CN105566937A - 一种玻璃纤维增强木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种玻璃纤维增强木塑复合材料及其制备方法。所述材料主要由玻璃纤维、废旧塑料、植物纤维、调节剂组成，其质量比例为(5-30)：(30-60)：(0-15)：(20-40)，所述玻璃纤维采用经塑料包覆的玻璃纤维，所述的调节剂为PP、PE、PVC、PP-g-MAH、PE-g-MAH、EVA-g-MAH中的一种或几种；该材料的制备方法包括玻璃纤维包覆、密炼造粉、热压成型步骤。本发明中，纤维包覆处理可以有效解决玻璃纤维与木塑的界面结合问题，提高制品的强度，废旧塑料和木塑料在木塑中的使用量得到了大幅提高，热压成型使加入的玻璃纤维的长度不受限制，充分发挥了纤维的增强效果。

Description

一种玻璃纤维增强木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料，特别是一种纤维增强木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
目前生产木塑的工艺以挤出为主，木塑制品力学性能差，通常只能作为装饰材料使用，采用廉价的玻璃纤维增强木塑，使其作为承力结构使用，将具有很好的发展前景，但在挤出成型过程中，纤维受到螺杆的剪切作用，长度缩短到2mm，起不到增强效果。另一方面，随着人类环保意识的增强，废旧塑料的回收成为了关注的重点，但目前国内尚没有利用废旧塑料制造木塑复合材料的厂家，而且超过使用期限后报废的木塑材料的回收也成为一个难题。为此，急需一种木塑生产工艺，一方面将废旧塑料和木塑料回收利用，变废为宝，另一方面加入长纤维(长度＞10mm)增强，制备出力学性能优异的木塑材料。
为了避免挤出成型对纤维的损伤，中国专利号CN104073013A公开了一种连续纤维增强木塑复合材料，连续纤维加入的位置绕过了螺杆挤出区，为此在挤出机的末端开孔作为纤维的插入点，但玻璃纤维是软的，在挤出过程中很难在制品中定位，所以，纤维不能均匀分布在产品中，而且纤维与木塑的界面结合效果不好，因此产品力学性能低，不能用作承力结构。中国专利号CN104085166A公开了一种PVC木塑制品与长纤维增强热塑性塑料片材的复合工艺，采用共挤出的方式将长纤维预浸料板材与木塑共挤出，纤维预浸料板材有硬度，共挤出时能控制纤维的分布，但这种生产方式的制品纤维只分布在制品的上下表面，且存在预浸料与木塑基体结合差的问题，制品在弯曲破坏时容易分层，增强效果也不理想。中国专利号CN103832042A公布了一种碳纤维布增强木塑复合材料及其制备方法，将木塑板与经处理的纤维布叠层后热压成型，希望能够得到力学性能优异的木塑板材，但层压成型方式存在层间结合强度不强的问题，制品在弯曲形变时容易导致层间分层，增强效果不理想。中国专利号CN103740005A公开了一种废旧PVC木塑复合物的生产配方及工艺，但回收塑料仅限于单一的PVC塑料，而实际操作中回收塑料的分类是困难的，由于制品中没有加入新塑料或纤维增强，所以制品强度比较低。有很多将废旧塑料回收生产木塑的相关专利，但回收塑料仅限于一种塑料，很少有回收混合塑料的相关专利，而关于废旧木塑制品回收的专利非常少见。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：针对玻璃纤维增强木塑复合材料中玻璃纤维与木塑界面结合差，纤维分散不均匀，纤维长度受到限制以及回收利用的废旧塑料种类单一，废旧木塑制品回收率低的问题，提供一种长玻璃纤维增强木塑复合材料及其制备方法。
本发明解决以上技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的玻璃纤维增强木塑复合材料，主要由玻璃纤维、废旧塑料、植物纤维、调节剂组成，其质量比例为(5-30)：(30-60)：(0-15)：(20-40)；所述玻璃纤维采用经塑料包覆的玻璃纤维，所述的调节剂为PP、PE、PVC、PP-g-MAH、PE-g-MAH、EVA-g-MAH中的一种或几种。
所述的植物纤维，是木粉、竹粉、秸秆粉、甘蔗渣粉、稻壳粉中的一种或多种，其目数为40-80目，或者是具有长径比为20-100的麻纤维。
本发明提供的玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1玻璃纤维包覆过程：将玻璃纤维束通过含混匀的多组分塑料熔融物的浸胶槽浸渍，浸胶槽温度为170-210℃，再经辊压、冷却、切割，得到10-30mm长的塑料包覆的玻璃纤维；
S2密炼造粉过程：将废旧塑料、植物纤维、调节剂加入到密炼机中混炼均匀并造粒，将粒料用粉碎机粉碎成10-80目的粉料，密炼机温度为140-190℃；所述的调节剂为PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PP-g-MAH(聚丙烯接枝马来酸酐)、PE-g-MAH(聚乙烯接枝马来酸酐)、EVA-g-MAH(乙烯/醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐)中的一种或几种，具体根据废旧基体料的组成而确定；
S3热压成型过程：取S2中的粉料，S1中塑料包覆的玻璃纤维混合均匀并铺放在模具内，首先冷压压实，然后放入热压机中于135-180℃下预热，再经过多次加压并排气，之后在135-180℃下保压15分钟，最后经冷却至室温，得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
上述方法中，所述的玻璃纤维束是无碱无捻粗纱，玻璃类型为E玻璃，玻璃纤维在制造时使用的浸润剂是硅烷型，纤维线密度为600tex-2400tex，纤维单丝直径为14μm-22μm。
上述方法中，所述的多组分塑料熔融物由PP或PE、流动促进剂、相容剂组成，其质量比例为(40-60)：(30-50)：(8-15)。
上述方法中，所述的流动促进剂为PP蜡、PE蜡、低熔指PP、低熔指PE的一种或多种。
上述方法中，所述的相容剂为PP-g-MAH、PE-g-MAH、EVA-g-MAH中的一种。
上述方法中，所述的废旧塑料可以是PP、PE、PVC、ABS、PS中的一种或多种，也可以是以这些塑料为基体的废旧木塑制品中的一种或多种。
上述方法中，所述的废旧塑料可以由废旧塑料和废旧木塑制品的混合物替换。
上述方法中，所述的植物纤维是木粉、竹粉、秸秆粉、甘蔗渣粉、稻壳粉中的一种或多种，其目数为40-80目；或者是具有长径比为20-100的麻纤维。
本发明同现存的技术相比，具有以下应该被重视的优点和益处：
1.采用塑料预先包覆玻璃纤维，再与木塑粉混合后热压成型，所制板材中与木塑基体直接接触的是纤维表面包覆的塑料，可以有效地改善玻璃纤维与木塑基体的相容，将玻璃纤维的含量提高到30％。玻璃纤维经塑料包覆处理后具有一定的硬挺性，容易与木塑粉搅拌混合均匀且保持长直形态,有利于成型过程中纤维保持形态且均匀分布。
2.回收废旧料范围广，回收料可以是废旧塑料及其混合物，也可以是以这些塑料为基体旧木塑产品及其混合物，还可以是废旧塑料和废旧木塑的混合物。
3.热压成型可以避免挤出成型中螺杆对纤维的剪切作用，使纤维的长度可以得到保留(10-30mm)，且能精准控制。热压较挤出成型工艺压力大，使所制产品更密实(密度能够达到1.3g/cm3)，吸水率低，强度更大。
具体实施方式
本发明是一种新型玻璃纤维增强木塑复合材料及其制备方法，包括玻璃纤维塑料包覆处理、废旧塑料或木塑料以及植物纤维和调节剂密炼并造粉、木塑热压成型步骤。具体制备方法为：玻璃纤维束通过含多组分塑料熔融物的浸胶槽浸渍，再经辊压、冷却、切割，得到一定长度的塑料包覆玻璃纤维；将废旧塑料、废旧木塑料、植物纤维、塑料及添加剂按比例加入到密炼机中密炼并造粉；将粉料与玻璃纤维混匀并铺放在模具中，采用热压成型得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
本实施例1提供的玻璃纤维增强木塑复合材料，其主要由玻璃纤维、废旧塑料、植物纤维、调节剂组成，其质量比例为(5-30)：(30-60)：(0-15)：(20-40)，所述玻璃纤维采用经塑料包覆的玻璃纤维，所述的调节剂为PP、PE、PVC、PP-g-MAH、PE-g-MAH、EVA-g-MAH中的一种或几种。
所述的植物纤维，是木粉、竹粉、秸秆粉、甘蔗渣粉、稻壳粉中的一种或多种，其目数为40-80目，或者是具有长径比为20-100的麻纤维。
上述实施例1提供的玻璃纤维增强木塑复合材料，可以由下述实施例提供的方法制成。
实施例2
S1玻璃纤维浸渍过程：将40份PP、45份PP蜡、15份PP-g-MAH加入到浸胶槽中熔融并混匀，浸胶槽温度控制为200-210℃。将玻璃纤维束通过浸胶槽浸渍，再经辊压、冷却、切割，得到长度为10mm的塑料包覆的玻璃纤维。所述份均为重量份，以下同。
S2密炼造粉过程：将30份PP、10份PP-g-MAH，以及经过粉碎的30份废旧塑料混合物、15份植物纤维，加入到密炼机中混炼均匀并造粒，将粒料用粉碎机粉碎成10-30目的粉料，密炼机温度控制在140-190℃之间。
S3热压成型过程：取70份S2中的粉料，30份S1中塑料包覆的玻璃纤维混合均匀并铺放在模具内，首先冷压压实。然后在135-180℃下，放入热压机中预热，再经过多次加压并排气，之后在135-180℃下保压15分钟，最后经冷却至室温，即可得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
实施例3
S1玻璃纤维浸渍过程：将50份PP、38份高熔指PP、12份PP-g-MAH加入到浸胶槽中熔融并混匀，浸胶槽温度控制为200-210℃。将玻璃纤维束通过浸胶槽浸渍，再经辊压、冷却、切割，得到长度为20mm的塑料包覆的玻璃纤维。
S2密炼造粉过程：将20份PE、10份PE-g-MAH，以及经过粉碎的45份废旧塑料混合物、10份植物纤维加入到密炼机中混炼均匀并造粒，将粒料用粉碎机粉碎成30-50目的粉料，密炼机温度控制在140-190℃之间。
S3热压成型过程：取80份S2中的粉料，20份S1中塑料包覆的玻璃纤维混合均匀并铺放在模具内，首先冷压压实。然后在135-180℃下，放入热压机中预热，再经过多次加压并排气，之后在135-180℃下保压15分钟，最后经冷却至室温，即可得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
实施例4
S1玻璃纤维浸渍过程：将60份PP、16份PP蜡、16份高熔指PP、8份PP-g-MAH加入到浸胶槽中熔融并混匀，浸胶槽温度控制为200-210℃。将玻璃纤维束通过浸胶槽浸渍，再经辊压、冷却、切割，得到长度为30mm的塑料包覆的玻璃纤维。
S2密炼造粉过程：将20份PE、10份PE-g-MAH，以及经过粉碎的60份废旧塑料混合物、5份植物纤维加入到密炼机中混炼均匀并造粒，将粒料用粉碎机粉碎成50-80目的粉料，密炼机温度控制在140-190℃之间。
S3热压成型过程：取80份S2中的粉料，20份S1中塑料包覆的玻璃纤维混合均匀并铺放在模具内，首先冷压压实。然后在135-180℃下，放入热压机中预热，再经过多次加压并排气，之后在135-180℃下保压15分钟，最后经冷却至室温，即可得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
实施例5
S1玻璃纤维浸渍过程：将40份PE、50份PE蜡、10份PE-g-MAH加入到浸胶槽中熔融并混匀，浸胶槽温度控制为170-190℃。将玻璃纤维束通过浸胶槽浸渍，再经辊压、冷却、切割，得到长度为20mm的塑料包覆的玻璃纤维。
S2密炼造粉过程：将15份PVC、5份EVA-g-MAH，以及经过粉碎的60份废旧木塑料加入到密炼机中混炼均匀并造粒，将粒料用粉碎机粉碎成10-30目的粉料，密炼机温度控制在140-190℃之间。
S3热压成型过程：取90份S2中的粉料，10份S1中塑料包覆的玻璃纤维混合均匀并铺放在模具内，首先冷压压实。然后在135-180℃下，放入热压机中预热，再经过多次加压并排气，之后在135-180℃下保压15分钟，最后经冷却至室温，即可得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
实施例6
S1玻璃纤维浸渍过程：将55份PE、30份高熔指PE、15份EVA-g-MAH加入到浸胶槽中熔融并混匀，浸胶槽温度控制为170-190℃。将玻璃纤维束通过浸胶槽浸渍，再经辊压、冷却、切割，得到长度为10mm的塑料包覆的玻璃纤维。
S2密炼造粉过程：将30份PVC、10份EVA-g-MAH，以及经过粉碎的25份废旧木塑料和25份废旧塑料混合物、3份植物纤维加入到密炼机中混炼均匀并造粒，将粒料用粉碎机粉碎成30-50目的粉料，密炼机温度控制在140-190℃之间。
S3热压成型过程：取95份S2中的粉料，5份S1中塑料包覆的玻璃纤维混合均匀并铺放在模具内，首先冷压压实。然后在135-180℃下，放入热压机中预热，再经过多次加压并排气，之后在135-180℃下保压15分钟，最后经冷却至室温，即可得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
实施例7
S1玻璃纤维浸渍过程：将60份PE、29份高熔指PE、11份EVA-g-MAH加入到浸胶槽中熔融并混匀，浸胶槽温度控制为170-190℃。将玻璃纤维束通过浸胶槽浸渍，再经辊压、冷却、切割，得到长度为30mm的塑料包覆的玻璃纤维。
S2密炼造粉过程：将40份PP，以及经过粉碎的30份废旧木塑料、15份植物纤维加入到密炼机中混炼均匀并造粒，将粒料用粉碎机粉碎成30-50目的粉料，密炼机温度控制在140-190℃之间。
S3热压成型过程：取82.5份S2中的粉料，17.5份S1中塑料包覆的玻璃纤维混合均匀并铺放在模具内，首先冷压压实。然后在135-180℃下，放入热压机中预热，再经过多次加压并排气，之后在135-180℃下保压15分钟，最后经冷却至室温，即可得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
为了更好地说明本发明的创新性，将上述实施例2-7所得的产品与市售产品按国标进行了弯曲强度和冲击韧性测试，测试结果见表1。
表1木塑产品性能对比

Claims (10)

1.一种玻璃纤维增强木塑复合材料，其特征在于主要由玻璃纤维、废旧塑料、植物纤维、调节剂组成，其质量比例为(5-30)：(30-60)：(0-15)：(20-40)，所述玻璃纤维采用经塑料包覆的玻璃纤维，所述的调节剂为PP、PE、PVC、PP-g-MAH、PE-g-MAH、EVA-g-MAH中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的玻璃纤维增强木塑复合材料，其特征在于所述的植物纤维，是木粉、竹粉、秸秆粉、甘蔗渣粉、稻壳粉中的一种或多种，其目数为40-80目，或者是具有长径比为20-100的麻纤维。
3.一种玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1玻璃纤维包覆过程：将玻璃纤维束通过含混匀的多组分塑料熔融物的浸胶槽浸渍，浸胶槽温度为170-210℃，再经辊压、冷却、切割，得到10-30mm长的塑料包覆的玻璃纤维；
S2密炼造粉过程：将废旧塑料、植物纤维、调节剂加入到密炼机中混炼均匀并造粒，将粒料用粉碎机粉碎成10-80目的粉料，密炼机温度为140-190℃；所述的调节剂为PP、PE、PVC、PP-g-MAH、PE-g-MAH、EVA-g-MAH中的一种或几种；
S3热压成型过程：取S2中的粉料，S1中塑料包覆的玻璃纤维混合均匀并铺放在模具内，首先冷压压实，然后放入热压机中于135-180℃下预热，再经过多次加压并排气，之后在135-180℃下保压15分钟，最后经冷却至室温，得到玻璃纤维增强木塑复合材料板材或型材。
4.如权利要求3所述的玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的玻璃纤维束是无碱无捻粗纱，玻璃类型为E玻璃，玻璃纤维在制造时使用的浸润剂是硅烷型，纤维线密度为600tex-2400tex，纤维单丝直径为14μm-22μm。
5.如权利要求3所述的玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的多组分塑料熔融物，由PP或PE、流动促进剂、相容剂组成，其质量比例为(40-60)：(30-50)：(8-15)。
6.如权利要求5所述的玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的流动促进剂，为PP蜡、PE蜡、低熔指PP、低熔指PE的一种或多种。
7.如权利要求5所述的玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的相容剂，为PP-g-MAH、PE-g-MAH、EVA-g-MAH中的一种。
8.如权利要求3所述的玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的废旧塑料，是PP、PE、PVC、ABS、PS中的一种或多种，或者是以这些塑料为基体的废旧木塑制品中的一种或多种。
9.如权利要求8所述的玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的废旧塑料，由废旧塑料和废旧木塑制品的混合物替换。
10.如权利要求3所述的玻璃纤维增强木塑复合材料的制备方法，其特征在于所述的植物纤维，是木粉、竹粉、秸秆粉、甘蔗渣粉、稻壳粉中的一种或多种，其目数为40-80目；或者是具有长径比为20-100的麻纤维。
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