CN106142491A - 一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺 - Google Patents

Abstract

一种植物类复合材料挤注成型工艺，涉及一种利用植物类材料制造成型工艺，主要具有四个步骤。与现有技术相比，本工艺利用植物类复合材料的热固性和高温高压时产生的高延展性进行挤注成型，通过本发明制造出来的产品内结合强度高，质感优良、密度低、无毒环保、可快速降解等特点，各种性能参数不亚于实木产品，优于其它生物质复合材料所制得的产品，而成本则远低于实木产品与其它生物质复合材料产品，不仅能适用于家具产业还能进行工业运用。

Description

一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺

技术领域

本发明涉及一种利用植物类材料制造成型工艺，尤其涉及一种植物纤维、粉、屑类材料制造成型工艺。

背景技术

从古到今木质产品广泛的应用于人类的生活生产当中，一般而言木质产品基本由实木材料制造而成，但是现在实木材料在加工过程中利用率低，只有35%左右，浪费严重，同时制造工艺复杂，人工费用和设备费用高昂，耗时耗力，并且木材资源匮乏，部分优质木材面临绝种，使得实木制品的成本居高不下。为了提高生产效率，节约成本，现在很多产品由植物纤维、粉、屑制成，这样大大提高的木材的使用效率，而且由于成本低廉，使得这类产品具有很强的竞争力。但是由于工艺所限，植物纤维、粉、屑所制成的产品大多数为板材类产品，由于产品密度低，强度弱，这类产品使用广泛性较窄，根本无法取代实木类产品在工业上的运用，只在轻工业和家具业中有部分应用，但绝大多数还是制成板材应用于家具业中。

本申请人以其他申请人名义申请了“一种无胶木纤维制件的制作方法”(申请号201110411549.6) 、“一种异形木质模压家具部件及其制造方法” (申请号201010542653.4)等利用木纤维异型模压成型的方法，通过本方法可以制造出高密度高强度的异形件，本产品可以广泛的应用于轻工业和家具业中，通过这些方法不仅可以制造出木质笔筒，木质脸盆，木质水杯等产品，还可以制造出具有复杂花纹的家具件以及家居用品。但是目前应用在植物纤维、粉、屑材料制成中的胶粘剂大多是脲醛胶、MDI胶，由于 MDI为二苯基甲烷二异氰酸酯系化合物，存在一定毒性，可导致中度眼睛刺激和轻微的皮肤刺激，可造成皮肤过敏，所以生产操作时存在安全隐患；脲醛胶中则含有甲醛物质，由于甲醛是一种致癌物质对人类危害性较大所以制作出来的产品存在安全隐患。现在环保安全可持续发展的观念深入人心，尤其一般日用品和家具是人们日常所要经常接触到的物品，一定要做到安全无毒，如果这类物品的粘胶剂中含有毒物质，很难会被市场和社会所接受。而在“一种无胶木纤维制件的制作方法” (申请号201110411549.6)中不使用任何粘胶剂直接对植物纤维、粉、屑进行压制，但是由于绝大多数植物纤维、粉、屑本身不具有延展性，使得压制品的密度无法均匀，很容易制造出缺陷产品，不符合质量要求。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，利用植物类复合材料的热固性和高温高压时产生的高延展性进行挤注成型，通过本发明制造出来的产品内结合强度高，质感优良、密度低、无毒环保、可快速降解等特点，各种性能参数不亚于实木产品，优于其它生物质复合材料所制得的产品，而成本则远低于实木产品与其它生物质复合材料产品，不仅能适用于家具产业还能进行工业运用。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决，一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，包括以下几个步骤：步骤A）: 以重量份计，将6份-8份的淀粉、15份-25份的水、1份-1.5份的氢氧化钠、2份-3份的滑石粉和75份-85份植物材料经过混合后形成植物类复合材料；步骤B）：对所述的植物类复合材料进行热软化处理，热软化温度在50℃至70℃之间，同时使得所述的植物类复合材料含水率降到25%以下；步骤C）：通过推杆将所述的植物类复合材料挤注到模具型腔内，让所述的植物类复合材料充满模具型腔，挤注完成后让模具型腔密闭，然后加热所述的模具到120℃至160℃之间，在加热时，当所述的植物类复合材料在所述的模具内表层固化后，让所述的模具微动排出在所述模具型腔内的气体，当所述模具型腔内气体完全排出让内外压力一致时停止微动以及加热，此时所述的植物类复合材料完全固化形成产品；步骤D）：分离所述模具的前模和后模，取出所述的产品。

上述技术方案中，优选的，在所述的步骤A中，以重量份计，将6份-8份所述的淀粉、15份-25份所述的水、1份-1.5份所述的氢氧化钠混合后搅拌，搅拌温度在30℃至50℃之间，搅拌时间在1分钟至3分钟之间，使得各物质均匀混合后再在40℃至60℃的温度之间继续搅拌18分钟至22分钟，直至所述的淀粉发生糊化反应，所述的淀粉完全糊化后停止搅拌并且冷却至少10分钟直至到常温，冷却完后再加入2份-3份所述的滑石粉，然后在至少50℃时搅拌至少5分钟，当所述的滑石粉均匀混合后停止加热进行冷却直至冷却到常温，冷却结束后就得到胶粘剂，然后对所述植物材料进行烘干，使得所述植物材料含水率不高于5%，然后取75份-85份所述的植物材料与所述的胶粘剂混合，搅拌至少30分钟直至混合均匀，混合均匀后就得到了所述植物类复合材料。

上述技术方案中，优选的，在所述的步骤C中，所述微动的频率在3秒至5秒之间，微动让所述的模具的前模与后模之间产生0.05毫米至0.1毫米的位移，微动时，所述的推杆与所述的模具联动，保持推杆对所述模具型腔内压力。

上述技术方案中，优选的，在所述的步骤C中，当所述的植物类复合材料被挤注到模具前，先在所述模具型腔内涂抹脱模助剂。

上述技术方案中，优选的，在所述的步骤C中，当所述的模具被加热后，所述的推杆连续施压保证在所述模具内所述的植物类复合材料不回溢。

上述技术方案中，优选的，在所述的步骤C中，所述的模具的加热时间在5分钟至20分钟之间。

上述技术方案中，优选的，所述的植物材料是乔木纤维或乔木粉或乔木屑或灌木纤维或灌木粉或灌木屑或秸秆纤维或秸秆粉或秸秆屑。

本工艺主要为一种植物纤维、粉、屑类复合材料成型的工艺，本植物纤维、粉、屑类复合材料的内部的胶粘剂原料主是淀粉，尤其是植物淀粉，植物淀粉可以是糯米淀粉、玉米淀粉、番薯淀粉、大米淀粉等，一般而言常用糯米淀粉。植物淀粉溶胀后具有一定的自粘性，最主要的是淀粉在糊化后会具有糊状滑移性，使用淀粉作为胶粘剂的主料对植物纤维、粉、屑材料粘合时解决了植物纤维、粉、屑材料本身不具有延展性的问题。公知的，大多数植物都具有木质素，经过实验发现，淀粉类黏胶物质会与植物纤维、粉、屑材料内的木质素在高温时会发生反应，产生极大的粘性，这样在高温高压挤注和压制本材料成型的过程中，植物纤维、粉、屑类复合材料就可以依靠淀粉的糊状滑移性进行移动，利用淀粉与木质素的反应得到自粘性，使得挤注和压制成型的产品密度一致，表面致密，内结合强度高，并且还能挤注和压制出复杂的形状。

当淀粉，水，氢氧化钠，滑石粉和植物材料经过混合后形成植类维复合材料后材料含水率在20%-30%之间，在挤注前需要对植物类复合材料进行软化以及干燥，软化温度在50℃-75℃之间，同时要控制植物类复合材料的含水率在25%以下，此时软化后的植物类复合材料更容易进行挤注。挤注时需要高压快速的把植物类复合材料冲填到模具型腔内，无论冲填多少都要让植物类复合材料在模具型腔内饱满且表面致密。冲填量的多少主要会影响到成型后产品的密度以及硬度等特性，一般而言密度越大越好，而实际上在低密度下成型的产品已经具有了良好的物理特性。当温度达到120℃-160℃时，植物类复合材料内糊化后的淀粉就会变性激发，在模具内部压力下“流动”，促使模具型腔内各部分密度均匀。在100℃-120℃时，淀粉就会和植物材料内的木质素发生反应，使得植物材料极大的粘性。模具型腔内表面温度达到130℃-160℃时，植物类复合材料表层开始固化，并且表面时间只需要大约5秒，由于热传递的因素，此时产品的表面开始固化，而内部仍处于流动状态。如果完全固化就需要在120℃-160℃之间加热至少5分钟-20分钟。由于加热温度超过100℃，植物类复合材料本身含水，在此温度下植物类复合材料内的水会从液体变成气体，极大的增加了模具型腔内的压力，同时产品也会因此受热固化时产生热缩现象。为了解决热缩，在植物类复合材料表面固化内部仍可延展时时让模具的前后模产生微动，让前后模之间出现细小的缝隙，微动可以每隔3秒和6秒进行一次，每次微动的位移只在0.05毫米至0.1毫米之间，微动的作用是在保证模具型腔内压力的同时让在模具型腔内产生的水汽逸出以及释放多余压力，保持模具内部压力不波动，杜绝产品的热缩。随着植物类复合材料内部的固化以及水汽的逸出，模具型腔内的压力会稳定持续的下降，当模具内的压力与外界大气压一致时，就说明植物类复合材料完全固化形成了产品，此时就可以停止微动与加热，打开前后模取出产品。

本产品的密度根据冲填的量可在700kg/CBM至1400 kg /CBM之间，当密度在700kg/CBM左右时，产品的内结合强度可达0.6MPA以上，而且内结合强度随着密度的增加而增加。而本产品是完全无毒的产品，通过挤注工艺可以制造出任何形状，能取代现有技术生产出来的绝大多数的实木制品，植物纤维制品和木塑制品。还能广泛适用于各种生活物品，比如桌子，椅子，婴儿床，雕花饰品等。同时本产品优良的物理特性，也可以使得本产品可以广泛的应用于工业中。

与现有技术相比，本工艺利用植物类复合材料的热固性和高温高压时产生的高延展性进行挤注成型，通过本发明制造出来的产品内结合强度高，质感优良、密度低、无毒环保、可快速降解等特点，各种性能参数不亚于实木产品，优于其它生物质复合材料所制得的产品，而成本则远低于实木产品与其它生物质复合材料产品，不仅能适用于家具产业还能进行工业运用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1，一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，首先将70g所述的糯米淀粉，200g所述的蒸馏水，13g所述的氢氧化钠放入烧杯中搅拌，搅拌温度为45℃，搅拌时间3分钟，使得各物质均匀混合。然后在45℃至50℃的温度之间继续搅拌烧杯20分钟，使得淀粉发生糊化反应。淀粉完全糊化后停止加温搅拌烧杯并且冷却至少10分钟，冷却完后再往烧杯内加入26g所述的滑石粉，然后加温搅拌至少5分钟，因为此时的水分已经全部和糯米淀粉发生糊化反应，加入滑石粉后，滑石粉不与水反应只是与淀粉糊物理接触。滑石粉均匀混合后，对烧杯进行冷却，冷却到常温后就得到一种胶粘剂。然后对乔木纤维进行烘干，乔木纤维可以是松木纤维、橡木纤维、杉木纤维的一种或几种，使得所述乔木纤维含水率不高于5%，取800g烘干后的乔木纤维与胶粘剂搅拌混合，搅拌混合30分钟直至混合均匀，混合均匀后就得到了植物类复合材料。然后对植物类复合材料进行热软化处理，热软化温度在50℃至70℃之间，同时使得植物类复合材料含水率降到25%以下。模具型腔内涂抹脱模助剂，在模助剂以及胶粘剂内氢氧化钠的作用下可以有效防止植物类复合材料与模具型腔内壁黏贴。然后利用推杆将软化后的植物类复合材料高压高速的挤注到模具型腔内，让所述的植物类复合材料充满模具型腔，冲填的量使得最终产品的密度达到750kg/CBM。挤注完成后让模具型腔密闭，然后加热所述的模具到150℃，在加热3分钟后，植物类复合材料就会在模具内表层固化，这时让模具微动，微动的频率在3秒至5秒之间，微动让模具的前模与后模之间产生0.05毫米至0.1毫米的位移，让模具型腔内的气体与多余压力排出。微动时，所述的推杆与所述的模具联动，保持推杆对所述模具型腔内的压力。当模具型腔内气体完全排出让内外压力一致时停止微动以及加热，此时所述的植物类复合材料完全固化形成产品。整个模具加热的时间在12分钟左右。同时在整个加热过程中推杆要连续施压保证在模具内的植物类复合材料不回溢。模具冷却后，就可以打开前模和后模取出产品。产品密度为750kg/CBM，内结合强度0.63MPA，作为板材时静曲强度大于25 MPA，受潮变形率不大于3%。

实施例2，一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，首先将80g所述的玉米淀粉，250g所述的蒸馏水，15g所述的氢氧化钠放入烧杯中搅拌，搅拌温度为45℃，搅拌时间3分钟，使得各物质均匀混合。然后在45℃至50℃的温度之间继续搅拌烧杯20分钟，使得淀粉发生糊化反应。淀粉完全糊化后停止加温搅拌烧杯并且冷却至少10分钟，冷却完后再往烧杯内加入30g所述的滑石粉，然后加温搅拌至少5分钟，因为此时的水分已经全部和玉米淀粉发生糊化反应，加入滑石粉后，滑石粉不与水反应只是与淀粉糊物理接触。滑石粉均匀混合后，对烧杯进行冷却，冷却到常温后就得到一种胶粘剂。然后对灌木粉进行烘干，使得所述灌木粉含水率不高于5%，取850g烘干后的灌木粉与胶粘剂搅拌混合，搅拌混合30分钟直至混合均匀，混合均匀后就得到了植物类复合材料。然后对植物类复合材料进行热软化处理，热软化温度在50℃至70℃之间，同时使得植物类复合材料含水率降到25%以下。模具型腔内涂抹脱模助剂，在模助剂以及胶粘剂内氢氧化钠的作用下可以有效防止植物类复合材料与模具型腔内壁黏贴。然后利用推杆将软化后的植物类复合材料高压高速的挤注到模具型腔内，让所述的植物类复合材料充满模具型腔，冲填的量使得最终产品的密度达到900kg/CBM。挤注完成后让模具型腔密闭，然后加热所述的模具到150℃，在加热3分钟后，植物类复合材料就会在模具内表层固化，这时让模具微动，微动的频率在3秒至5秒之间，微动让模具的前模与后模之间产生0.05毫米至0.1毫米的位移，让模具型腔内的气体与多余压力排出。微动时，所述的推杆与所述的模具联动，保持推杆对所述模具型腔内的压力。当模具型腔内气体完全排出让内外压力一致时停止微动以及加热，此时所述的植物类复合材料完全固化形成产品。整个模具加热的时间在12分钟左右。同时在整个加热过程中推杆要连续施压保证在模具内的植物类复合材料不回溢。模具冷却后，就可以打开前模和后模取出产品。产品密度为900kg/CBM，内结合强度0.924MPA，作为板材时静曲强度大于31 MPA，受潮变形率不大于3%。

实施例3，一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，首先将50g所述的大米淀粉，150g所述的蒸馏水，10g所述的氢氧化钠放入烧杯中搅拌，搅拌温度为45℃，搅拌时间3分钟，使得各物质均匀混合。然后在45℃至50℃的温度之间继续搅拌烧杯20分钟，使得淀粉发生糊化反应。淀粉完全糊化后停止加温搅拌烧杯并且冷却至少10分钟，冷却完后再往烧杯内加入20g所述的滑石粉，然后加温搅拌至少5分钟，因为此时的水分已经全部和大米淀粉发生糊化反应，加入滑石粉后，滑石粉不与水反应只是与淀粉糊物理接触。滑石粉均匀混合后，对烧杯进行冷却，冷却到常温后就得到一种胶粘剂。然后对秸秆屑进行烘干，使得所述秸秆屑含水率不高于5%，取700g烘干后的秸秆屑与胶粘剂搅拌混合，搅拌混合30分钟直至混合均匀，混合均匀后就得到了植物类复合材料。然后对植物类复合材料进行热软化处理，热软化温度在50℃至70℃之间，同时使得植物类复合材料含水率降到25%以下。模具型腔内涂抹脱模助剂，在模助剂以及胶粘剂内氢氧化钠的作用下可以有效防止植物类复合材料与模具型腔内壁黏贴。然后利用推杆将软化后的植物类复合材料高压高速的挤注到模具型腔内，让所述的植物类复合材料充满模具型腔，冲填的量使得最终产品的密度达到900kg/CBM。挤注完成后让模具型腔密闭，然后加热所述的模具到150℃，在加热3分钟后，植物类复合材料就会在模具内表层固化，这时让模具微动，微动的频率在3秒至5秒之间，微动让模具的前模与后模之间产生0.05毫米至0.1毫米的位移，让模具型腔内的气体与多余压力排出。微动时，所述的推杆与所述的模具联动，保持推杆对所述模具型腔内的压力。当模具型腔内气体完全排出让内外压力一致时停止微动以及加热，此时所述的植物类复合材料完全固化形成产品。整个模具加热的时间在12分钟左右。同时在整个加热过程中推杆要连续施压保证在模具内的植物类复合材料不回溢。模具冷却后，就可以打开前模和后模取出产品。产品密度为900kg/CBM，内结合强度0.88MPA，作为板材时静曲强度大于28 MPA，受潮变形率不大于3%。

实施例4，一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，首先将700g所述的糯米淀粉，2000g所述的蒸馏水，130g所述的氢氧化钠放入搅拌机中搅拌，搅拌温度为50℃，搅拌时间3分钟，使得各物质均匀混合。然后在45℃至50℃的温度之间继续在搅拌机中搅拌20分钟，使得淀粉发生糊化反应。淀粉完全糊化后停止加温搅拌搅拌机并且冷却至少10分钟，冷却完后再往搅拌机内加入260g所述的滑石粉，然后加温搅拌至少5分钟，因为此时的水分已经全部和糯米淀粉发生糊化反应，加入滑石粉后，滑石粉不与水反应只是与淀粉糊物理接触。滑石粉均匀混合后，对搅拌机进行冷却，冷却到常温后就得到一种胶粘剂。然后对乔木纤维进行烘干，乔木纤维可以是松木纤维、橡木纤维、杉木纤维的一种或几种，使得所述乔木纤维含水率不高于5%，取8000g烘干后的乔木纤维与胶粘剂搅拌混合，搅拌混合45分钟直至混合均匀，混合均匀后就得到了植物类复合材料。然后对植物类复合材料进行热软化处理，热软化温度在50℃至70℃之间，同时使得植物类复合材料含水率降到25%以下。模具型腔内涂抹脱模助剂，在模助剂以及胶粘剂内氢氧化钠的作用下可以有效防止植物类复合材料与模具型腔内壁黏贴。然后利用推杆将软化后的植物类复合材料高压高速的挤注到模具型腔内，让所述的植物类复合材料充满模具型腔，冲填的量使得最终产品的密度达到1300kg/CBM。挤注完成后让模具型腔密闭，然后加热所述的模具到150℃，在加热3分钟后，植物类复合材料就会在模具内表层固化，这时让模具微动，微动的频率在3秒至5秒之间，微动让模具的前模与后模之间产生0.05毫米至0.1毫米的位移，让模具型腔内的气体与多余压力排出。微动时，所述的推杆与所述的模具联动，保持推杆对所述模具型腔内的压力。当模具型腔内气体完全排出让内外压力一致时停止微动以及加热，此时所述的植物类复合材料完全固化形成产品。整个模具加热的时间在20分钟左右。同时在整个加热过程中推杆要连续施压保证在模具内的植物类复合材料不回溢。模具冷却后，就可以打开前模和后模取出产品。产品密度为1300kg/CBM，内结合强度1.62MPA，作为板材时静曲强度大于48MPA，受潮变形率不大于3%。

生产出来的产品形状由模具型腔确定，产品密度由冲填的量确定。由于采用推杆高压高速挤注，植物类复合材料被填充进去后会充盈在模具型腔内，即使模具型腔造型再复杂，植物类复合材料也能完美成型。在加热固化过程中采用微动技术，杜绝了植物类复合材料固化过程中的热缩现象，使得整个产品饱满且密度均匀。由于植物纤维本身的特性使得制造出来的产品具有非常优良的物理特性，无论是内结合强度、静曲强度、受潮抑制变形都十分优良，同时本产品也是一种完全无毒的产品，可以广泛的应用于生活领域，尤其是家具行业，不仅如此，凭借本产品优良的物理特性还可以应用于工业中。本产品生产简单，适合规模化生产，可以广泛的应用于各种生活工业领域中。

Claims (7)

1.一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，其特征为包括以下几个步骤：步骤A）: 以重量份计，将6份-8份的淀粉、15份-25份的水、1份-1.5份的氢氧化钠、2份-3份的滑石粉和75份-85份植物材料经过混合后形成植物类复合材料；步骤B）：对所述的植物类复合材料进行热软化处理，热软化温度在50℃至70℃之间，同时使得所述的植物类复合材料含水率降到25%以下；步骤C）：通过推杆将所述的植物类复合材料挤注到模具型腔内，让所述的植物类复合材料充满模具型腔，挤注完成后让模具型腔密闭，然后加热所述的模具到120℃至160℃之间，在加热时，当所述的植物类复合材料在所述的模具内表层固化后，让所述的模具微动排出在所述模具型腔内的气体，当所述模具型腔内气体完全排出让内外压力一致时停止微动以及加热，此时所述的植物类复合材料完全固化形成产品；步骤D）：分离所述模具的前模和后模，取出所述的产品。

2.根据权利要求1所述的一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，其特征为，在所述的步骤A中，以重量份计，将6份-8份所述的淀粉、15份-25份所述的水、1份-1.5份所述的氢氧化钠混合后搅拌，搅拌温度在30℃至50℃之间，搅拌时间在1分钟至3分钟之间，使得各物质均匀混合后再在50℃至100℃的温度之间继续搅拌18分钟至22分钟，直至所述的淀粉发生糊化反应，所述的淀粉完全糊化后停止搅拌并且冷却至少10分钟直至到常温，冷却完后再加入2份-3份所述的滑石粉，然后在至少50℃时搅拌至少5分钟，当所述的滑石粉均匀混合后停止加热进行冷却直至冷却到常温，冷却结束后就得到胶粘剂，然后对所述植物材料进行烘干，使得所述植物材料含水率不高于5%，然后取75份-85份所述植物材料与所述的胶粘剂混合，搅拌至少30分钟直至混合均匀，混合均匀后就得到了所述植物类复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，其特征为，在所述的步骤C中，所述微动的频率在3秒至5秒之间，微动让所述的模具的前模与后模之间产生0.05毫米至0.1毫米的位移，微动时，所述的推杆与所述的模具联动，保持推杆对所述模具型腔内压力。

4.根据权利要求1所述的一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，其特征为，在所述的步骤C中，当所述的植物类复合材料被挤注到模具前，先在所述模具型腔内涂抹脱模助剂。

5.根据权利要求1所述的一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，其特征为，在所述的步骤C中，当所述的模具被加热后，所述的推杆连续施压保证在所述模具内所述的植物类复合材料不回溢。

6.根据权利要求1所述的一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，其特征为，在所述的步骤C中，所述的模具的加热时间在5分钟至20分钟之间。

7.根据权利要求1或2或4或5中所述的一种植物纤维、粉、屑类复合材料挤注成型工艺，其特征为，所述的植物材料是乔木纤维或乔木粉或乔木屑或灌木纤维或灌木粉或灌木屑或秸秆纤维或秸秆粉或秸秆屑。