CN104073013B - 一种连续纤维增强木塑及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续纤维增强木塑及其制备方法，包括表面改性长纤维、造粒、挤出三个步骤，将经过表面改性处理的长纤维用于增强木塑材料，相容性好，长纤维加入的位置越过了螺杆的剪切位置，所以长纤维在挤出成型工艺中无剪切力作用，不会被破坏，因而得到的木塑内形成了连续纤维分布，结合合理选择各组分的重量份数，最终得到的产品的弯曲强度、弯曲弹性模量、抗冲击强度等力学性能都得到了显著的提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种木塑材料，具体涉及一种连续纤维增强木塑及其制备方法，属于材料领域。
背景技术
普通木塑材料的强度较低，只能用于低端场所，为了提高木塑的强度，采用纤维增强不失为一个好的方法。现有技术中的纤维增强，一般是将玻璃纤维或芳纶纤维用硅烷偶联剂处理，再切断成短纤维，和木粉、塑料等混合造粒挤出，造粒过程中，原本的长纤维被螺杆剪切，一般来说，产品中的纤维长度小于2mm，无法发挥长纤维本身较好的增强效果，所得产品弯曲强度仅能达到25-28MPa，弯曲弹性模量2500-3000MPa，抗冲击强度5-8kJ/m2，增强效果不明显。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强的木塑及其制备方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种连续纤维增强木塑，包含如下组分且各组分的重量份数分别为：改性长纤维：0.1-0.5份；木纤维：40-65份；废塑料PE或PP：30-40份；相容剂：3-5份；润滑剂3-6份。
前述改性长纤维是由长卷玻璃纤维或芳纶纤维浸泡或以一定速度通过装有改性剂的溶剂槽中而制成的，所述改性剂包括如下组分且各组分的重量份数分别为：马来酸酐：10-20份；环氧树脂预聚物：40-70份；N，N-间苯撑双马来酰亚胺：5-30份。
前述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡的一种或几种。
前述相容剂为马来酸酐接枝PE。
前述的一种连续纤维增强木塑的制备方法，包括如下步骤：
S1、表面改性长纤维：将10-20份马来酸酐、40-70份环氧树脂预聚物、5-30份N，N-间苯撑双马来酰亚胺混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将长卷玻璃纤维或芳纶纤维以1-2m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，然后再以1-3m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷；
S2、造粒：将木纤维：40-65份、废塑料PE或PP：30-40份、马来酸酐接枝PE相容剂：3-5份、润滑剂3-6份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，第四区与合流芯交接处开两个孔，孔直径5-10mm，成卷的经表面处理的玻璃纤维或芳纶纤维插入两个孔中，玻璃纤维或芳纶纤维的重量份为0.1-0.5份，混合挤出得到连续纤维增强木塑。
步骤S1中，干燥温度为60-80℃。
本发明的有益之处在于：本发明将经过表面改性处理的长纤维用于增强木塑材料，相容性好，长纤维加入的位置越过了螺杆的剪切位置，所以长纤维在挤出成型工艺中无剪切力作用，不会被破坏，因而得到的木塑内形成了连续纤维分布，结合合理选择各组分的重量份数，最终得到的产品的弯曲强度、弯曲弹性模量、抗冲击强度等力学性能都得到了显著的提升。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
S1、表面改性长纤维：将10份马来酸酐、70份环氧树脂预聚物、20份N，N-间苯撑双马来酰亚胺混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将长卷玻璃纤维以1m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，然后再以1m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷，干燥温度为70℃；改性剂的三种原料均与长纤维表面发生反应，因而改性后的长纤维与木塑的相容性好，从而使其能够成功地应用于木塑材料中；
S2、造粒：将木纤维：55份、废塑料PE：35份、马来酸酐接枝PE相容剂：5份、润滑剂5份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，第四区与合流芯交接处开两个孔，孔直径6mm，成卷的经表面处理的玻璃纤维插入两个孔中，玻璃纤维的重量份为0.5份，混合挤出得到连续纤维增强木塑。这样一来，长纤维的加入位置越过了螺杆的剪切位置，挤出工艺过程中长纤维不会受到剪切力的作用，所以长纤维不会被破坏，在木塑型材内形成连续纤维分布，力学性能得到显著提升。
实施例2
实施例2与实施例1大致相同，区别之处在于组分含量和工艺参数有所差别，具体如下。
S1、表面改性长纤维：将20份马来酸酐、50份环氧树脂预聚物、30份N，N-间苯撑双马来酰亚胺混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将长卷玻璃纤维以2m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，然后再以3m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷，干燥温度为80℃；
S2、造粒：将木纤维：64份、废塑料PE：30份、马来酸酐接枝PE相容剂：3份、润滑剂3份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，第四区与合流芯交接处开两个孔，孔直径5mm，成卷的经表面处理的玻璃纤维插入两个孔中，玻璃纤维的重量份为0.2，混合挤出得到连续纤维增强木塑。
实施例3
实施例3与实施例1大致相同，区别之处在于组分含量和工艺参数有所差别，具体如下。
S1、表面改性长纤维：将20份马来酸酐、60份环氧树脂预聚物、20份N，N-间苯撑双马来酰亚胺混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将长卷芳纶纤维以1.5m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，然后再以2m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷，干燥温度为60℃；
S2、造粒：将木纤维：40份、废塑料PP：35份、马来酸酐接枝PE相容剂：4份、润滑剂3份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，第四区与合流芯交接处开两个孔，孔直径10mm，成卷的经表面处理的玻璃纤维插入两个孔中，芳纶纤维的重量份为0.3，混合挤出得到连续纤维增强木塑。
性能检测
为了更好地说明本发明，下面对各实施例得到的木塑材料的性能进行测试，采用行业内的标准测试方法对产品进行弯曲强度、弯曲弹性模量及抗冲击强度测试，同时，结合对比例进行比较，对比例为市购的纤维增强木塑(如背景技术部分所述)，测试结果见表1。
| 序号 | 弯曲强度(MPa) | 弯曲弹性模量(MPa) | 抗冲击强度(kJ/m2) |
| 实施例1 | 42 | 5200 | 15.5 |
| 实施例2 | 36 | 3400 | 11.5 |
| 实施例3 | 39.5 | 4250 | 13.5 |
| 对比例 | 25-28 | 2500-3000 | 5-8 |
表1实施例1-3及对比例测试结果对比
从表1可见，本发明的各实施例制备出的产品，长纤维与木塑的相容性好，充分发挥了长纤维增强效果，木塑材料的弯曲强度、弯曲弹性模块及抗冲击强度均显著优于对比例，可见，本发明得到的连续纤维增强木塑的力学性能被显著提升，市场前景好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种连续纤维增强木塑，其特征在于，包含如下组分且各组分的重量份数分别为：
改性长纤维：0.1-0.5份;
木纤维：40-65份；
废塑料PE或废塑料PP：30-40份；
相容剂：3-5份；
润滑剂3-6份；所述改性长纤维是由长卷玻璃纤维或芳纶纤维浸泡或以一定速度通过装有改性剂的溶剂槽中而制成的，所述改性剂包括如下组分且各组分的重量份数分别为：
马来酸酐：10-20份；
环氧树脂预聚物：40-70份；
N，N-间苯撑双马来酰亚胺：5-30份。
2.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强木塑，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强木塑，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝PE。
4.如权利要求1所述的一种连续纤维增强木塑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、表面改性长纤维：将10-20份马来酸酐、40-70份环氧树脂预聚物、5-30份N，N-间苯撑双马来酰亚胺混合均匀制成改性剂置于一溶剂槽内，然后将长卷玻璃纤维或芳纶纤维以1-2m/min的速度通过溶剂槽内，纤维浸入改性剂中，然后再以1-3m/min的速度将纤维通过微波干燥箱干燥成卷；
S2、造粒：将木纤维：40-65份、废塑料PE或废塑料PP：30-40份、马来酸酐接枝PE相容剂：3-5份、润滑剂3-6份混合造粒；
S3、挤出：将步骤S2造粒后的物料加入锥形双螺杆挤出机中进行挤出成型，锥形双螺杆挤出机共有按进料方向顺序设置的四个区，第四区与合流芯交接处开两个孔，孔直径5-10mm，成卷的经表面处理的玻璃纤维或芳纶纤维插入两个孔中，玻璃纤维或芳纶纤维的重量份为0.1-0.5份，混合挤出得到连续纤维增强木塑。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，干燥温度为60-80℃。
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