CN103627080A - 一种木塑材料及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种木塑材料及其制备方法。该木塑材料由包括以下重量份的组分制成：热塑性塑料50~90份、木粉10~50份、增容剂2~12份、硬脂酸2~10份、石蜡0.6~1份。本发明采用双螺杆挤出制备木塑复合材料，在配方中加入少量的增容剂，通过反应挤出可以简单快捷的制备木塑复合材料，可以克服双辊开炼法制备木塑材料的成本高、所需设备多等缺点，极大的降低复合材料的成本及加工周期，同时还可以制备出性能较优的木塑材料，满足市场的实际需求。

Description

一种木塑材料及其制作方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种木塑材料及其制备方法。
背景技术
近年来，木塑复合材料引起了科技界和工业界的极大关注，其原因是：世界上大多数国家因战后的五、六十年代乱砍滥伐造成森林资源缺乏，木材的供应量减少；人们已经认识到森林在保护环境，维持生态平衡中的重要作用，很多国家都已明令禁止森林的砍伐，随着经济的发展，木材的需求量又在不断增加；同时木材的综合使用率相当低，浪费较大，尤其在我国，仅废弃的木屑每年就有200万吨左右，造成一定程度的环境污染。因此，自七十年代以来，高分子材料科技工作者及工业界一直在作不懈的努力，进行“以塑代木’.的研究和开发工作。
木塑材料的基体通常选择聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等热塑性塑料，新料、回收料均可，但是PP等热塑性塑料结构中具有明显的非极性，而作为填充物的木粉结构中存在大量的羟基，是极性的，加工时使得木粉难以分散在塑料中。同时两者复合时，界面强度较差，从而消弱了复合材料的力学性能。
为了解决木粉与热塑性塑料之间的相容性，常常在配方中加入少量的增容剂，改善两相间的界面强度，从而提高复合材料的力学性能。
目前大多木粉与热塑性塑料混合制备木塑复合材料的方法大多为：在双辊开炼机上先将热塑性塑料熔融，然后加入木粉进行塑炼，拉成片，再将物料片分割成小片，于一定温度下在压机上压制成型，再用裁样机裁成样条。本发明采用双螺杆挤出制备木塑复合材料，在配方中加入少量的增容剂，通过反应挤出可以简单快捷的制备木塑复合材料，可以克服双辊开炼法制备木塑材料的成本高、所需设备多等缺点，极大的降低复合材料的成本及加工周期，同时还可以制备出性能较优的木塑材料，满足市场的实际需求。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的缺陷而提供一种木塑材料及其制备方法。本发明的配方中包含少量的增容剂，改善两相间的界面强度，从而提高复合材料的力学性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种木塑材料，由包括以下重量份的组分制成：
热塑性塑料  50~90份，
木粉        10~50份，
增容剂      2~12份，
硬脂酸      2~10份，
石蜡        0.6~1份。
所述的热塑性塑料为聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）。
所述的木粉的目数为60~100，优选为100目。
所述的木粉为意杨木粉。
所述的增容剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶（EPDM-g-MAH）、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS-g-MAH）或马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）。
一种上述木塑材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将木粉于100~120℃的烘箱中干燥处理8~16h；
（2）按上述配比称取重量份为50~90份的热塑性塑料，10~50份干燥的木粉，2~12份的增容剂，2~10份的硬脂酸和0.6~1份的石蜡；将干燥的木粉与热塑性塑料、增容剂、硬脂酸、石蜡混合均匀；
（3）将步骤（2）得到的混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒；
（4）将步骤（3）制得的粒料于100~120℃烘箱中干燥8~16h。
所述的步骤（2）中的混合设备为高速混合机，混合时间为3~7min；混合温度为室温。
所述的步骤（3）双螺杆挤出机中熔融挤出的挤出温度为160~180℃。
注塑机制备标准样条的条件为：温度为185~195℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、在配方中加入少量的增容剂，改善两相间的界面强度，从而提高复合材料的力学性能。
2、反应挤出可以简单快捷的制备木塑复合材料，可以克服双辊开炼法制备木塑材料的成本高、所需设备多等缺点，极大的降低复合材料的成本及加工周期，同时还可以制备出性能较优的木塑材料，满足市场的实际需求。
具体实施方式
现结合以下的优选实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于100℃的烘箱中干燥处理16h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、2份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合3min，混合均匀；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于100℃烘箱中干燥16h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试，性能测试结果见表1。
实施例2
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、4份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合5min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试，性能测试结果见表1。
实施例3
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于120℃的烘箱中干燥处理8h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、6份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合7min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于120℃烘箱中干燥8h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
实施例4
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、8份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合7min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
实施例5
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、10份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合7min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃；
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
实施例6
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、12份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合7min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
实施例7
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、10份增容剂马来酸酐接枝三元乙丙橡胶（EPDM-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合7min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
实施例8
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、10份增容剂马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS-gMAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合5min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
实施例9
（1）将尺寸为60目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、10份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合5min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
实施例10
（1）将尺寸为80目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、10份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合5min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
对照实施例
（1）将尺寸为100目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将50份干燥的木粉与50份聚丙烯（PP）、10份硬脂酸和1份石蜡在高速混合机中混合5min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
将步骤（4）得到的干燥的粒料经过注塑机制备标准样条，测其性能，其中注塑机各段温度分别为：温度1为190℃、温度2为190℃、温度3为185℃。
拉伸性能按照标准GB/T 1040-2006测试，弯曲性能按照标准GB/T 1042-2000测试，简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T 1843-1993测试。
表1木塑材料性能
  性能指标   拉伸强度/MPa   弯曲强度/MPa   弯曲模量/GPa   冲击强度/K·m-2
  实施例1   25.41   45.12   2.18   5.34
  实施例2   28.03   49.43   2.35   5.77
  实施例3   30.25   51.76   2.41   6.18
  实施例4   31.76   52.33   2.43   6.52
  实施例5   32.48   52.92   2.45   6.81
  实施例6   31.98   52.76   2.39   7.19
  实施例7   28.78   43.34   2.32   6.75
  实施例8   26.61   42.76   2.28   5.64
  实施例9   26.78   46.02   2.17   6.12
  实施例10   28.49   49.38   2.30   6.49
  对照实施例   20.32   31.69   1.62   4.86
从表1中实施例1-6和对照实施例可以看出，在增容剂PP-g-MAH含量2-10%范围内，随着PP-g-MAH含量的增加，木塑材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量逐渐上升，在含量为10%的时都达到最大值；当增容剂含量为12%时，木塑材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均稍有下降。而木塑材料的简支梁缺口冲击强度随着增容剂PP-g-MAH含量的增加不断增加。综上说明，增容剂的加入，可以很好地增加木粉与聚丙烯（PP）两相的界面结合力，从而提高了力学性能。
从表1中实施例5、7和8可以看出，在其他条件不变的情况下，加入相同量的增容剂，制得的木塑材料的力学性能有较大不同，增容剂PP-g-MAH效果最佳，EPDM-g-MAH次之，SEBS-g-MAH最差，说明增容的结构对木粉与聚丙烯间相容性影响很大。
从表1中实施例5、9和10可以看出，在其他条件不变的情况下，加入相同量的不同尺寸的木粉：60目、80目和100目，制得的木塑材料的力学性能有较大不同，100目木粉效果最佳，80目木粉次之，60目木粉最差，说明木粉的尺寸对木塑材料的力学性能影响很大。
实施例11
（1）将尺寸为60目的意杨木粉于100℃的烘箱中干燥处理16h；
（2）然后将10份干燥的木粉与90份聚丙烯（PP）、2份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、2份硬脂酸和0.6份石蜡在高速混合机中混合3min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于100℃烘箱中干燥16h。
实施例12
（1）将尺寸为70目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将20份干燥的木粉与80份聚乙烯（PE）、4份增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、4份硬脂酸和0.7份石蜡在高速混合机中混合4min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
实施例13
（1）将尺寸为80目的意杨木粉于120℃的烘箱中干燥处理8h；
（2）然后将30份干燥的木粉与70份聚丙烯（PP）、6份增容剂马来酸酐接枝三元乙丙橡胶（EPDM-g-MAH）、6份硬脂酸和0.8份石蜡在高速混合机中混合5min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于120℃烘箱中干燥8h。
实施例14
（1）将尺寸为90目的意杨木粉于110℃的烘箱中干燥处理12h；
（2）然后将40份干燥的木粉与60份聚乙烯（PE）、8份增容剂马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS-g-MAH）、8份硬脂酸和0.9份石蜡在高速混合机中混合6min；
（3）将上述混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，挤出机各段温度分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃。
（4）将上述粒料于110℃烘箱中干燥12h。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种木塑材料，其特征在于：由包括以下重量份的组分制成：
热塑性塑料    50~90份，
木粉          10~50份，
增容剂        2~12份，
硬脂酸        2~10份，
石蜡          0.6~1份。
2.根据权利要求1所述的木塑材料，其特征在于：所述的热塑性塑料为聚丙烯或聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的木塑材料，其特征在于：所述的木粉的目数为60~100，优选为100目。
4.根据权利要求1所述的木塑材料，其特征在于：所述的木粉为意杨木粉。
5.根据权利要求1所述的木塑材料，其特征在于：所述的增容剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物或马来酸酐接枝聚丙烯。
6.一种上述权利要求1-5中任一所述的木塑材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）将木粉于100~120℃的烘箱中干燥处理8~16h；
（2）按权利要求1所述的配比称取重量份为50~90份的热塑性塑料，10~50份干燥的木粉，2~12份的增容剂，2~10份的硬脂酸和0.6~1份的石蜡；将干燥的木粉与热塑性塑料、增容剂、硬脂酸、石蜡混合均匀；
（3）将步骤（2）得到的混合料在双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒；
（4）将步骤（3）制得的粒料于100~120℃烘箱中干燥8~16h。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的混合设备为高速混合机，混合时间为3~7min；混合温度为室温。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）双螺杆挤出机中熔融挤出的挤出温度为160~180℃。
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CN109206713A (zh) * 2018-08-30 2019-01-15 天津职业技术师范大学 一种含杨木粉的回收高密度聚乙烯复合材料的制备方法及应用
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