CN104262753A

CN104262753A - 一种塑木复合板及其制备方法

Info

Publication number: CN104262753A
Application number: CN201410543427.6A
Authority: CN
Inventors: 杨卫民; 谭晶; 石美浓; 焦志伟; 王成硕; 丁玉梅
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2034-10-15
Also published as: CN104262753B

Abstract

本发明公开了一种塑木复合板及其制备方法，塑木复合板由以下质量百分比的物质组成：木质纤维：5％～35％；塑料基体：25％～55％；相变材料：15％～45％；增韧剂：2％～10％；扩散剂：0.2％～1％；润滑剂：0.2％～1％。其制备方法是经称量、混合得到预混料，通过带有行星式螺杆的挤出送料装置，将熔体经连接器注入到带有双钢带的连续压机中，完成冷却、成型和输送一体化过程。本发明中将相变材料加入塑木复合板中实现调温功能，相变材料均匀分散在复合材料中，室内温度的变化被地板吸收，因而起到调节室内温度的作用；采用行星式螺杆挤出机和连续压机相结合的方法，使产品内部秸秆粉颗粒混合、分布更加均匀，同时实现了塑木复合板冷却、成型和输送一体化生产，可大幅度地提高塑木复合板的年产量。

Description

一种塑木复合板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种塑木复合板及其制备方法，属于高分子材料加工成型领域。

背景技术

随着社会的发展，人们对生活品质的要求不断提高，对所处环境的舒适与空气纯净度要求也更高，然而许多家庭装修所使用的装饰板、地板、墙板等板材已经满足不了人们对绿色环保的要求，选用实木板造价昂贵，浪费森林资源。若采用高性能塑木复合板，不仅价格低廉，而且生态环保，耐水防腐，智能调温，可以像木材一样易于加工。

现有的塑木复合板制备方法一般有热压、注塑和挤出成型三种。热压成型的特点是制出的板材质地致密，尺寸可任意化调整，但是热压成型设备一般造价高，风险大；而注塑成型，一般适用于形状复杂的产品，而且设计自由度较大，产品质量比较高，但是不适合大批量的生产塑木板材；现有的挤出成型设备存在挤压成型时间长、效率低等问题，增加了塑木板材的制造成本，而且产品硬度较低。

发明内容

本发明旨在提供一种塑木复合板及其制备方法，采用新的配方和新制备方法，增加了塑木复合板的调温功能，解决塑木复合板挤出成型强度低、模压成型时间长、效率低和设备投资较高等问题，实现塑木复合板的自动化流水线生产。

本发明实现上述发明目的的具体技术方案如下：一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：

木质纤维：5％～35％，常用木质纤维有秸秆、木屑、花生壳、刨花屑、甘蔗渣、纸屑、果壳或甘蔗渣等，将这些原料加工破碎及干燥后使用；

塑料基体：25％～55％，常用塑料基体有聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或聚氯乙烯(PVC)等热塑性塑料，可以按比例采用几种塑料的混合料或掺混部分回收料，即能保证质量，又能降低成本；

相变材料：15％～45％，常用低温相变材料有固体石蜡、液体石蜡、正十八烷、可可脂肪酸或正十六烷等，低温相变材料在10-45℃范围内，会发生相变，当遇到气温突变时，这些材料在相变时会吸收大量的热，因而使室温内温度变化的幅度受牵制，调节室温，使室温变化平稳；

增容剂：1％～10％，常用增容剂有马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、硅烷和钛酸酯等；

增韧剂：2％～10％，常用增韧剂有乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、聚烯烃弹性体(POE)等弹性体；

扩散剂：0.2％～1％，由多种偶联剂复合而成,是多组份、多结构形态的产品，可以满足多方面的综合要求，扩散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。也指可均一分散那些难于溶解于液体的无机、有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂；

润滑剂：0.2％～1％，一般为硬脂酸、白油、石蜡或润滑粉。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，本发明一种塑木复合板，由于木质纤维来源广泛且市场价格较低，在选用时木质纤维的比例尽量高，但过量的木质纤维会使复合材料性能下降，因此在考虑成本和性能综合的条件下优选由以下质量百分比的物质组成：

木质纤维：10％～30％；

塑料基体：30％～50％；

相变材料：20％～40％；

增容剂：3％～7％；

增韧剂：4％～8％；

扩散剂：0.3％～0.7％；

润滑剂：0.3％～0.7％。

进一步，本发明一种塑木复合板，在上述基础上，根据复合材料的最优综合力学性能，因此可优选由以下质量百分比的物质组成：

木质纤维：20％；

塑料基体：40％；

相变材料：30％；

增容剂：4％；

增韧剂：5％；

扩散剂：0.5％；

润滑剂：0.5％。

进一步，所述木质纤维为秸秆粉(80目)。

进一步，所述塑料基体可以为高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)以适当比例组合，HDPE所占比重较大，PP所占比重较小，PP低温韧性较差，而HDPE有良好的低温冲击性能，耐压性好，刚性较差，两者混合，可互补不足之处，增强塑料基体整体韧性。

进一步，所述相变材料为石蜡。

进一步，所述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)。

进一步，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)。

本发明还包括一种高性能塑木复合板的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将木质纤维、塑料基体、相变材料、增容剂、增韧剂、扩散剂、润滑剂根据以下的比称量，

木质纤维：5％～35％；

塑料基体：25％～55％；

相变材料：15％～45％；

增容剂：1％～10％；

增韧剂：2％～10％；

扩散剂：0.2％～1％；

润滑剂：0.2％～1％；

第二步，将称量好的各组分别加入到高混机内，先加入木质纤维和塑料基体，充分混合后低速搅拌同时缓慢加入增容剂、增韧剂、扩散剂和润滑剂，最后加入相变材料并混合均匀，得到预混料。由于混合过程中物料会产生温升，为了使相变材料在混合时温度容易控制，在最后的混合阶段加入相变材料，使得相变材料不会由于温度升高熔化发粘而团聚，预混料混合得更加均匀；

第三步，将充分混合后的预混料通过挤出送料装置，经连接器注入到连续压机中，其中该步骤的制备装置包含有挤出供料装置、连接器及连续压机设备，其中挤出供料装置包含料筒的挤出熔融塑化段采用混合性能优异的行星式螺杆，混合塑化时温升容易控制，温升低，原料塑化均匀并大幅度提高了熔融料的塑化量，行星螺杆相当于若干个双螺杆，对复合材料的均匀化非常显著，有了行星式螺杆挤出机的作用，所得到的复合材料各组分分散更均匀；原料由挤出供料装置塑化成为粘稠状熔体，熔体经连接器注入到连续压机设备中，在双钢带之间完成冷却、成型和输送一体化过程；钢带成环状围绕，钢带在支撑辊的支撑和驱动下往复旋转，双钢带之间的距离可根据成品板厚进行调整，板宽可根据几种规格一次性成型，钢带内侧可带纹理，制品可直接带有纹理，纹理的图案可多样化；钢带内部采用托辊支撑钢带，通过液压系统对成组的托辊加压来实现对物料的施压；且支撑辊中安装电磁感应加热器，实现对塑料复合板的均匀加热和温度实时监控；电磁感应加热器包含电磁线圈、磁芯、隔热层和外壳，电磁线圈缠绕在磁芯上，电磁线圈表面从内到外依次覆盖有隔热层和外壳。

本发明提出了一种塑木复合板及其制备方法，将相变材料加入塑木复合板中实现调温功能，相变材料均匀分散在复合材料中，室内温度的变化被地板吸收，因而起到调节室内温度的作用；将增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和增韧剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)添加到塑木复合板中，实现产品强度提高；而且行星式螺杆挤出机和连续压机的结合使用，使产品内部秸秆粉颗粒混合、分布更加均匀，同时实现了塑木复合板冷却、成型和输送一体化生产，大幅度提高了塑木复合板的年产量。

附图说明

图1是本发明一种高性能塑木复合板的制备方法工艺流程示意图。

图2是本发明一种高性能塑木复合板的自动化设备流程示意图。

图3是本发明一种高性能塑木复合板设备中电磁感应加热器示意图。

图中：1-挤出供料装置，2-料筒，3-挤出熔融塑化段，4-连接器，5-连续压机设备，6-法兰，7-支撑辊，8-钢带，9-托辊，10-电磁感应加热器，11-电磁线圈，12-磁芯，13-隔热层，14-外壳。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物，HDPE量多；相变材料：30％；增容剂(硅烷)：4％；增韧剂(SBS)：5％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

实施例2

本发明一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物；相变材料：30％；增容剂(钛酸酯)：4％；增韧剂(SBS)：5％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

实施例3

本发明一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物；相变材料：30％；增容剂(PP-g-MAH)：2％；增韧剂(SBS)：7％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

实施例4

本发明一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物；相变材料：28％；增容剂(PP-g-MAH)：6％；增韧剂(SBS)：5％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

实施例5

本发明一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物；相变材料：26％；增容剂(PP-g-MAH)：8％；增韧剂(SBS)：5％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

实施例6

本发明一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物；相变材料：30％；增容剂(PP-g-MAH)：4％；增韧剂(EVA)：5％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

实施例7

本发明一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物；相变材料：30％；增容剂(PP-g-MAH)：4％；增韧剂(POE)：5％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

实施例8

本发明一种塑木复合板，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物；相变材料：30％；增容剂(PP-g-MAH)：4％；增韧剂(EPDM)：5％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

对比例1

本发明一种塑木复合板，对比例即是最优的例子，由以下质量百分比的物质组成：木质纤维(秸秆粉)：20％；塑料基体：40％，可为HDPE和PP的混合物；相变材料：30％；增容剂(PP-g-MAH)：4％；增韧剂(SBS)：5％；扩散剂：0.5％；润滑剂：0.5％。

实施1～8以及对比例所涉及的原料，分别将各组合物的组分加入到高混机中，混合15min，然后将充分混合后的预混料通过挤出送料装置，经连接器注入到连续压机中。制备方法工艺流程如附图1所示，整体自动化设备流程如附图2所示，包含有挤出供料装置1、连接器4及连续压机设备5，其中挤出供料装置1包含料筒2和挤出熔融塑化段3，且挤出熔融塑化段3采用行星式螺杆，能够使原料塑化均匀并大幅度提高了熔融料的塑化量；原料由挤出供料装置1成为粘稠状，法兰6将挤出供料装置1与连接器4连接在一起，内部熔体流道相通，熔体经连接器4注入到连续压机设备5中，在双钢带8之间完成冷却、成型和输送一体化过程；钢带8成环状围绕出口和入口的支撑辊7往复旋转，双钢带8之间的距离可根据成品板厚进行调整，板宽可根据几种规格一次性成型，钢带8内则可实现涂覆纹理多样化；钢带8内部采用托辊9支撑钢带，通过液压系统对成组的托辊9加压来实现对物料的施压；且支撑辊7中安装电磁感应加热器10，实现对塑料复合板的均匀加热和温度实时监控；电磁感应加热器10包含电磁线圈11、磁芯12、隔热层13和外壳14，如附图3所示，电磁线圈11缠绕在磁芯12上，电磁线圈11表面从内到外依次覆盖有隔热层13和外壳14。通过本发明的技术方案，实现了塑木复合板的高效率自动化流水线生产，而且使塑木复合板强度提高，内部秸秆粉颗粒分布更加均匀，大大地节约人力物力，同时能够大幅度提高塑木复合板年产量。

将上述实施例1～8和对比例1进行相关性能测试，测试结果如下表1所示：

表1物理性能测试结果

	测试标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
						拉伸强度(MPa)	GB1040-79	15.7	14.6	15.2	15.7
冲击强度(KJ/m²)	GB1043-79	30.3	26.5	27.0	28.2
						弯曲强度(MPa)	GB1042-79	49.4	45.6	48.4	49.1
	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	对比例1
						拉伸强度(MPa)	14.6	16.7	16.7	15.2	23.7
冲击强度(KJ/m²)	26.1	30.2	30.5	29.0	35.8
						弯曲强度(MPa)	47.3	47.8	48.2	48.2	52.6

由上述表1可以看出，通过实施例1～8与对比例1的对比，对比例1的性能最优，其增容剂使用PP-g-MAH且质量百分比为4％时，增韧剂使用SBS且质量百分比为5％时，相变材料使用石蜡且质量百分比为30％时，调温塑木复合板的综合性能较佳，而且相变材料选择石蜡，潜热和相变温度可以满足人们对地板智能恒温调节的要求。此制备方法工艺同时满足高效率流水线生产，大幅度提高塑木复合板的年产量，实现集冷却、成型和输送一体化生产，高性能塑木复合板无甲醛，强度高，防水耐磨，纹理多样化，特点显著。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种塑木复合板，其特征在于，由以下质量百分比的物质组成：

木质纤维：5％～35％；塑料基体：25％～55％；相变材料：15％～45％；增韧剂：2％～10％；扩散剂：0.2％～1％；润滑剂：0.2％～1％。

2.根据权利要求1所述的一种塑木复合板，其特征在于，物质组成的质量百分比为：

木质纤维：10％～30％；

塑料基体：30％～50％；

相变材料：20％～40％；

增容剂：3％～7％；

增韧剂：4％～8％；

扩散剂：0.3％～0.7％；

润滑剂：0.3％～0.7％。

3.根据权利要求2所述的一种塑木复合板，其特征在于，物质组成的质量百分比为：

木质纤维：20％；

塑料基体：40％；

相变材料：30％；

增容剂：4％；

增韧剂：5％；

扩散剂：0.5％；

润滑剂：0.5％。

4.根据权利要求3所述的一种塑木复合板，其特征在于，木质纤维为秸秆粉；塑料基体为高密度聚乙烯和聚丙烯以适当比例组合，HDPE所占比重较大，PP所占比重较小，两者混合；相变材料为石蜡；增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯。

5.权利要求1所述的一种塑木复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将木质纤维、塑料基体、相变材料、增容剂、增韧剂、扩散剂、润滑剂按照确定比例称量；

第二步，将称量好的各组分别加入到高混机内，先加入木质纤维和塑料基体，充分混合后低速搅拌同时缓慢加入增容剂、增韧剂、扩散剂和润滑剂，最后加入相变材料并混合均匀，得到预混料；

第三步，将充分混合后的预混料通过挤出送料装置，经连接器注入到连续压机中，其中该步骤的制备装置包含有挤出供料装置、连接器及连续压机设备，其中挤出供料装置的熔融塑化段采用行星式螺杆，原料由挤出供料装置的塑化成为粘稠状熔体，熔体经连接器注入到连续压机设备中，在带有双钢带的连续压机中完成冷却、成型和输送一体化过程；钢带成环状围绕支撑辊往复旋转，双钢带之间的距离可根据成品板厚进行调整，板宽可根据几种规格一次性成型；钢带内部采用托辊支撑钢带，通过液压系统对成组的托辊加压来实现对物料的施压；且支撑辊中安装电磁感应加热器，实现对塑料复合板的均匀加热和温度实时监控。

6.根据权利要求5所述的一种塑木复合板的制备方法，其特征在于，双钢带其中一条与被压物料接触的面可带纹理，使得制品可直接带有纹理，纹理的图案可多样化。

7.根据权利要求5所述的一种塑木复合板的制备方法，其特征在于，电磁感应加热器包含电磁线圈、磁芯、隔热层和外壳，电磁线圈缠绕在磁芯上，电磁线圈表面从内到外依次覆盖有隔热层和外壳。