CN104724350A - 一种基于复合材料的厚壁吸塑托盘及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于复合材料的厚壁吸塑托盘，所述托盘壁由两侧的树脂层以及中间的钢架组成，所述钢架经硅烷化表面处理，按重量份数计，所述树脂层由以下组分组成：高分子塑料65～80份，补强材料6～20份，偶联剂3～12份，协同剂0.02～0.15份，抗氧化剂2～15份，填料5～20份，增塑剂3～10，所述补强材料为质量比为1:2的石墨烯和植物纤维；同时还涉及该厚壁吸塑托盘的成型方法。该厚壁吸塑托盘具有良好的力学强度和韧性，并且成型工艺简单、易控，能大大延缓制品老化程度，有效提高耐候性。
Description
技术领域
本发明涉及物流托盘制造领域，尤其涉及一种基于复合材料的厚壁吸塑托盘及其成型方法
背景技术
塑料托盘是是一种与叉车、货架等物流设备配套使用的物流单元，可用来存放、装载、搬运货物，是现代化物流仓储中必不可少的物流设备之一。塑料托盘的出现适应了环保的需要，使用塑料托盘代替木托盘可减少对森林的破坏；它是物流产业中最不起眼，却又无处不在的一种物流器具，是适应物流业发展的必然产物，在化工、轻纺、制造业等领域有着广泛的应用。塑料托盘种类较多，按照表面形状分为：平板型塑料托盘和网格型塑料托盘；按照结构可以分为：九脚型塑料托盘、川字型塑料托盘、田字型塑料托盘、双面型塑料托盘。塑料托盘的材质一般分为两种：一种是高密度低压高密度聚乙烯，另一种是聚丙烯。
高密度高密度聚乙烯是一种结晶度高、承载强度大的一种热塑性树脂，外表呈乳白色，其高密度高分子量的特点具有很好的韧性，耐低温性能强，甚至在-40℃都能保持很好的性能，尤其能配合不同物质成型复合材料而用于厚壁塑料托盘的制造。厚壁塑料托盘应用于集装箱汽车配件货物运输中，能将不规则的重型汽车配件装载成整齐划一的运输单元，从而与运输车辆、集装箱、仓库等物流设施相配套，能最大程度上实现机械化操作，大大提高工作效率。然而，由于托盘是由塑料制成，而常规塑料材料自身存在的强度、韧性以及耐候性较差的问题。
如：申请号为200610039293.X(公开号为CN 1821022A)的中国发明专利《双层中空大型吸塑托盘》中公开了一种塑料托盘，该托盘具有塑料顶盖和塑料底座，塑料顶盖和塑料底座上分别设置有锁扣，塑料顶盖和塑料底座间设置有连接柱或围板，塑料顶盖和塑料底座通过锁扣与连接柱或围板固定连接。该发明中的吸塑托盘具有高承压力和抗冲击能力，但还是未能解决托盘本身的韧性与强度不足，耐候性差的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种承载强度高、韧性好以及耐 候性强等具有优良性能的厚壁吸塑托盘。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种上述厚壁吸塑托盘的成型方法。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种基于复合材料的厚壁吸塑托盘，其特征在于：所述托盘壁由两侧的树脂层以及中间的钢架组成，所述钢架经硅烷化表面处理，按重量份数，所述树脂层由以下组分组成：高分子塑料65～80份，补强材料6～20份，偶联剂3～12份，协同剂0.02～0.15份，抗氧化剂2～15份，填料5～20份，增塑剂3～10，所述补强材料为质量比为1:2的石墨烯和植物纤维。
作为优选，所述植物纤维为甘蔗纤维，该甘蔗纤维的直径为6～100um，长度为0.2～6mm。
作为优选，所述偶联剂为铝酸三异丙酯，所述协同剂为硬脂酸。
作为优选，所述抗氧化剂为DTBHQ(二叔丁基对苯二酚)，其外观呈淡黄色，为叔丁基对苯二酚聚合物，大分子量的DTBHQ能提供更为持久的抗氧化性能；所述填料为活性碳酸钙和高岭土中的至少一种；所述增塑剂为氯化石蜡，能改善材料混炼加工性能。
由于紫外线照射是塑料老化的主要原因，因此所述树脂层表面喷涂有紫外线吸收涂层，该紫外线吸收涂层所使用的紫外线吸收涂料为UV-P(2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑)、UV-O(2,4-二羟基二苯甲酮)、UV-531(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)中的至少一种，紫外线吸收涂层能吸收绝大部分的照射紫外线，同时与树脂层内部的抗氧化剂协同作用，大大延缓托盘的老化程度，有效提高耐候性。
为使托盘的整体性能更加优良，所述两侧的树脂层分别为第一树脂层和第二树脂层，且所述托盘壁从上到下由第一树脂层、钢架以及第二树脂层组成，其中所述第一树脂层的高分子塑料为高密度聚乙烯，所述第二树脂层的高分子塑料为聚丙烯，第一树脂层利用高密度高密度聚乙烯的韧性好、耐低温能力强等特点，而第二树脂层利用聚丙烯抗冲击性能强、耐热性好的特点，第一树脂层与第二树脂层相互补长取短，同时辅以中间的硅烷化处理的加强钢架，使得制成的厚壁吸塑托盘整体性能更佳。
本发明解决另一个技术问题所采用的技术方案为：上述基于复合材料的厚壁吸塑托盘的成型方法包括以下步骤：
(1)按上述质量份数比配制原料，将高分子塑料放入烘箱中，100～110℃下干燥8～10h，将植物纤维置入烘箱中，115～110℃下干燥9～10h；
(2)将干燥后的高分子塑料、抗氧化剂、石墨烯、偶联剂以及增塑剂放入搅拌器中，在720-1200r/h转速下搅拌30-60min进行预混合；
(3)将混合料置入双螺杆混炼机中进行充分混炼造粒，制得复合料；
(4)在上述复合料中加入协同剂和植物纤维，混合均匀后放入双螺杆混炼机中，转速150～220r/min，模头温度150～230℃下挤出一侧树脂层；
(5)在挤出的一侧树脂层上放置经硅烷化的钢架，再在钢架上按上述步骤挤出另 一侧树脂层，复合而形成三层复合结构；
(6)将制得的三层复合结构放置于吸塑机上，吸塑而成型厚壁托盘；
(7)成型后进行修边处理，然后在托盘外侧进行8000～12000V电晕处理，接着再在托盘表面喷涂紫外线吸收涂料而形成厚度为0.1～2mm的紫外线吸收涂层，最终制成所需的厚壁吸塑托盘。
如上所述，为使托盘的整体性能更加优良，所述一侧树脂层为第一树脂层而另一侧树脂层为第二树脂层，且所述托盘壁从上到下由第一树脂层、钢架以及第二树脂层组成，其中所述第一树脂层的高分子塑料为高密度聚乙烯，所述第二树脂层的高分子塑料为聚丙烯。
作为优选，上述成型方法中，所述的植物纤维为甘蔗纤维，该甘蔗纤维的直径为6～100um，长度为0.2～6mm；所述偶联剂为铝酸三异丙酯；所述协同剂为硬脂酸；所述抗氧化剂为DTBHQ；所述填料为活性碳酸钙和高岭土中的至少一种；所述增塑剂为氯化石蜡；所述紫外线吸收涂料为UV-P、UV-O、UV-531中的至少一种。
硅烷化处理能增强界面的结合强度，本发明中钢架硅烷化处理的过程为：首先将钢架浸洗于弱酸液中25～40min，然后冲洗干净后再浸洗于稀碱溶液中5～10min，接着以0.8～1.2㎏f/㎝2压力用无磷低泡清洗剂于30～50℃连续喷淋3～5min,再用无磷除油粉于30～50℃左右浸泡处理10～20min，彻底脱除油脂，经清水冲洗干净后用压缩空气吹干。硅烷溶液的配制：采用环保XR-868硅烷处理剂(深圳兴瑞源科技有限公司)、配水稀释至浓度为4％～5％，其水解平衡反应式可简单表示为：
该硅烷处理剂一端与金属表面生成Si-O-Me共价键，远端形成环状Si-O-Si键，能增大与接触高分子树脂之间的交联程度，从而使得钢架与环氧树脂得到紧密粘结。其中主要的水解产物为SiOH,将前处理完的钢架置入该硅烷溶液中，在浸泡过程中，水解后的硅烷分子-Si(OR)3通过SiOH基团与钢架表面的MeOH(Me为钢架金属)基团形成氢键而快速吸附于钢架表面，浸泡处理5-10min后晾干，在晾干过程中SiOH基团和钢架表面的MeOH基团进一步凝聚，在界面上生成Si-O-Me共价键，其反应平衡式为：
另一方面剩余的硅烷分子通过SiOH基团之间的凝聚反应在金属表面上形成具有
Si-O-Si三维网状结构的硅烷膜，其反应平衡式为：
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用不同高分子塑料的韧性好、耐低温能力强、抗冲击性能强以及耐热性好等特点，相互取长补短并在中间辅以增强钢架制 成三层复合结构的板材而用于厚壁吸塑托盘的吸塑成型，同时在复合材料内部利用线性植物短纤维分子和石墨烯平面网格的复合增强作用，提高材料的力学强度与韧性；内部加入铝酸三异丙酯偶联剂和硬脂酸协同剂，铝酸三异丙酯分子为三维立体网格结构，通过充分捏合，无机填料分子进入上述网格内，使得填料颗粒表面包覆以酯键和烷基为主的有机分子层，该有机分子层与基体分子间捏合后具缠结作用，各分子间以此扩展，从而增大与基体有机分子的联结，进一步增强了本材料的力学强度与韧性。同时本发明中厚壁吸塑托盘成型工艺简单、易控，在托盘表面喷涂抗紫外线涂料，能大大延缓制品老化程度，有效提高耐候性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
(1)按表1中的质量份数比配制原料，将高分子塑料放入烘箱中，100～110℃下干燥8～10h，将甘蔗纤维置入烘箱中，115～110℃下干燥9～10h；
(2)将干燥后的高密度聚乙烯、石墨烯、偶联剂、DTBHQ以及增塑剂放入搅拌器中，在720-1200r/h转速下搅拌30-60min进行预混合；
(3)将干燥后的聚丙烯、石墨烯、偶联剂、DTBHQ以及增塑剂放入搅拌器中，在720-1200r/h转速下搅拌30-60min进行预混合；
(4)分别将上述两种混合料置入双螺杆混炼机的不同料斗中，设定料筒和机头温度为180℃，螺杆转速为200r/min，进行充分混炼造粒，分别制得两种复合料；
(5)在上述各复合料中均加入协同剂和植物纤维，混合均匀后放入双螺杆混炼机中，转速150～220r/min，模头温度150～230℃下挤出分别挤出第一烯树脂层(以高密度聚乙烯为高分子塑料)和第二树脂层(以聚丙烯为高分子塑料)；
(6)在挤出的第二树脂层上放置经硅烷化的钢架，再在钢架上挤出第一树脂层，复合而形成三层复合结构；
(7)将制得的三层复合结构放置于吸塑机上，对应无钢架的空档位置通过吸塑而成型厚壁托盘；
(8)成型后进行修边处理，然后在托盘外侧进行8000～12000V电晕处理，使其≥38达因，接着再在托盘表面喷涂紫外线吸收涂料而形成厚度为0.1～2mm的紫外线吸收涂层，该紫外线吸收涂料为UV-P、UV-O、UV-531中的至少一种，最终制成所需的厚壁吸塑托盘。
上述钢架的硅烷化处理包括以下步骤：首先将钢架浸洗于弱酸液中25～40min，然后冲洗干净后再浸洗于稀碱溶液中5～10min，接着以0.8～1.2㎏f/㎝2压力用无磷低泡清洗剂于30～50℃连续喷淋3～5min,再用无磷除油粉于30～50℃左右浸泡处理10～20min， 彻底脱除油脂，经清水冲洗干净后用压缩空气吹干。
实施例2～6的成型步骤参见上述实施例1，其具体原料组分及配方参见表1和表2。随后对上述实施例中成型的树脂层(第一树脂层、第二树脂层)进行性能测试，其中拉伸性能按ISO527-93要求进行测试，条件为50mm/min，弯曲性能按ISO178-93要求进行测试、条件为2mm/min，测试结果如表3和表4所示。由表3和表4，通过第一树脂层、第二树脂层且中间铺以增强钢架的三层复合结构，能显著提升托盘的力学强度与韧性，而由实施例5和实施例6可见加入铝酸三异丙酯和硬脂酸具有协同增强作用。
表1实施例1～3中原料组分及配比
注：第1组为第一树脂层，第2组为第二树脂层
表2实施例4～6中原料组分及配比
注：第1组为第一树脂层，第2组为第二树脂层
表3：实施例1～3中制得的树脂层的性能测试结果
注：第1组为第一树脂层，第2组为第二树脂层
表4：实施例4～6中制得的树脂层的性能测试结果
注：第1组为第一树脂层，第2组为第二树脂层。
Claims (10)
1.一种基于复合材料的厚壁吸塑托盘，其特征在于：所述托盘壁由两侧的树脂层以及中间的钢架组成，所述钢架经硅烷化表面处理，按重量份数计，所述树脂层由以下组分组成：高分子塑料65～80份，补强材料6～20份，偶联剂3～12份，协同剂0.02～0.15份，抗氧化剂2～15份，填料5～20份，增塑剂3～10，所述补强材料为质量比为1:2的石墨烯和植物纤维。
2.如权利要求1所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘，其特征在于：所述植物纤维为甘蔗纤维，该甘蔗纤维的直径为6～100um，长度为0.2～6mm。
3.如权利要求1或2所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘，其特征在于：所述偶联剂为铝酸三异丙酯，所述协同剂为硬脂酸。
4.如权利要求1或2所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘，其特征在于：所述抗氧化剂为DTBHQ，所述填料为活性碳酸钙和高岭土中的至少一种，所述增塑剂为氯化石蜡。
5.如权利要求1或2所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘，其特征在于：所述树脂层表面喷涂有紫外线吸收涂层，该紫外线吸收涂层所使用的紫外线吸收涂料为UV-P、UV-O、UV-531中的至少一种。
6.如权利要求1或2所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘，其特征在于：所述两侧的树脂层分别为第一树脂层和第二树脂层，且所述托盘壁从上到下由第一树脂层、钢架以及第二树脂层组成，其中所述第一树脂层的高分子塑料为高密度聚乙烯，所述第二树脂层的高分子塑料为聚丙烯。
7.一种如权利要求1所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘的成型方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按上述质量份数比配制原料，将高分子塑料放入烘箱中，100～110℃下干燥8～10h，将植物纤维置入烘箱中，115～110℃下干燥9～10h；
(2)将干燥后的高分子塑料、抗氧化剂、石墨烯、偶联剂以及增塑剂放入搅拌器中，在720-1200r/h转速下搅拌30-60min进行预混合；
(3)将混合料置入双螺杆混炼机中进行充分混炼造粒，制得复合料；
(4)在上述复合料中加入协同剂和植物纤维，混合均匀后放入双螺杆混炼机中，转速150-220r/min，模头温度150-230℃下挤出一侧树脂层；
(5)在挤出的一侧树脂层上放置经硅烷化的钢架，再在钢架上按上述步骤挤出另一侧树脂层，复合而形成三层复合结构；
(6)将制得的三层复合结构放置于吸塑机上，吸塑而成型厚壁托盘；
(7)成型后进行修边处理，然后在托盘外侧进行8000～12000V电晕处理，接着再在托盘表面喷涂紫外线吸收涂料而形成厚度为0.1～2mm的紫外线吸收涂层，最终制成所需的厚壁吸塑托盘。
8.如权利要求7所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘的成型方法，其特征在于：所述一侧树脂层为第一树脂层而另一侧树脂层为第二树脂层，且所述托盘壁从上到下由第一树脂层、钢架以及第二树脂层组成，其中所述第一树脂层的高分子塑料为高密度聚乙烯，所述第二树脂层的高分子塑料为聚丙烯。
9.如权利要求7或8所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘的成型方法，其特征在于：所述的植物纤维为甘蔗纤维，该甘蔗纤维的直径为6～100um，长度为0.2～6mm；
所述偶联剂为铝酸三异丙酯；
所述协同剂为硬脂酸；
所述抗氧化剂为DTBHQ；
所述填料为活性碳酸钙和高岭土中的至少一种；
所述增塑剂为氯化石蜡；
所述紫外线吸收涂料为UV-P、UV-O、UV-531中的至少一种。
10.如权利要求7或8所述的基于复合材料的厚壁吸塑托盘的成型方法，其特征在于：所述钢架的硅烷化处理包括以下步骤：
首先将钢架浸洗于弱酸液中25～40min，然后冲洗干净后再浸洗于稀碱溶液中5～10min，接着以0.8～1.2㎏f/㎝2压力用无磷低泡清洗剂于30～50℃连续喷淋3～5min,再用无磷除油粉于30～50℃左右浸泡处理10～20min，彻底脱除油脂，经清水冲洗干净后用压缩空气吹干。
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