CN104802226B - 一种木塑复合板、制备方法及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木塑复合板，从上至下依次包括面层、芯层和底层，所述芯层包括中芯层和增强层，所述芯层的上下表面分别通过两性胶粘薄膜与所述面层和所述底层连接。制备方法如下：在芯层的上下表面上分别覆上两性胶粘薄膜，然后分别覆上面层和底层，最后热压、保压；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；制得木塑复合板。本发明中的木塑复合板，其密度、强度、弹性模量和表面质量等各项性能指标均达到国际集装箱工业标准的复合集装箱底板，所以用作集装箱底板，其可设计性强，能够根据实际的需求合理的选择面层和芯层的厚度和密度，以达到最佳的经济效果。

Description

一种木塑复合板、制备方法及其用途
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种木塑复合板、制备方法及其用途。
背景技术
集装箱底板是集装箱的主要受力部分，由于其对力学性能的严格要求，一直以来都是采用寒带和热带的硬木板材或者这些板材制备的多层复合板制造，但是硬木的生长周期长，一般均需50年甚至更长，而集装箱底板的需求却日益增加。硬木的资源枯竭迫使我们寻找更好的替代资源，开发新型集装箱底板，是我们目前迫切需要解决的问题。
专利CN1105624A中公开了一种高强竹胶合板的制造方法，尤其是一种集装箱底板用竹制胶合板的制造方法。首先对原竹分部位、分类锯断，通过分层机将竹青、竹黄、竹芯分开，用整形机将内卫炫有差异的竹条铣平为等宽、等厚、等直度的竹片、然后编织-干燥-上胶-组胚-热压，该方法程序复杂，竹材利用率低，所需要的机械设备和人力较多。
在专利号为CN201694572的专利中，采用金属骨架和塑料地板配合制备集装箱用地板结构，该集装箱的底部两侧梁之间设置并排的金属骨架，在金属骨架之间设置塑料地板。由于金属骨架强比原有设计提高很多，因此，可以降低对塑料地板的强度要求，该塑料地板可以采用低熔点的热塑性材料，可回收利用。但是该金属塑料复合地板中金属仍然占了很大的比重，重量上并没有起到明显的优势；且金属骨架与塑料地板的链接比较麻烦，一般是通过铆钉，增加了工序，效率降低。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种能够满足集装箱载货强度要求的底板用的木塑复合板，通过增强纤维与木塑复合板材进行复合，经过科学的结构设计与独特的加工方法，获得一种符合集装箱底板使用要求的木塑复合板，替代传统的采用东南亚克隆木等热带阔叶硬木制造的集装箱底板用胶合板。
本发明的另一个目的是提供一种上述木塑复合板的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种上述木塑复合板的用途。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种木塑复合板，从上至下依次包括面层、芯层和底层，所述芯层包括中芯层和增强层，所述芯层的上下表面分别通过两性胶粘薄膜与所述面层和所述底层连接。
所述增强层位于芯层的两侧或中间。
所述面层或所述底层厚度均为2～5mm。
所述芯层总厚度为18～24mm。
所述中芯层的单层厚度为8～16mm。
所述增强层选自纤维单向布与纤维增强热塑性板材中的一种或一种以上。
所述增强层为纤维增强热塑性板材时，厚度为2～5mm。
所述纤维单向布选自玻璃纤维单向布、碳纤维单向布或玄武岩纤维单向布，优选玻璃纤维单向布或玄武岩单向布。
所述增强层的层数为1～5层。
所述增强层中的纤维单向布的厚度为0.5～1.0mm，克重为200～500g/m2。
所述面层或所述底层均为纤维增强热塑性板材。
所述纤维增强热塑性板材选自短纤维增强的热塑性板材（SFT）、长纤维增强的热塑性板材（LFT或GMT）或连续纤维增强的热塑性板材（CFT）中的一种或者一种以上。
所述纤维增强热塑性板材中的纤维选自连续玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种或一种以上；优选玻璃纤维或玄武岩纤维；更优选玻璃纤维。
所述树脂基体选自聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或聚氯乙烯（PVC）中的一种或一种以上。
所述纤维增强热塑性板材中，纤维的质量百分数为40～55%。
所述中芯层为木塑复合材料。
所述木塑复合材料中的热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一种或一种以上。
所述木塑复合材料中的植物纤维粉末选自木屑粉末、稻壳粉末、秸秆粉末或竹子粉末中的一种或一种以上。
所述两性胶粘薄膜为聚乙烯膜，克重为50～100g/m2。
本发明还提供了一种上述木塑复合板的制备方法，包括以下步骤：
在芯层的上下表面上分别覆上两性胶粘薄膜，然后分别覆上面层和底层，最后热压、保压；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；制得木塑复合板。
所述热压的温度为135～145℃。
所述保压的压力为1.5～3.0MPa，时间为10～18min。
所述分段降压为压力降到原先压力的一半，保持3～5min后卸压。
所述面层或所述底层由以下方法制得：将纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体复合，再经过滚压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，预浸带中纤维的质量百分数为40～55%，然后在温度为160～240℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到纤维增强热塑性板材。
所述芯层由以下方法制得：将中芯层和增强层进行铺放，相邻两层间覆上两性胶粘薄膜，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压后得到芯层。
所述铺放方式为，按照从上到下依次为增强层、中芯层、增强层的顺序进行铺放或按照从上到下依次为中芯层、增强层、中芯层的顺序进行铺放或按照从上到下依次为增强层、中芯层、增强层、中芯层、增强层的顺序进行铺放。
所述中芯层由以下方法制得：将热塑性树脂与植物纤维粉末机械混合，植物纤维粉末占整体材料的质量百分数为50～70%，混合均匀后放入挤出料筒中，再经过螺杆后，在温度为170～180℃下挤出，冷却成型，得到木塑复合材料。
本发明还提供了一种上述木塑复合板作为集装箱底板的用途；该木塑复合板，具有很好的耐磨性、耐腐蚀性、且不吸水、容易清洗等优点。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明中的木塑复合板，其密度、强度、弹性模量和表面质量等各项性能指标均达到国际集装箱工业标准的复合集装箱底板，所以用作集装箱底板，其可设计性强，能够根据实际的需求合理的选择面层和芯层的厚度和密度，以达到最佳的经济效果。木塑复合板的面层是纤维增强的热塑性板材，具有很好的耐磨性、耐腐蚀性，且不吸水、容易清洗，对比于硬木底板，本发明的木塑复合板使用寿命大大提高，且免除了底面喷漆的工序，对环境保护有利。另外，维增强的热塑性板材不易腐蚀、不生菌，不会存在虫蛀的问题。
2、本发明通过两性胶粘薄膜对纤维增强热塑性板材和普通的木塑板复合，获得一种符合集装箱底板使用要求的木塑复合板，使得集装箱底板摆脱了长期以来对硬木的大量需求，为集装箱底板材料来源开辟了新途径。
3、本发明将强度大、硬度高、韧性好的纤维增强的热塑性板材作为表层材料或中间承力层材料，用普通的木塑板材和增强层材料为芯层材料，经合理搭配组合，采用科学的胶合工艺可以制成具有高性能的集装箱底板用层合板，充分发挥了纤维增强热塑性板材耐磨、耐酸碱、防水、高模量高强度等特性，在各方面满足对集装箱底板所提出的各项机械、物理技术要求。
附图说明
图1为实施例1所示木塑复合板的截面结构示意图。
图2为实施例2所示木塑复合板的截面结构示意图。
图3为实施例3所示木塑复合板的截面结构示意图。
图4为实施例4所示木塑复合板的截面结构示意图。
其中：11为面层，12为增强层，13为中芯层，14为底层，15为芯层；21为面层，22为增强层一，23为中芯层，24增强层二，25为底层，26为芯层；31为面层，32为中芯层，33为增强层一，34增强层二，35为底层，36为芯层；41为面层，42为中芯层，43为增强层，44为底层，45为芯层。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
纤维增强热塑性板材，具有重量轻、比强度、比模量高，耐腐蚀、耐水性、耐磨擦性好；对多种酸、碱呈惰性，抗冲击，致断应变值高；设计灵活性好，可选择适当的纤维种类、纤维含量和纤维取向来满足具体用途的要求。
木塑复合板（Wood-Plastic Composites，WPC），是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压成型加工工艺，生产出的板材。实施例1
如图1所示，图1为实施例1所示木塑复合板的截面结构示意图，其中连续纤维增强热塑性树脂板材为面层11和底层14，增强层12玻璃纤维单向布，中芯层13为木屑粉末与聚丙烯组成的木塑板，芯层15为玻璃纤维单向布增强的木塑板。
一种木塑复合板，制备方法如下：
（1）面层11和底层14均为连续玻纤增强热塑性树脂板材，制备方法包括以下步骤：将连续玻璃纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体聚丙烯复合，纤维质量百分数为40%，再经过辊压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，然后在温度为170～180℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到连续玻纤增强热塑性树脂板材；铺设方式为纵向。
（2）将聚丙烯粒料与木屑粉末进行机械混合，混合均匀后放入挤出料筒中，木屑粉末占木塑板材质量百分数为50%，再经过螺杆后，在温度为170～180℃下挤出型材，冷却成型，得到木屑粉末与聚丙烯制备的木塑板材，图1中的中芯层13。
（3）芯层15的制备方法为：芯层为多层复合材料，其中从上到下依次为增强层12、增强层12、中芯层13、增强层12、增强层12的顺序进行，中间均采用两性胶粘薄膜聚乙烯膜粘结，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压，形成一个除了面层和底层以外的一个芯层15结构。增强层12为玻璃纤维单向布，单层厚度为0.5mm，克重为200g/m2，上下各两层，共4层共2mm；中芯层23，厚度为16mm；聚乙烯膜克重为50g/m2；芯层总厚度为18mm。
（4）在芯层15的上下表面上分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜（克重为50g/m2），然后分别覆上面层11和底层14，进行组胚（具体排列结构见图1）；面层11和底层14为连续玻纤增强聚丙烯树脂板材，其厚度均为5.0mm，组胚后热压，热压的温度为145℃；保压，保压的压力为1.5MPa，时间为10min；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；分段降压为压力降到原先压力的一半，保持3min后卸压；制得木塑复合板。
该木塑复合板，通过常规后期制作，用作集装箱底板，可以达到顺纹静曲强度≥90MPa，横纹静曲强度≥30MPa；顺纹弹性模量≥10000MPa，横纹弹性模量≥3000MPa的物理力学性能。
实施例2
如图2所示，图2为实施例2所示木塑复合板的截面结构示意图，其中连续纤维增强热塑性树脂板材为面层21和底层25，增强层一22玻璃纤维单向布，中芯层23为稻壳粉末与聚乙烯制备的木塑板材，增强层二24为长玻纤增强热塑性树脂板材，芯层15。
一种木塑复合板，制备方法如下：
（1）面层21和底层25及增强层二24均为连续玻纤增强热塑性树脂板材，制备方法包括以下步骤：将连续玻璃纤维展开，与挤出熔融的树脂基体聚乙烯复合，纤维质量百分数为45%，再经过辊压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，然后在温度为170～180℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到长玻璃纤维增强热塑性树脂板材；铺设方式为纵向。
（2）将聚乙烯粒料与稻壳粉末进行机械混合，混合均匀后放入挤出料筒中，稻壳粉末占木塑板材质量百分数为70%，再经过螺杆后，在温度为170～180℃下挤出型材，冷却成型，得到稻壳粉末与聚乙烯制备的木塑板材，图2中的中芯层23。
（3）芯层26的制备方法为：芯层为多层复合材料，其中从上到下依次为增强层一22、中芯层23、增强层二24、中芯层23、增强层一22的顺序进行，中间均采用两性胶粘薄膜聚乙烯膜粘结，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压，形成一个除了面层和底层以外的一个芯层26结构。其中增强层一22为玻璃纤维单向布，单层厚度为1.0mm，克重为500g/m2，上下各一层，共2层共2mm；中芯层23，单层厚度为9mm，上下各一层，共18mm；增强层二24为长纤维增强热塑性聚乙烯板材，厚度为4mm；聚乙烯膜克重为100g/m2；芯层总厚度为24mm。
（4）在芯层26的上下表面上分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜（克重为50g/m2），然后分别覆上面层21和底层25，进行组胚（具体排列结构见图1）；面层21和底层25为长玻璃纤维增强聚乙烯树脂板材，其厚度均为2.0mm，组胚后热压，热压的温度为135℃；保压，保压的压力为3MPa，时间为18min；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；分段降压为压力降到原先压力的一半，保持5min后卸压；制得木塑复合板。
该木塑复合板，通过常规后期制作，用作集装箱底板，可以达到顺纹静曲强度≥90MPa，横纹静曲强度≥30MPa；顺纹弹性模量≥10000MPa，横纹弹性模量≥3000MPa的物理力学性能。
实施例3
如图3所示，图3为实施例3所示木塑复合板的截面结构示意图，其中连续纤维增强热塑性树脂板材为面层31和底层35，中芯层32为秸秆粉末与聚氯乙烯制备的木塑板材，增强层一33玻璃纤维单向布，增强层二34为长玻纤增强热塑性树脂板材，芯层15。
一种木塑复合板，制备方法如下：
（1）面层31和底层35及增强层二34均为连续玻纤增强热塑性树脂板材，制备方法包括以下步骤：将连续玻璃纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体聚氯乙烯复合，纤维质量百分数为50%，再经过辊压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，然后在温度为170～180℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到长玻璃纤维增强热塑性树脂板材；铺设方式为纵向。
（2）将聚氯乙烯粒料与秸秆粉末进行机械混合，混合均匀后放入挤出料筒中，秸秆粉末占木塑板材质量百分数为60%，再经过螺杆后，在温度为170～180℃下挤出型材，冷却成型，得到秸秆粉末与聚氯乙烯制备的木塑板材，图3中的中芯层32。
（3）芯层36的制备方法为：芯层为多层复合材料，其中从上到下依次为中芯层32、增强层一33、增强层二34、增强层一33、中芯层32的顺序进行，中间均采用两性胶粘薄膜聚乙烯膜粘结，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压，形成一个除了面层和底层以外的一个芯层36结构。其中中芯层32，单层厚度为8mm，上下各一层，共16mm；增强层一33为玻璃纤维单向布，单层厚度为0.5mm，克重为200g/m2，上下各一层，共2层共1mm；增强层二34为长纤维增强热塑性聚氯乙烯板材，厚度为3mm；聚乙烯膜克重为80g/m2；芯层总厚度为20mm。
（4）在芯层36的上下表面上分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜（克重为50g/m2），然后分别覆上面层31和底层35，进行组胚（具体排列结构见图1）；面层31和底层35为长玻璃纤维增强聚乙烯树脂板材，其厚度均为4.0mm，组胚后热压，热压的温度为140℃；保压，保压的压力为2MPa，时间为14min；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；分段降压为压力降到原先压力的一半，保持4min后卸压；制得木塑复合板。
木塑复合板，通过常规后期制作，用作集装箱底板，可以达到顺纹静曲强度≥90MPa，横纹静曲强度≥30MPa；顺纹弹性模量≥10000MPa，横纹弹性模量≥3000MPa的物理力学性能。
实施例4
如图4所示，图4为实施例4所示木塑复合板的截面结构示意图，其中连续纤维增强热塑性树脂板材为面层41和底层44，中芯层42为竹子粉末与聚丙烯组成的木塑板，增强层43玻璃纤维单向布，芯层45为连续纤维增强聚丙烯复合板增强的木塑板。
一种木塑复合板，制备方法如下：
（1）面层41和底层44均为连续玻纤增强热塑性树脂板材，制备方法包括以下步骤：将连续玻璃纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体聚丙烯复合，纤维质量百分数为55%，再经过辊压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，然后在温度为170～180℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到连续玻纤增强热塑性树脂板材；铺设方式为纵向。
（2）将聚丙烯粒料与竹子粉末进行机械混合，混合均匀后放入挤出料筒中，竹子粉末占木塑板材质量百分数为55%，再经过螺杆后，在温度为170～180℃下挤出型材，冷却成型，得到竹子粉末与聚氯乙烯制备的木塑板材，图4中的中芯层42。
（3）芯层45的制备方法为：芯层为多层复合材料，其中从上到下依次为中芯层42、增强层43、中芯层42的顺序进行，中间均采用两性胶粘薄膜聚乙烯膜粘结，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压，形成一个除了面层和底层以外的一个芯层45结构。其中，中芯层42厚度为10mm；增强层43为连续玻纤增强聚丙烯树脂板材，厚度为2mm；聚乙烯膜克重为50g/m2；芯层总厚度为22mm。
（4）在芯层45的上下表面上分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜（克重为50g/m2），然后分别覆上面层41和底层44，进行组胚（具体排列结构见图4）；面层41和底层44为连续玻纤增强聚丙烯树脂板材，其厚度均为3.0mm，组胚后热压，热压的温度为140℃；保压，保压的压力为2MPa，时间为15min；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；分段降压为压力降到原先压力的一半，保持4min后卸压；制得木塑复合板。
该木塑复合板，通过常规后期制作，用作集装箱底板，可以达到顺纹静曲强度≥90MPa，横纹静曲强度≥30MPa；顺纹弹性模量≥10000MPa，横纹弹性模量≥3000MPa的物理力学性能。
本发明将强度大、硬度高、韧性好的纤维增强的热塑性板材作为表层材料或中间承力层材料，用刨花板和中密度纤维板作为芯层材料，经合理搭配组合，采用科学的胶合工艺可以制成具有高性能的复合集装箱底板，充分发挥了纤维增强热塑性板材耐磨、耐酸碱、防水、高模量高强度等特性，在各方面满足对集装箱底板所提出的各项机械、物理技术要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种木塑复合板在集装箱底板中的应用，所述木塑复合板从上至下依次包括面层、芯层和底层，所述芯层包括中芯层和增强层，所述芯层的上下表面分别通过两性胶粘薄膜与所述面层和所述底层连接；
所述增强层位于中芯层的两侧或中间；所述增强层选自纤维增强热塑性板材，所述增强层的厚度为2～5mm；
所述中芯层为木塑复合材料；所述木塑复合材料中的热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一种以上；所述木塑复合材料中的植物纤维粉末选自竹子粉末；所述中芯层的单层厚度为8～16mm；
所述面层或所述底层均为纤维增强热塑性板材；所述面层或所述底层厚度均为2～5mm；所述芯层总厚度为18～24mm；
所述纤维增强热塑性板材中的纤维选自碳纤维或玄武岩纤维中的一种以上；
所述纤维增强热塑性板材中的树脂基体为聚乙烯和聚丙烯的混合物、聚乙烯和聚氯乙烯的混合物、聚丙烯和聚氯乙烯的混合物或聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯的混合物；
所述的木塑复合板的制备方法包括以下步骤：
在芯层的上下表面上分别覆上两性胶粘薄膜，然后分别覆上面层和底层，最后热压、保压；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；制得木塑复合板；
所述分段降压为压力降到原先压力的一半，保持3～5min后卸压；
所述热压的温度为135～145℃；
所述面层或所述底层由以下方法制得：将纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体复合，再经过滚压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，预浸带中纤维的质量百分数为40～55％，然后在温度为160～240℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到纤维增强热塑性板材作为所述面层或所述底层；
所述芯层由以下方法制得：将中芯层和增强层进行铺放，相邻两层间覆上两性胶粘薄膜，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压后得到所述芯层；
所述中芯层由以下方法制得：将热塑性树脂与植物纤维粉末机械混合，植物纤维粉末占中芯层的质量百分数为50～70％，混合均匀后放入挤出料筒中，再经过螺杆后，在温度为170～180℃下挤出，冷却成型，得到木塑复合材料作为所述中芯层。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述增强层的层数为1～5层。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述纤维增强热塑性板材选自短纤维增强的热塑性板材、长纤维增强的热塑性板材或连续纤维增强的热塑性板材中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述纤维增强热塑性板材中，纤维的质量百分数为40～55％。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述两性胶粘薄膜为聚乙烯膜，克重为50～100g/m2。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述保压的压力为1.5～3.0MPa，时间为10～18min。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述铺放方式为，按照从上到下依次为增强层、中芯层、增强层的顺序进行铺放或按照从上到下依次为中芯层、增强层、中芯层的顺序进行铺放或按照从上到下依次为增强层、中芯层、增强层、中芯层、增强层的顺序进行铺放。
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Denomination of invention: Wood-plastic composite board and manufacturing method and application thereof

Effective date of registration: 20191202

Granted publication date: 20170804

Pledgee: Chuzhou economic and Technological Development Corporation

Pledgor: Shanghai Jieshijie New Materials (Group) Co., Ltd.

Registration number: Y2019980000815

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