CN103951900B

CN103951900B - 一种木塑复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103951900B
Application number: CN201310184701.0A
Authority: CN
Inventors: 张承革; 石友强; 向阳; 赖彪; 皮开勇; 严灿奎; 姜绍国; 贺琪; 夏海龙
Original assignee: CHONGQING CHANGJIANG ELECTRICAL APPLIANCES INDUSTRES GROUP Co Ltd
Current assignee: CHONGQING CHANGJIANG ELECTRICAL APPLIANCES INDUSTRES GROUP Co Ltd
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: CN103951900A

Abstract

本发明提供了一种木塑复合材料及其制备方法，该木塑复合材料由以下原料制备得到：热塑性塑料、植物纤维、玻璃纤维、重量份碳纤维、防静电剂、阻燃剂、标志印刷附着剂、碳酸钙、热稳定剂、增塑剂、发泡剂、抗冲击改性剂、润滑剂与抗老化剂。与现有木塑复合材料相比，本发明通过添加标志印刷附着剂来增强标志的附着力，使该木塑复合材料具有可印刷性；添加防静电剂及阻燃剂使其具有防静电性及阻燃性；添加玻璃纤维与碳纤维可在保证材料具有良好加工性能的基础上，提高其物理力学性能。

Description

一种木塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于包装材料技术领域，尤其涉及一种木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

弹药包装箱担负着弹药的包装、储藏、装卸、运输等功能，要求具有强度高、不容易变形、抗跌落性能优良、标志永久不脱落、防静电、阻燃性能好、防水防潮、防霉、防虫、开启方便、重量轻等功能。

传统的弹药包装箱主要有木质箱和塑料箱两种，但木质箱具有以下缺点：易吸水不防潮、易生霉、易着火燃烧、易被虫蛀蚀、储藏时间短、耐腐蚀性差，特别是在野外或海上运输时箱体的防潮性差，会大大缩短弹药的保存期，特别是对于高科技精确制导炮弹，更需要一个湿度、气氛相对恒定的保存环境，另外木质包装箱的大量使用，木材的消耗量大，不利于环境的可持续发展。塑料箱虽然改善了木质包装箱的上述缺点，但价格昂贵，因此急需研发强度高、综合性能好、价格低廉、具有广阔发展前景的新型材料来代替目前的木质或塑料包装箱。

目前应用于弹药包装箱的非木质材料主要是塑料，其具有质轻、比强度高、抗疲劳性能好、耐化学腐蚀性好以及可设计性好等优点，但塑料包装箱价格昂贵，不利于推广。如公开号为CN1370801A的中国专利公开了一种弹药包装箱用阻燃高强聚乙烯吹塑材料及生产方法，由聚乙烯、顺丁烯二酸酐、过氧化二苯甲酰、纳米氧化锌、玻璃微珠组合而成，该材料制备的弹药箱重量轻、携带方便、适应能力强、耐候性好、具有阻燃、抗静电、隔热、减震等特点。

木塑复合材料指用竹、木纤维或植物纤维与热塑性塑料，经挤出或压制成型为型材、板材或其他制品，用以替代木材和塑料。木塑复合材料与其他包装材料相比，具有以下优点：良好的加工性能；良好的强度性能；具有耐水、耐腐蚀性能，防水防潮，防火，防霉，防虫，使用寿命长；优良的可调整性能；主要取材于废旧塑料和农业废弃物，绿色环保，可回收再生产。但现有木塑复合材料主要应用于木塑托盘和由木塑材料制成的一些其他民品，其力学性能较差，不适合印刷标志、不防静电、不阻燃不防火，尚不符合弹药包装箱材料的应用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种木塑复合材料及其制备方法，该木塑复合材料的力学性能较强，适合印刷标志、防静电、阻燃防火。

本发明提供了一种木塑复合材料，由以下原料制备得到：

热塑性塑料20～75重量份；

植物纤维10～40重量份；

玻璃纤维3～20重量份；

碳纤维2～15重量份；

标志印刷附着剂3～10重量份；

防静电剂1～5重量份；

阻燃剂2～8重量份；

碳酸钙1～40重量份；

热稳定剂3～35重量份；

增塑剂1～10重量份；

抗冲击改性剂1～10重量份；

润滑剂0.5～3重量份；

发泡剂2～12重量份；

抗老化剂2～11重量份。

优选的，由以下原料复合而成；

热塑性塑料20～75重量份；

植物纤维10～40重量份；

玻璃纤维3～20重量份；

碳纤维2～15重量份；

标志印刷附着剂3～10重量份；

防静电剂1～5重量份；

阻燃剂2～8重量份；

轻质碳酸钙1～40重量份；

钙锌稳定剂1～10重量份；

复合铅与有机锡2～25重量份；

增塑剂1～10重量份；

抗冲击改性剂1～10重量份；

润滑剂0.5～3重量份；

发泡剂2～12重量份；

抗老化剂2～11重量份。

优选的，所述原料还包括：

发泡调节剂1～12重量份。

优选的，所述发泡剂为亚硝基类发泡剂、酰肼类发泡剂、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸胺、碳酸氢铵、碳酸氢钠或碳酸铵。

优选的，所述标志印刷附着剂3～5重量份。

优选的，所述原料还包括：

色粉2～10重量份。

优选的，所述热塑性塑料为聚氯乙烯或聚乙烯。

优选的，所述植物纤维为竹纤维、木粉、农作物秸秆粉与稻麦壳粉中的一种或几种。

优选的，所述润滑剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。

本发明还提供了一种木塑复合材料的制备方法，包括：

将20～75重量份的热塑性塑料、10～40重量份的植物纤维、3～20重量份的玻璃纤维、2～15重量份的碳纤维、3～10重量份标志印刷附着剂、1～5重量份的防静电剂、2～8重量份的阻燃剂、10～40重量份的碳酸钙、3～35重量份的热稳定剂、1～10重量份的增塑剂、1～10重量份的抗冲击改性剂、0.5～3重量份的润滑剂、2～12重量份的发泡剂与2～11重量份的抗老化剂混合，加热熔融，挤出成型，得到木塑复合材料。

本发明提供了一种木塑复合材料及其制备方法，该木塑复合材料由以下原料制备得到：20～75重量份的热塑性塑料、10～40重量份的植物纤维、3～20重量份的玻璃纤维、2～15重量份的碳纤维、3～10重量份的标志印刷附着剂、1～5重量份的防静电剂、2～8重量份的阻燃剂、10～40重量份的碳酸钙、3～35重量份的热稳定剂、1～10重量份的增塑剂、1～10重量份的抗冲击改性剂、0.5～3重量份的润滑剂、2～12重量份的发泡剂与2～11重量份的抗老化剂。与现有木塑复合材料相比，本发明通过添加标志印刷附着剂来增强标志的附着力，使该木塑复合材料具有可印刷性，标志印刷在上面擦不掉；添加防静电剂可达到防止弹药在运输过程中因摩擦产生静电而引发弹药爆炸，添加阻燃剂可达到防止弹药包装箱着火燃烧而引发弹药爆炸，以上可印刷性、防静电性、阻燃性三个特点是一般木塑材料不具备的；并且本发明同时还通过添加3～20重量份的玻璃纤维与2～15重量份的碳纤维为增强纤维，其高强度可在保证木塑复合材料具有良好加工性能的基础上，提高其物理力学性能，还可改善木塑复合材料的尺寸稳定性和耐热性；加入1～40重量份的碳酸钙可提高木塑复合材料的强度和韧性，也可作为物理防护剂以保护植物纤维防止发生高温热氧化；加入热稳定剂使木塑复合材料的热稳定性及抗老化性能均得到提高。

具体实施方式

本发明提供了一种木塑复合材料，由以下原料制备得到：

热塑性塑料20～75重量份；

植物纤维10～40重量份；

玻璃纤维3～20重量份；

碳纤维2～15重量份；

标志印刷附着剂3～10重量份；

防静电剂1～5重量份；

阻燃剂2～8重量份；

碳酸钙1～40重量份；

热稳定剂3～35重量份；

增塑剂1～10重量份；

抗冲击改性剂1～10重量份；

润滑剂0.5～3重量份；

发泡剂2～12重量份；

抗老化剂2～11重量份。

其中，本发明所有原料为市售即可，并无特殊的限制。

木塑复合材料主要是由热塑性塑料和植物纤维组成，其中，所述热塑性塑料为本领域技术人员熟知的热塑性塑料即可，如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，并无特殊的限制，本发明中优选为聚氯乙烯或聚乙烯；其含量优选为20～60重量份，更优选为25～50重量份。

所述植物纤维优选为竹纤维、木粉、农作物秸秆粉与稻麦壳粉中的一种或几种，更优选为竹纤维和/或木粉；其含量优选为10～35重量份，更优选为10～30重量份。

通过热塑性塑料与植物纤维组合得到木塑复合材料，使其同时具有木材与塑料的性能，既可以同木材一样可加工，又可象塑料那样塑化成型，重复使用率高，且其主要取材于废旧塑料和农业废弃物，变废为宝，减少了环境污染，作为代木材料节约了大量木材，保护了森林资源，具有很高的环保价值。

所述玻璃纤维与碳纤维均为增强纤维，所述玻璃纤维的量优选为5～15重量份；所述碳纤维的量优选为3～10重量份。增强纤维可在保证木塑复合材料具有良好加工性能的基础上，提高其物理力学性能，同时还可改善木塑复合材料的尺寸稳定性和耐热性。

木塑复合材料用于弹药包装箱必须具有可以印刷标志的性能，标志印刷在上面擦不掉，这一点对弹药的贮存非常重要，如果标志掉了就不能区分包装箱里面装的是何种弹药，那个批次，生产日期等信息；因此在木塑复合材料中需加入标志印刷附着剂来增强标志的附着力，使该木塑复合材料具有可印刷性，且标志印刷在上面擦不掉。所述标志印刷附着剂优选为硅油。标志印刷附着剂可使木塑复合材料的附着力增强适合印刷标识，因此本发明优选添加3～10重量份标志印刷附着剂，更优选为3～5重量份。

木塑复合材料用于弹药包装箱必须具有较好的防静电性，使弹药在运输过程中不会因产生的静电而引起爆炸，因此在木塑复合材料中需加入防静电剂。所述防静电剂为本领域技术人员熟知的防静电剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为铜、锌与铝的混合物，三者的比例优选为（4～2）：（3～2）：1。

作为弹药包装箱用的木塑复合材料还需加入阻燃剂，使其具有阻燃防火的性能。所述阻燃剂为本领域技术人员熟知的阻燃剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为十溴二苯乙烷或三氧化二锑；其含量优选为2～5重量份。

本发明木塑复合材料中添加碳酸钙可使木塑复合材料的弯曲模量和弯曲强度得到提高，提高木塑复合材料的强度和韧性，并且可作为物理防护剂以保护植物纤维的发生高温热氧化。本发明中优选添加轻质碳酸钙；所述碳酸钙的含量优选为2～20重量份，更优选为3～10重量份。

由于热塑性塑料在加工过程中加热时易老化，因此需添加热稳定剂。所述热稳定剂的含量优选为3～20重量份，更优选为3～10重量份。本发明中所述热稳定剂为本领域技术人员熟知的热稳定剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为钙锌稳定剂、复合铅与有机锡中的一种或多种，更优选为钙锌稳定剂、复合铅与有机锡的混合物，所述钙锌稳定剂的含量优选为1～10重量份，更优选为1～5重量份，所述复合铅与有机锡两者的含量优选为2～25重量份，更优选为2～10重量份，再优选为2～5重量份；本发明中复合铅与有机锡两者的质量比优选为1：（1.5～2.5）。

当植物纤维与玻璃化温度和熔融流动粘度较高的热塑性塑料进行复合时，往往加工困难，需添加增塑剂来改善其加工性能。增塑剂可使木塑复合材料的塑性增加，改进其柔性、延伸性和加工性能，并且可减少植物纤维分解和发烟。本发明所述增塑剂优选为环氧大豆油；所述增塑剂的含量优选为1～5重量份。

所述抗冲击改性剂为本领域技术人员熟知的抗冲击改性剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为氯化聚乙烯；其含量优选为1～5重量份。

木塑复合材料中需加入润滑剂降低熔体与加工机械之间以及熔体内部的摩擦与粘附，改善流动性，促进加工成型，提高制品的表面质量。本发明优选添加硬脂酸锌或硬脂酸钙为润滑剂；其含量优选为0.5～2重量份。

所述抗老化剂为本领域技术人员熟知的抗老化剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为UV粉；其含量优选为2～5重量份。

本发明中所述发泡剂优选为2～5重量份；所述发泡剂的种类优选为亚硝基类发泡剂、酰肼类发泡剂、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸胺、碳酸氢铵、碳酸氢钠或碳酸铵；所述发泡调节剂优选为苯甲酸钠。

为改善木塑复合材料的颜色，本发明优选还包括2～10重量份的色粉，更优选为2～5重量份。所述色粉优选钛白粉和/或有机颜料。

本发明优选还包括1～12重量份的发泡调节剂，优选为1～5重量份。所述发泡剂为本领域技术人员熟知的发泡调节剂即可，并无特殊的限制。发泡调节剂可提高材料的发泡质量。

本发明通过调整各个原料的含量及添加不同的添加剂，使该木塑复合材料具有适合印刷标识、防静电、阻燃防火、防潮、防水、防虫、防霉、耐腐蚀、强度高等性能，并且该木塑复合材料的强度韧性较好，同时具有可锯、可钉、可钻、可刨、可粘等加工性能；本发明可利用废旧塑料及废旧植物纤维进行制造，成本较低，环保无污染，且可回收。

本发明还提供了一种上述木塑复合材料的制备方法，包括：将20～75重量份的热塑性塑料、10～40重量份的植物纤维、3～20重量份的玻璃纤维、2～15重量份的碳纤维、3～10重量份标志印刷附着剂、1～5重量份的防静电剂、2～8重量份的阻燃剂、10～40重量份的碳酸钙、3～35重量份的热稳定剂、1～10重量份的增塑剂、2～12重量份发泡剂、1～10重量份的抗冲击改性剂、0.5～3重量份的润滑剂与2～11重量份的抗老化剂混合，加热熔融，挤出成型，得到木塑复合材料。

其中，所述各原料均同上所述，在此不再赘述。

所述加热熔融的温度优选为90℃～150℃，更优选为100℃～120℃。所述挤出成型前，优选进行冷却；所述冷却的温度优选为35℃～70℃，更优选为40℃～60℃。

按照本发明，挤出后优选还包括发泡步骤，该步骤具体为：将各原料混合，加热熔融，冷却后挤出，然后将挤出料加热进行发泡，冷却定型后得到木塑复合材料。所述发泡的温度优选为110℃～160℃，更优选为120℃～140℃。

为优化木塑复合材料的发泡质量，本发明优选还加入发泡助剂，所述发泡助剂与上所述相同，在此不再赘述。

为改善木塑复合材料的颜色，使其能应用于不同的领域，本发明优选还加入色粉，所述色粉与上所述相同，在此不再赘述。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种木塑复合材料及其制备方法进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1

1.1将46重量份的聚氯乙烯、19重量份的竹纤维与木纤维、5重量份的玻璃纤维、3重量份的碳纤维、2重量份的防静电剂（铜、锌与铝的质量比为3:2:1）、3重量份的三氧化二锑、4重量份的硅油、3重量份的轻质碳酸钙、1重量份的钙锌稳定剂、2重量份的复合铅与有机锡（两者质量比为1:2）、2重量份的环氧大豆油、2重量份的氯化聚乙烯、2重量份的偶氮二异丁腈、1重量份的硬脂酸锌、1重量份的苯甲酸钠、2重量份的UV粉与2重量粉的钛白粉与酞菁绿加入高速混合机中混合，加热至120℃，高温混合5min，然后冷却至40℃，挤出，得到挤出料。

1.2将1.1中得到的挤出料置入模具中，加热至110℃，发泡4min，然后进行冷却定型，得到厚度为12mm木塑复合材料。

对1.2中得到的木塑复合材料进行标志印刷，晾干后用手擦拭，标志不会被擦掉。

利用表面电阻仪对1.2中得到的木塑复合材料进行测试，得到其表面电阻为2.3×10⁵。

按照ASTMF372-99标准对1.2中得到的木塑复合材料进行燃烧性能试验，能达到FH-1级，阻燃性能合格。

将1.2中得到的木塑复合材料制成外形尺寸为440×290×240mm的弹药包装箱，配重45公斤（毛重），打3根箍带，按照国家军用标准GJB2711-96进行跌落试验，每个面各跌落一次（共6次）；跌落一角，然后将与该角相连的三条棱各跌落依次（共4次）；底面4个角各跌落一次（共4次）；按照上述方式共跌落14次后，木箱为散架，仅有轻微损伤，内装物完好无损，说明跌落试验合格。

实施例2

2.1将34重量份的聚氯乙烯、13重量份的竹纤维与木纤维、11重量份的玻璃纤维、8重量份的碳纤维、1重量份的防静电剂（铜、锌与铝的质量比为3:2:1）、2重量份的十溴二苯乙烷、3重量份的硅油、10重量份的轻质碳酸钙、1重量份的钙锌稳定剂、3重量份的复合铅与有机锡（两者质量比为1:2）、1重量份的环氧大豆油、1重量份的氯化聚乙烯、4重量份的偶氮二异丁腈、1重量份的硬脂酸钙、2重量份的苯甲酸钠、3重量份的UV粉与2重量粉的钛白粉与酞菁绿加入高速混合机中混合，加热至120℃，高温混合5min，然后冷却至40℃，挤出，得到挤出料。

2.2将2.1中得到的挤出料置入模具中，加热至110℃，发泡4min，然后进行冷却定型，得到厚度为14mm木塑复合材料。

对2.2中得到的木塑复合材料进行标志印刷，晾干后用手擦拭，标志不会被擦掉。

利用表面电阻仪对2.2中得到的木塑复合材料进行测试，得到其表面电阻为3.5×10⁵。

按照ASTMF372-99标准对2.2中得到的木塑复合材料进行燃烧性能试验，能达到FH-1级，阻燃性能合格。

将2.2中得到的木塑复合材料制成外形尺寸为440×290×240mm的弹药包装箱，配重45公斤（毛重），打3根箍带，按照国家军用标准GJB2711-96进行跌落试验，每个面各跌落一次（共6次）；跌落一角，然后将与该角相连的三条棱各跌落依次（共4次）；底面4个角各跌落一次（共4次）；按照上述方式共跌落14次后，木箱为散架，仅有轻微损伤，内装物完好无损，说明跌落试验合格。

实施例3

3.1将25重量份的聚氯乙烯、28重量份的竹纤维与木纤维、6重量份的玻璃纤维、4重量份的碳纤维、3重量份的防静电剂（铜、锌与铝的质量比为3:2:1）、4重量份的十溴二苯乙烷、5重量份的硅油、4重量份的轻质碳酸钙、3重量份的钙锌稳定剂、3重量份的复合铅与有机锡（两者质量比为1:2）、3重量份的环氧大豆油、3重量份的氯化聚乙烯、3重量份的偶氮二甲酸胺、1重量份的硬脂酸钙、1重量份的苯甲酸钠、2重量份的UV粉与2重量粉的钛白粉与酞菁绿加入高速混合机中混合，加热至120℃，高温混合5min，然后冷却至40℃，挤出，得到挤出料。

3.2将3.1中得到的挤出料置入模具中，加热至110℃，发泡4min，然后进行冷却定型，得到厚度为16mm木塑复合材料。

对3.2中得到的木塑复合材料进行标志印刷，晾干后用手擦拭，标志不会被擦掉。

利用表面电阻仪对3.2中得到的木塑复合材料进行测试，得到其表面电阻为1.8×10⁵。

按照ASTMF372-99标准对3.2中得到的木塑复合材料进行燃烧性能试验，能达到FH-1级，阻燃性能合格。

将3.2中得到的木塑复合材料制成外形尺寸为440×290×240mm的弹药包装箱，配重45公斤（毛重），打3根箍带，按照国家军用标准GJB2711-96进行跌落试验，每个面各跌落一次（共6次）；跌落一角，然后将与该角相连的三条棱各跌落依次（共4次）；底面4个角各跌落一次（共4次）；按照上述方式共跌落14次后，木箱为散架，仅有轻微损伤，内装物完好无损，说明跌落试验合格。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种木塑复合材料，其特征在于，由以下原料制备得到：

所述标志印刷附着剂为硅油。

2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，由以下原料复合而成；

3.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述原料还包括：

发泡调节剂1～12重量份。

4.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述发泡剂为亚硝基类发泡剂、酰肼类发泡剂、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸胺、碳酸氢铵、碳酸氢钠或碳酸铵。

5.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述硅油为3～5重量份。

6.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述原料还包括：

色粉2～10重量份。

7.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述热塑性塑料为聚氯乙烯或聚乙烯。

8.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述植物纤维为竹纤维、木粉、农作物秸秆粉与稻麦壳粉中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。

10.一种木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

将20～75重量份的热塑性塑料、10～40重量份的植物纤维、3～20重量份的玻璃纤维、2～15重量份的碳纤维、3～10重量份的标志印刷附着剂、1～5重量份的防静电剂、2～8重量份的阻燃剂、10～40重量份的碳酸钙、3～35重量份的热稳定剂、1～10重量份的增塑剂、2～12重量份的发泡剂、1～10重量份的抗冲击改性剂、0.5～3重量份的润滑剂与2～11重量份的抗老化剂混合，加热熔融，挤出成型，得到木塑复合材料；

所述标志印刷附着剂为硅油。