CN103753787B - 一种用于门窗的木塑复合材料的制备方法 - Google Patents

一种用于门窗的木塑复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于门窗的木塑复合材料的制备方法，包括：将植物纤维粉碎成纤维粉料，在120‑150℃下加热干燥5‑10小时，冷却降温至室温，加入偶联剂再升温至120‑150℃进行表面改性；将玻璃纤维加热干燥，加入分散剂和偶联剂在80‑120℃进行表面改性；将热塑性塑料进行清理，彻底烘干，再进行造粒；在木纤维、玻璃纤维以及热塑性塑料中加入稳定剂、增韧剂、增塑剂以及无机填料并混合均匀，其中：混合温度为25℃，混合时间为120s；挤出造粒，形成新的木塑再生料。实施本发明的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，能够提高木塑复合材料的强度和韧性、降低吸水率和收缩膨胀率；进一步能够减少环境污染，生态环保。

Description

一种用于门窗的木塑复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及门窗制造领域，尤其涉及一种用于门窗的木塑复合材料的制备方法。
背景技术
现有技术中用于门窗的型材，通常使用单一材料制作而成，其在保温性能、防潮，耐酸碱，抗静电以及防虫蛀等性能不佳，极少数使用复合材料制作的型材在强度、韧度、吸水率以及收缩膨胀率上也不够理想，因材料使用不当，会导致型材结构设计问题，比如：结构复杂、成本高，部件与部件之间容易发生损坏和磨损，且在安装过程中，需要额外的安装工具进行装配，装配过程繁琐，稳固性能不好等问题。此外，现有型材所使用的材料在制备工艺会引发环境污染，不利于生态环保。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于门窗的木塑复合材料的制备方法，能够提高木塑复合材料的强度和韧性、降低吸水率和收缩膨胀率；进一步能够减少环境污染，生态环保。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于门窗的木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将植物纤维粉碎成纤维粉料，在120-150℃下加热干燥5-10小时，冷却降温至室温，加入偶联剂再升温至120-150℃进行表面改性，形成木纤维；将玻璃纤维加热干燥，加入分散剂和偶联剂在80-120℃进行表面改性，形成玻璃纤维；将热塑性塑料进行清理，彻底烘干，再进行造粒，形成热塑性塑料；步骤S2，在木纤维、表面改性后的玻璃纤维以及造粒后的热塑性塑料中加入稳定剂、增韧剂、增塑剂以及无机填料并混合均匀，其中：混合温度为25℃，混合时间为120s；步骤S3，挤出造粒，形成新的木塑再生料，其中：所述步骤S1-步骤S3中所使用各物料的重量比为：25份植物纤维，1份偶联剂在纤维粉料表面改性之前和在所述玻璃纤维表面改性之前的步骤中，5份表面改性之前的玻璃纤维，0.2份分散剂，50份造粒后的热塑性塑料，2份稳定剂，2份增韧剂，0.4份增塑剂，20份无机填料。
其中，还包括以下步骤：步骤S4，将木塑再生料在锥形双螺杆挤出机中通过模具挤出型材，型坯出口模后冷却定型，其中：模具的温度为160℃。
其中，步骤S4使用锥形双螺杆挤出机挤出，锥形双螺杆挤出机的螺杆速度转速15rpm，机筒温度为165-180℃。
其中，步骤S1中粉碎植物纤维为纤维粉料的粒径在20-120目之间。
其中，植物纤维包括木粉、秸秆、竹片、棉花硬壳或稻糠。
其中，表面改性后的玻璃纤维的直径大于10μm，长度的取值范围在100μm-3mm之间。
其中，分散剂为聚氧乙烯化衍生物，偶联剂为硅烷偶联剂。
其中，稳定剂为钙锌复合稳定剂，增韧剂为氯化聚乙烯，增塑剂为丙稀酸脂类高分子共聚物，无机填料为碳酸钙粉、滑石粉或高岭土。
其中，在步骤S2混合均匀过程中还需加入十八烷酸、聚乙烯蜡、环氧大豆油、色粉颜料以及抗氧剂，其中：聚乙烯蜡、环氧大豆油、色粉颜料以及抗氧剂的重量比为1：1：4：1。
本发明所提供的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，在制成的木纤维、玻璃纤维以及热塑性塑料中加入稳定剂、增韧剂、增塑剂以及无机填料并混合均匀能够形成新的木塑再生料，木塑再生料通过模具挤出型材，型坯出口模后冷却定型成所需的复合材料，与传统复合材料相比，所制成复合材料的强度和韧性均有所提高、吸水率下降，收缩膨胀率小，由于使用回收的塑料粒子和植物纤维作为原材料，能够减少环境污染，利于生态环保；易于控制成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明用于门窗的木塑复合材料的制备方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合参见图1，为本发明用于门窗的木塑复合材料的制备方法的实施例。
本实施例中用于门窗的木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，将植物纤维粉碎成纤维粉料，在120-150℃下加热干燥5-10小时，冷却降温至室温，加入偶联剂再升温至120-150℃进行表面改性，形成木纤维；将玻璃纤维加热干燥，加入分散剂和偶联剂在80-120℃进行表面改性，形成玻璃纤维；将热塑性塑料进行清理，彻底烘干，再进行造粒，形成热塑性塑料；
步骤S2，在木纤维、玻璃纤维以及热塑性塑料中加入稳定剂、增韧剂、增塑剂以及无机填料并混合均匀，其中：混合温度为25℃，混合时间为120s；
步骤S3，挤出造粒，形成新的木塑再生料。
具体实施时，步骤S1分别包括了木纤维、玻璃纤维以及热塑性塑料的制备，其制备过程如下。热塑性塑料的制备的主要采用废弃的聚乙烯或聚丙烯材料，常见的如PP、PE和PVC材料，通过加工上述材料，可将目前尚不能形成规模处理的废旧塑料材料变为高附加值的原材料以供后续使用。其制备过程包括以下步骤：
步骤S111，将热塑性塑料进行清理；
步骤S112，彻底烘干；
步骤S113，造粒，形成热塑性塑料以备使用。
进一步的，木纤维的制备的主要满足能够将植物纤维粉碎成20-120目的纤维粉料，具体实施时，能够粉碎制成粉料的植物纤维包括木粉、秸秆、竹片、棉花硬壳或稻糠等。其制备过程包括以下步骤：
步骤S121，将植物纤维粉碎成纤维粉料，；
步骤S122，在120-150℃下加热干燥5-10小时，冷却降温至室温；
步骤S123，加入偶联剂再升温至120-150℃进行表面改性，形成木纤维，其中：偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三氯硅烷。
本实施例中，粉碎植物纤维为纤维粉料的粒径在20-120目之间的作用是：由于要求木、塑混合物有一定的流动性才能够顺利地从挤出机出料，故这种方法一般不另加树脂进行胶合，而是靠塑料成熔融状与木材纤维的交联。木塑复合材料对于温度与物料在机筒内停留时间和机头压力都有严格要求。温度过高或停留时间过长会烧糊木粉，破坏制品外观；温度过低或停留时间过短，会使塑化效果不好。
进一步的，玻璃纤维的制备主要通过筛选直径大于10μm，长度取值范围在100μm-3mm之间的玻璃纤维为原料，改性后通过其与其他原材料的混合加工以增强复合材料的强度。这其中，玻璃纤维也可以从一些固体废弃物中进行筛选，除了起到有效利用资源的作用，还可以产生较高附加价值的作用。其制备过程包括以下步骤：
步骤S131，玻璃纤维的筛选；
步骤S132，玻璃纤维加热干燥；
步骤S133，加入分散剂和偶联剂在80-120℃进行表面改性，形成玻璃纤维，其中：分散剂为聚氧乙烯化衍生物，偶联剂为硅烷偶联剂。
由上述木纤维、玻璃纤维以及热塑性塑料的制备过程可知，本技术方案所采用的原料是用较低的成本将我国目前尚不能形成规模处理的废旧材料变为高附加值的替代品，将废旧木材及农作物秸秆再利用，也减少了对环境的污染。利用农林木产品工剩余物等生产塑木复合材料，不仅有利于固体废弃物的资源化和高价值化，也有利于环境保护和节能。
进一步的，木纤维、玻璃纤维以及热塑性塑料制备完成后，执行步骤S2，在木纤维、玻璃纤维以及热塑性塑料中加入稳定剂、增韧剂、增塑剂以及无机填料并混合均匀，其中：混合温度为25℃，混合时间为120s；步骤S3，挤出造粒，形成新的木塑再生料。其中：稳定剂为钙锌复合稳定剂，增韧剂为氯化聚乙烯，增塑剂为丙稀酸脂类高分子共聚物，无机填料为碳酸钙粉、滑石粉或高岭土。
在具体实施上述混合均匀的过程中，还需加入十八烷酸、聚乙烯蜡、环氧大豆油、色粉颜料以及抗氧剂等原料，其中：聚乙烯蜡、环氧大豆油、色粉颜料以及抗氧剂的重量比为1：1：4：1。
紧接着，执行步骤S4，将木塑再生料在锥形双螺杆挤出机中通过模具挤出型材，型坯出口模后冷却定型，其中：模具的温度为160℃。其中，锥形双螺杆挤出机的螺杆速度转速15rpm，机筒温度为165-180℃。
以下具体说明使用本制备方法所使用各物料的重量比及所制成的木塑复合材料的力学性能：
实施例1：50份热塑性塑料(PE)，25份植物纤维，20份无机填料，1份偶联剂，2份稳定剂。所制成的木塑材料的弯曲强度为35MPa，冲击强度为16kJ/m2。
实施例2：50份热塑性塑料(PVC)，25份植物纤维，20份无机填料，1份偶联剂，2份稳定剂。所制成的木塑材料的弯曲强度为32MPa，冲击强度为18kJ/m2。
实施例3：50份热塑性塑料(PVC)，25份植物纤维，5份玻璃纤维(玻璃纤维的长度取值在100μm-2mm之间)，20份无机填料，1份偶联剂，2份稳定剂。所制成的木塑材料的弯曲强度为53MPa，冲击强度为24kJ/m2。
实施例4：50份热塑性塑料(PVC)，25份植物纤维，5份玻璃纤维(玻璃纤维的长度取值在1mm-3mm之间)，20份无机填料，1份偶联剂，2份稳定剂。所制成的木塑材料的弯曲强度为56MPa，冲击强度为29kJ/m2。
由上述实施例1-实施例4的对比可知，添加有玻璃纤维的复合材料，其抗弯强度和抗冲击性能明显提升，且其强度随玻璃纤维长度的增加而增强。
综上，本发明给出用于门窗的木塑复合材料的制备方法所使用各物料的重量比，具体为：25份植物纤维，1份偶联剂，5份玻璃纤维，0.2份分散剂，50份热塑性塑料，2份稳定剂，2份增韧剂，0.4份增塑剂，20份无机填料，聚乙烯蜡、环氧大豆油、色粉颜料以及抗氧剂的重量比分别0.5份，0.5份，2份和0.5份。该配比能够在使用现有机械设备和不增加流程工艺的基础上，提升制成材料的抗弯强度和抗冲击性能，且不额外增加成本。
实施本发明的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，具有如下有益效果：在制成的木纤维、玻璃纤维以及热塑性塑料中加入稳定剂、增韧剂、增塑剂以及无机填料并混合均匀能够形成新的木塑再生料，木塑再生料通过模具挤出型材，型坯出口模后冷却定型成所需的复合材料，与传统复合材料相比，所制成复合材料的强度和韧性均有所提高、吸水率下降，收缩膨胀率小，由于使用回收的塑料粒子和植物纤维作为原材料，能够减少环境污染，利于生态环保；易于控制成本。

Claims (9)

1.一种用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将植物纤维粉碎成纤维粉料，在120-150℃下加热干燥5-10小时，冷却降温至室温，加入偶联剂再升温至120-150℃进行表面改性，形成木纤维；将玻璃纤维加热干燥，加入分散剂和偶联剂在80-120℃进行表面改性，形成玻璃纤维；将热塑性塑料进行清理，彻底烘干，再进行造粒，形成热塑性塑料；
步骤S2，在所述木纤维、表面改性后的玻璃纤维以及造粒后的热塑性塑料中加入稳定剂、增韧剂、增塑剂以及无机填料并混合均匀，其中：混合温度为25℃，混合时间为120s；
步骤S3，挤出造粒，形成新的木塑再生料,其中：所述步骤S1-步骤S3中所使用各物料的重量比为：25份植物纤维，1份偶联剂在纤维粉料表面改性之前和在所述玻璃纤维表面改性之前的步骤中，5份表面改性之前的玻璃纤维，0.2份分散剂，50份造粒后的热塑性塑料，2份稳定剂，2份增韧剂，0.4份增塑剂，20份无机填料。
2.如权利要求1所述的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤S4，将所述木塑再生料在锥形双螺杆挤出机中通过模具挤出型材，型坯出口模后冷却定型，其中：所述模具的温度为160℃。
3.如权利要求2所述的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4使用锥形双螺杆挤出机挤出，所述锥形双螺杆挤出机的螺杆速度转速15rpm，机筒温度为165-180℃。
4.如权利要求1所述的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中粉碎植物纤维为纤维粉料的粒径在20-120目之间。
5.如权利要求1所述的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述植物纤维包括木粉、秸秆、竹片、棉花硬壳或稻糠。
6.如权利要求1所述的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述表面改性后的玻璃纤维的直径大于10μm，长度的取值范围在100μm-3mm之间。
7.如权利要求1所述的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚氧乙烯化衍生物，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
8.如权利要求1所述的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂，所述增韧剂为氯化聚乙烯，所述增塑剂为丙稀酸脂类高分子共聚物，所述无机填料为碳酸钙粉、滑石粉或高岭土。
9.如权利要求1所述的用于门窗的木塑复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2混合均匀过程中还需加入十八烷酸、聚乙烯蜡、环氧大豆油、色粉颜料以及抗氧剂，其中：所述聚乙烯蜡、所述环氧大豆油、所述色粉颜料以及所述抗氧剂的重量比为1：1：4：1。
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