CN104861684A - 一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其组分按质量百分数配比为：木质粉25%～40%、聚碳酸酯15%～25%、碳纤维8%～15%、阻燃剂6%～10%、高岭土2%～10%、橡胶粉5%～10%、交联剂2%～4%、抗静电剂1%～3%、紫外线稳定剂0.5%～2%、偶联剂0.5%～1%、抗氧剂0.1%～0.5%、分散剂0.5%～1%、着色剂0.1%～1%，所述阻燃剂为质量比2～4：1的十溴二苯乙烷与三氧化二锑的复配物。本发明的有益效果是，本发明具有强度高、韧性好、抗腐蚀性强、阻燃性好、尺寸稳定等优点，可替代木材适于建筑装修、家具制造、装璜等领域。

Description

一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料

技术领域

本发明涉及木材生产技术领域，具体地说是一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料。

背景技术

木材是一种可再生、可再循环利用和可自然降解的绿色材料和生物资源，它具有纹理美观、色泽天然、质感舒适、可塑性好、易于加工等优点，深受人们的喜欢，并广泛应用于室内装修、家具制造、房屋建筑、外部装饰等领域。与此同时，由于过度地利用、毁林开荒、只砍不造，使木材资源短缺、森林资源遭到严重破环等，将影响到生态平衡与绿色环保的健康发展。因此，研制一种大众化和广为应用的木质复合材料替代原木材料，满足建筑装修、家具制造的需要，是一种节约木材、降低成本、促进循环经济发展的重要途径。聚碳酸酯是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，它具有突出的抗冲击性能，耐蠕变和尺寸稳定性好，并能够在较高的温度范围内保持较高的力学强度，无毒，介电性能优良，是近年来增长迅速最快和产能规模最大的工程塑料，目前已广泛应用于汽车、电子电气、建筑材料、机械零件、办公自动化设备、包装业、运动器械、医疗、保健、光盘和家庭用品等领域，成为了继尼龙之后的第二大工程塑料。因此，将聚碳酸酯应用于木质复合材料，具有很高的实用价值和推广应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合性能优异、阻燃性好、成本低的含聚碳酸酯的高强度木质复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其组分按质量百分数配比为：木质粉25%～40%、聚碳酸酯15%～25%、碳纤维8%～15%、阻燃剂6%～10%、高岭土2%～10%、橡胶粉5%～10%、交联剂2%～4%、抗静电剂1%～3%、紫外线稳定剂0.5%～2%、偶联剂0.5%～1%、抗氧剂0.1%～0.5%、分散剂0.5%～1%、着色剂0.1%～1%。

所述木质粉是以木材加工的边角余料、废旧木质产品回收品、农作物秸秆为原料，经过清洁加工、并粉碎成100～200目的木质细粉；所述木材加工的边角余料包括木屑、刨花或木片，所述农作物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆。

所述聚碳酸酯为重均分子量在20000～40000g/mol的双酚A型芳香族聚碳酸酯。

所述碳纤维为直径在5～20μm、长度4～9mm范围内的聚丙烯腈碳纤维。

所述阻燃剂为质量比2～4：1的十溴二苯乙烷与三氧化二锑的复配物。

所述高岭土为纵向厚度在20～50nm、片层尺寸在300～500nm的高岭土纳米粒子。

所述橡胶粉为三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。 

所述交联剂为封闭型水性异氰酸酯。

所述抗静电剂为聚环氧乙烷、聚醚酯酰胺、聚醚酯酰亚胺、聚乙二醇烷基醚、丙三醇单硬脂酸酯、烷基磺酸钠中的至少一种。

所述紫外线稳定剂为苯并三唑类紫外线吸收剂或二苯甲酮类紫外线吸收剂。

所述偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷或γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷。

所述抗氧剂为抗氧剂168（三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯）、抗氧剂264（2-叔丁基-4-甲基苯酚）、抗氧剂300（4，4′-硫代双（6-叔丁基间甲酚））、抗氧剂565（4-硝基-2，6-二叔丁基苯酚）、抗氧剂1010（四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯）、抗氧剂1076（β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯）中的至少一种。

所述分散剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、白油、超细TAS-2A粉、乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。

所述着色剂为钛白粉、炭黑、立德粉、氧化铁红、有机红颜料、有机黄颜料、有机绿颜料、有机蓝颜料中的一种。

上述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）、以木材加工的边角余料、废旧木质产品回收品、农作物秸秆为原料，经过分选、清洁以去除杂质后，通过粉碎机加工成100～200目的细粉，然后加入滚筒烘干机中进行干燥，使木质粉在滚筒烘干机中将水分降低至8%～12%，即得所述的木质粉；

（2）、按重量配比称取高岭土加入料筒温度在80℃～120℃的搅拌器中，搅拌10～25min，然后按重量配比加入碳纤维和偶联剂，在保持80℃～120℃温度下、以3000～6000r/min转速搅拌20～50min，待均匀分散后，按重量配比加入步骤（1）得到的干燥木质粉，再按重量配比加入其它组分，在50℃～60℃下、以80～200r/min转速搅拌20～30min，待混合均匀后，出料；

（3）、将步骤（2）得到的物料加入双螺杆挤出机熔融挤入到成型模具中注模，并控制双螺杆挤出机的温度为155℃～220℃，然后冷却、脱模，得到的型坯即为本发明的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料。

本发明的有益效果是，本发明具有强度高、韧性好、抗腐蚀性强、阻燃性好、尺寸稳定等优点，可替代木材适于建筑装修、家具制造、装璜等领域。

具体实施方式

下面结合具体的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其组分按质量百分数配比为：木质粉25%、聚碳酸酯20%、碳纤维15%、阻燃剂10%、高岭土10%、三元乙丙橡胶10%、封闭型水性异氰酸酯3%、聚环氧乙烷2%、苯并三唑类紫外线吸收剂2%、γ-氨丙基三甲氧基硅烷0.5%、抗氧剂1010 0.5%、硬脂酸钙1%、钛白粉1%，所述聚碳酸酯为重均分子量在20000～40000g/mol的双酚A型芳香族聚碳酸酯，所述碳纤维为直径在5～20μm、长度4～9mm范围内的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为质量比2：1的十溴二苯乙烷与三氧化二锑的复配物，所述高岭土为纵向厚度在20～50nm、片层尺寸在300～500nm的高岭土纳米粒子。

制备方法：（1）、以木材加工的边角余料、废旧木质产品回收品、农作物秸秆为原料，经过分选、清洁以去除杂质后，通过粉碎机加工成100～200目的细粉，然后加入滚筒烘干机中进行干燥，使木质粉在滚筒烘干机中将水分降低至8%～12%，即得所述的木质粉；（2）、按重量配比称取高岭土加入料筒温度在80℃～120℃的搅拌器中，搅拌10～25min，然后按重量配比加入碳纤维和γ-氨丙基三甲氧基硅烷，在保持80℃～120℃温度下、以3000～6000r/min转速搅拌20～50min，待均匀分散后，按重量配比加入步骤（1）得到的干燥木质粉，再按重量配比加入其它组分，在50℃～60℃下、以80～200r/min转速搅拌20～30min，待混合均匀后，出料；（3）、将步骤（2）得到的物料加入双螺杆挤出机熔融挤入到成型模具中注模，并控制双螺杆挤出机的温度为155℃～220℃，然后冷却、脱模，得到的型坯即为本发明的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料。

实施例2：

一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其组分按质量百分数配比为：木质粉40%、聚碳酸酯25%、碳纤维8%、阻燃剂6%、高岭土8%、丁苯橡胶5%、封闭型水性异氰酸酯2%、丙三醇单硬脂酸酯2%、二苯甲酮类紫外线吸收剂1%、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.5%、抗氧剂168 0.5%、季戊四醇硬脂酸酯1%、炭黑1%，所述聚碳酸酯为重均分子量在20000～40000g/mol的双酚A型芳香族聚碳酸酯，所述碳纤维为直径在5～20μm、长度4～9mm范围内的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为质量比4：1的十溴二苯乙烷与三氧化二锑的复配物，所述高岭土为纵向厚度在20～50nm、片层尺寸在300～500nm的高岭土纳米粒子。

制备方法：（1）、以木材加工的边角余料、废旧木质产品回收品、农作物秸秆为原料，经过分选、清洁以去除杂质后，通过粉碎机加工成100～200目的细粉，然后加入滚筒烘干机中进行干燥，使木质粉在滚筒烘干机中将水分降低至8%～12%，即得所述的木质粉；（2）、按重量配比称取高岭土加入料筒温度在80℃～120℃的搅拌器中，搅拌10～25min，然后按重量配比加入碳纤维和γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，在保持80℃～120℃温度下、以3000～6000r/min转速搅拌20～50min，待均匀分散后，按重量配比加入步骤（1）得到的干燥木质粉，再按重量配比加入其它组分，在50℃～60℃下、以80～200r/min转速搅拌20～30min，待混合均匀后，出料；（3）、将步骤（2）得到的物料加入双螺杆挤出机熔融挤入到成型模具中注模，并控制双螺杆挤出机的温度为155℃～220℃，然后冷却、脱模，得到的型坯即为本发明的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料。

Claims (10)

1.一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，其组分按质量百分数配比为：木质粉25%～40%、聚碳酸酯15%～25%、碳纤维8%～15%、阻燃剂6%～10%、高岭土2%～10%、橡胶粉5%～10%、交联剂2%～4%、抗静电剂1%～3%、紫外线稳定剂0.5%～2%、偶联剂0.5%～1%、抗氧剂0.1%～0.5%、分散剂0.5%～1%、着色剂0.1%～1%。

2.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，所述碳纤维为直径在5～20μm、长度4～9mm范围内的聚丙烯腈碳纤维。

3.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为质量比2～4：1的十溴二苯乙烷与三氧化二锑的复配物。

4.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，所述高岭土为纵向厚度在20～50nm、片层尺寸在300～500nm的高岭土纳米粒子。

5.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，所述橡胶粉为三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，所述交联剂为封闭型水性异氰酸酯。

7.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为聚环氧乙烷、聚醚酯酰胺、聚醚酯酰亚胺、聚乙二醇烷基醚、丙三醇单硬脂酸酯、烷基磺酸钠中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，所述紫外线稳定剂为苯并三唑类紫外线吸收剂或二苯甲酮类紫外线吸收剂。

9.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂300、抗氧剂565、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、以木材加工的边角余料、废旧木质产品回收品、农作物秸秆为原料，经过分选、清洁以去除杂质后，通过粉碎机加工成100～200目的细粉，然后加入滚筒烘干机中进行干燥，使木质粉在滚筒烘干机中将水分降低至8%～12%，即得所述的木质粉；

（2）、按重量配比称取高岭土加入料筒温度在80℃～120℃的搅拌器中，搅拌10～25min，然后按重量配比加入碳纤维和偶联剂，在保持80℃～120℃温度下、以3000～6000r/min转速搅拌20～50min，待均匀分散后，按重量配比加入步骤（1）得到的干燥木质粉，再按重量配比加入其它组分，在50℃～60℃下、以80～200r/min转速搅拌20～30min，待混合均匀后，出料；

（3）、将步骤（2）得到的物料加入双螺杆挤出机熔融挤入到成型模具中注模，并控制双螺杆挤出机的温度为155℃～220℃，然后冷却、脱模，得到的型坯即为本发明的一种含聚碳酸酯的高强度木质复合材料。