实施例3：制备PE木塑复合材料型材
原料：木粉55份、聚乙烯34份、碳酸钙粉6份、硬脂酸0.37份、硬脂酸锌0.3份、PE蜡0.3份、偶联剂1.5份、抗氧剂1份、紫外线吸收剂0.3份，钛白粉8份。
制造方法，包括如下工艺步骤：
（1）混和原料，混料可分为热混和冷混两个阶段：第一步热混，把各种原料和色粉按比例放在高速混料机，一般采用机械型号为1000*500高低双速混料机，也可根据产能需要选用更大或更小型号进行热混，充分混合16分钟，在温度达到117℃时改成低速混料，持续12分钟，让水分充分蒸发，让物料充分混合和初步塑化；第二步冷混，热混后的物料输送到冷混机进行冷混，物料在冷混机内冷却水盘管的冷却下进行降温，待温度低于90℃时，即完成混料工作；
（2）制造原料造粒，混合好的原料进入双螺杆造粒机，采用木塑80锥形逆向双螺杆造粒机或平行双螺杆造粒机，进行塑化制成颗粒，根据产品对颜色的要求，在前段混料过程添加不同颜色的色粉，就会产出不同颜色的颗粒；
（3）挤出型材，把造好的原料颗粒加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机常用螺杆小头直径65机，在挤出机内，原料在料筒电加热和物料磨擦产生热能的双重高温下，逐步融化，并且在双螺杆的转动剪切下进行充分塑化后变成熔体状态，在螺杆的出料口，加装木塑复合材料型材的挤出模具；此模具内腔属于一个半封闭的容器状态，其两端开口，其中一段为原料进口，另一端为型材出口，熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，从模具的进料口进入模具，在流经模具的过程中被挤压成型，熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，流经模具后成型，并在模具后端的冷却水作用下定型，定型后的型材在牵引机的作用下，连续前行并用自动锯锯成成品。
对比性试验：经检测本发明实施例1、2、3制备的PE木塑复合材料型材，具有尺寸变化率小、加热后状态稳定、吸水率小的优点，其中实施例3制备PE木塑复合材料型材质量最优。
Claims (4)
1.一种PE木塑复合材料型材，其特征在于由如下重量份的原料制成：木粉10-70份、聚乙烯20-50份、碳酸钙粉或滑石粉3-20份、硬脂酸或硬脂酸正丁酯0.1-1份、硬脂酸钙或硬脂酸铅或硬脂酸钡或硬脂酸镉或硬脂酸镧或硬脂酸锌中的一种或一种以上的组合0.4-1.5份、PE蜡或氧化聚乙烯蜡OPE或石蜡0.1-1.5份、偶联剂0.5-3份、抗氧剂0.5-2份、紫外线吸收剂或光屏蔽剂或猝灭剂或自由基捕获剂0.05-2份，钛白粉3-12份；
以上原料均为市售产品，其中：
所述木粉，可选自竹粉、果壳粉、秸秆粉或其它植物纤维粉末，粒度为50-120目；
所述碳酸钙粉，或滑石粉，粒度为400-1000目；
所述硬脂酸，或硬脂酸正丁酯，作为润滑剂；
所述硬脂酸锌，也可以用硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸镉、硬脂酸镧、其中的一种来代替或多种兼用，作为润滑剂，在物料的加工流动过程中，起到物料间和物料与机械间的摩擦润滑作用；
所述偶联剂，为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、铬络合物马来酸酐接枝PE中的任一种；
所述抗氧剂：为二盐基亚磷酸铅；
所述紫外线吸收剂，为羟基二苯甲酮或羟苯基苯中的一种。
2.如权利要求1所述的PE木塑复合材料型材，其特征在于由如下重量份的原料制成：木粉55份、聚乙烯34份、碳酸钙粉6份、硬脂酸0.37份、硬脂酸锌0.3份、PE蜡0.3份、偶联剂1.5份、抗氧剂1份、紫外线吸收剂0.3份，钛白粉8份。
3.如权利要求1或2所述的PE木塑复合材料型材的制造方法，其特征在于包括如下工艺步骤：
（1）混和原料，混料可分为热混和冷混两个阶段：第一步热混，把各种原料及色粉按比例放在高速混料机，采用机械型号为1000*500高低双速混料机，进行热混，充分混合15-20分钟，在温度达到115-120℃时改成低速混料，持续10-15分钟，让水分充分蒸发，让物料充分混合和初步塑化；第二步冷混，热混后的物料输送到冷混机进行冷混，物料在冷混机内冷却水盘管的冷却下进行降温，待温度低于90℃时，即完成混料工作；
（2）挤出型材，经混合好的原料进入双螺杆挤出机，挤出机的型号，根据产品型材规格的大小来确定，以螺杆小头的直径45机、51机、65机、80机或92机；在挤出机内，原料在料筒电加热和物料磨擦产生热能的双重高温下，逐步融化，并且在双螺杆的转动剪切下进行充分塑化后变成熔体状态；在螺杆的出料口，加装木塑复合材料型材的挤出类模具，此模具内腔属于一个半封闭的容器状态，其两端开口，其中一段为原料进口，另一端为型材出口；熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，从模具的进料口进入模具，在流经模具的过程中被挤压成型，并在模具后端的冷却水作用下定型，定型后的型材在牵引机的作用下，连续前行并用自动锯锯成成品。
4.如权利要求1或2所述的PE木塑复合材料型材的制造方法，其特征在于包括如下工艺步骤：
（1）混和原料，混料可分为热混和冷混两个阶段：第一步热混，把各种原料和色粉按比例放在高速混料机，一般采用机械型号为1000*500高低双速混料机，也可根据产能需要选用更大或更小型号进行热混，充分混合15-20分钟，在温度达到115-120℃时改成低速混料，持续10-15分钟，让水分充分蒸发，让物料充分混合和初步塑化；第二步冷混，热混后的物料输送到冷混机进行冷混，物料在冷混机内冷却水盘管的冷却下进行降温，待温度低于90℃时，即完成混料工作；
（2）制造原料造粒，混合好的原料进入双螺杆造粒机，采用木塑80锥形逆向双螺杆造粒机或平行双螺杆造粒机，进行塑化制成颗粒，根据产品对颜色的要求，在前段混料过程添加不同颜色的色粉，就会产出不同颜色的颗粒；
（3）挤出型材，把造好的原料颗粒加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机常用螺杆小头直径45机、51机、65机、80机或92机，在挤出机内，原料在料筒电加热和物料磨擦产生热能的双重高温下，逐步融化，并且在双螺杆的转动剪切下进行充分塑化后变成熔体状态，在螺杆的出料口，加装木塑复合材料型材的挤出模具；此模具内腔属于一个半封闭的容器状态，其两端开口，其中一段为原料进口，另一端为型材出口，熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，从模具的进料口进入模具，在流经模具的过程中被挤压成型，熔体状态的物料在螺杆转动产生的高压下，流经模具后成型，并在模具后端的冷却水作用下定型，定型后的型材在牵引机的作用下，连续前行并用自动锯锯成成品。
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