CN106380768A - 一种木塑复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木塑复合材料，由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料60～70份、改性木粉80～100份、剑麻纤维3～5份、石墨8～12份、导热陶瓷10～15份、改性滑石粉4～6份、碳酸钙晶须5～7份、硬脂酸0.4～0.8份、聚乙烯蜡1～3份、魔芋粉3～7份、增韧剂1～4份、聚磷酸铵0.2～0.4份、稀土复合稳定剂0.1～0.3份。本发明具有力学性能好且吸水率低等优点，是一种很好发展前途的木塑复合材料。

Description

一种木塑复合材料
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料，属于复合材料技术领域。
背景技术
木塑复合材料(Wood-Plastic Composites，WPC)是以热塑性塑料作为基体，以经过预处理的植物粉末或木纤维作为填料或增强体，按一定比例与添加所需的各种助剂进行混合，经过挤出、层压、模压或者注塑的方式制备成的一种复合材料。其具有较好的弹性模量、抗压、抗弯曲、耐用等性能，同时还具有原料资源化、成本经济化、产品可塑化、使用环保化和回收再生化等特点。因此，木塑复合材料在许多领域都有着广泛的应用。
目前，有关木塑复合材料的研究着重在于改善界面相容性和改善加工工艺以获得力学性能、加工性能更为优良的材料，以满足各种应用领域的需要。中国专利公开号为CN105082303 A公开了名为“一种高强度木塑复合材料的制备方法”的专利，该制备方法主要是利用果胶酶溶液处理木质材料来改善木塑复合材料的力学强度。虽然其能获得一定的强度，但是还不能令人满意。同时其吸水率比较大，容易产生复合材料中的木粉发霉和机械强度显著下降等。因此，继续探索与研究木塑复合材料的力学性能是必要的。
发明内容
针对上述现有技术中木塑复合材料的力学性能差和吸水率比较大的技术问题，本发明所要解决的技术问题是提出了一种力学性能好且吸水率低的木塑复合材料。
一种木塑复合材料，由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料60～70份、改性木粉80～100份、剑麻纤维3～5份、石墨8～12份、导热陶瓷10～15份、改性滑石粉4～6份、碳酸钙晶须5～7份、硬脂酸0.4～0.8份、聚乙烯蜡1～3份、魔芋粉3～7份、增韧剂1～4份、聚磷酸铵0.2～0.4份、稀土复合稳定剂0.1～0.3份。
优先地，
一种木塑复合材料，由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料65份、改性木粉90份、剑麻纤维4份、石墨10份、导热陶瓷12份、改性滑石粉5份、碳酸钙晶须6份、硬脂酸0.6份、聚乙烯蜡2份、魔芋粉5份、增韧剂3份、聚磷酸铵0.3份、稀土复合稳定剂0.2份。
所述的改性塑料是由以下重量份配比的各组分制成：废弃塑料60～80份、废弃橡胶10～15份、聚丙烯6～8份、引发剂1～3份、聚异丁烯基丁二酸酐6～8份、马来酸酐4～8份。
优选地，
所述的改性塑料是由以下重量份配比的各组分制成：废弃塑料70份、废弃橡胶12份、聚丙烯7份、引发剂2份、聚异丁烯基丁二酸酐7份、马来酸酐6份。
所述的改性塑料是按照以下步骤制备得到：
1)将废弃塑料60～80份、废弃橡胶10～15份、聚丙烯6～8份、引发剂1～3份、聚异丁烯基丁二酸酐6～8份、马来酸酐4～8份加入球磨机球磨混匀，其中，球磨机转速为200～300r/min、球磨时间为15～20min；
2)将经步骤1)处理得到的混合料利用双螺杆挤出造粒，其中，挤出机转速为20～30r/min，挤出温度为150～160℃，即可得到改性塑料。
所述的改性木粉是按照以下步骤制备得到：
1)先将100份木粉粉碎成100～120目，然后用40～60℃、质量分数3～5％的氢氧化钠与乙醇组成的碱醇溶液浸泡4～5h，再置于转速为200～300r/min的球磨机上球磨15～20min；最后加入质量分数3～5％的乙酸将pH值调至为5～7，抽滤，烘干，得到改性木粉1；
2)先将100份木粉粉碎成100～120目，并加入到60～70℃、质量分数6～8％的丙烯酸树脂溶液中，搅拌1～2h，抽滤，烘干，得到改性木粉2；
3)先将100份木粉粉碎成100～120目，并依次加1～3份硅酸钠、1～3份甲基硅酸钠和2～4份桐油，然后置于转速为200～300r/min的球磨机上球磨40～60min，抽滤，烘干，得到改性木粉3；
4)将改性木粉1、2、3混合均匀后，加2～4份的氟硅烷偶联剂，并置于频率为30～40KHz超声机上超声15～20min，即可得到改性木粉。
所述的导热陶瓷为氧化铝-氮化铝陶瓷，按照以下步骤制备得到：
1)将纯度为99.9％以上的氧化铝和氮化铝原始粉末按1∶1的重量比配料，加入无水乙醇，湿式球磨混合6～8h，烘干后在1200℃大气气氛中预烧6h；
2)在步骤1)制得的粉末中，加入无水乙醇，再湿式球磨混合8～10h，烘干后添加2～5％的BaCu(B2O5)和2～4％的Y2O3混合均匀；
3)在步骤2)制得的粉末中，添加用量占粉末总质量的3％且质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，并造粒后，再压制成型；
4)先在550～600℃大气气氛中，排胶4h，再升温至1250～1300℃大气气氛中烧结4h，最后自然冷却至室温，粉碎成200～300目，即可得到导热陶瓷粉体。
所述的改性滑石粉是按照以下步骤制备得到：
1)在滑石粉中加入无水乙醇，并用湿式球磨混合6～8h，烘干后在1000℃大气气氛中煅烧6h，自然冷却至室温，粉碎成200～300目；
2)在步骤1)制得的粉末中，依次加入0.4～0.8份硅烷偶联剂和0.1～0.3份十二烷基苯磺酸钠，球磨混合6～8h，即可得到改性滑石粉。
所述的引发剂为过氧化二异丙苯；所述的增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用聚异丁烯基丁二酸酐和马来酸酐来改善木塑复合材料的界面相容性，克服接枝单一酸酐的缺陷，更有利于木粉均匀分散于塑料中，从而提高塑料与木粉之间的相互作用，提高木塑复合材料的力学性能。同时还添加了废橡胶，既能更好的利用资源，又能提高木塑复合材料的力学强度。
2、本发明采用碱醇处理、树脂处理和复合处理(硅酸钠、甲基硅酸钠和桐油)，并结合氟硅烷偶联剂来改性木粉。多重改性处理木粉，不仅能够克服单一处理方法的缺陷，同时还能显著降低木塑复合材料的吸水率，使木塑复合材料在实际应用过程中减少霉菌的侵害，延长木塑复合材料的寿命。此外，更重要的是，多重改性处理木粉还大大地提高了木粉与塑料的相容性和界面亲和力，从而使木塑复合材料具有良好的力学性能。
3、导热陶瓷，不仅仅起到填充的作用，提高木塑复合材料的抗拉伸强度、弯曲强度、热稳定性等性能，还能改善材料的传热性能，提高木塑复合材料的结晶速率和结晶度，从而改善木塑复合材料的力学性能和吸水率，使其应用领域更广泛。
4、通过改性滑石粉，能改善木塑复合材料的界面结合状态，从而提高木塑复合材料的力学性能。此外，改性滑石粉在木塑复合材料结晶过程中起到了异相成核作用，降低了结晶过程中塑料分子链排列所需的能量，从而降低了木塑复合材料翘曲和变形的可能性。
具体实施方式
本发明提供一种木塑复合材料，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。
一种木塑复合材料，由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料60～70份、改性木粉80～100份、剑麻纤维3～5份、石墨8～12份、导热陶瓷10～15份、改性滑石粉4～6份、碳酸钙晶须5～7份、硬脂酸0.4～0.8份、聚乙烯蜡1～3份、魔芋粉3～7份、增韧剂1～4份、聚磷酸铵0.2～0.4份、稀土复合稳定剂0.1～0.3份；
所述的改性塑料是由以下重量份配比的各组分制成：废弃塑料60～80份、废弃橡胶10～15份、聚丙烯6～8份、引发剂1～3份、聚异丁烯基丁二酸酐6～8份、马来酸酐4～8份；
优选地，
所述的改性塑料是由以下重量份配比的各组分制成：废弃塑料70份、废弃橡胶12份、聚丙烯7份、引发剂2份、聚异丁烯基丁二酸酐7份、马来酸酐6份；
所述的改性塑料是按照以下步骤制备得到：
1)将废弃塑料60～80份、废弃橡胶10～15份、聚丙烯6～8份、引发剂1～3份、聚异丁烯基丁二酸酐6～8份、马来酸酐4～8份加入球磨机球磨混匀，其中，球磨机转速为200～300r/min、球磨时间为15～20min；
2)将经步骤1)处理得到的混合料利用双螺杆挤出造粒，其中，挤出机转速为20～30r/min，挤出温度为150～160℃，即可得到改性塑料。
所述的改性木粉是按照以下步骤制备得到：
1)先将100份木粉粉碎成100～120目，然后用40～60℃、质量分数3～5％的氢氧化钠与乙醇组成的碱醇溶液浸泡4～5h，再置于转速为200～300r/min的球磨机上球磨15～20min；最后加入质量分数3～5％的乙酸将pH值调至为5～7，抽滤，烘干，得到改性木粉1；
2)先将100份木粉粉碎成100～120目，并加入到60～70℃、质量分数6～8％的丙烯酸树脂溶液中，搅拌1～2h，抽滤，烘干，得到改性木粉2；
3)先将100份木粉粉碎成100～120目，并依次加1～3份硅酸钠、1～3份甲基硅酸钠和2～4份桐油，然后置于转速为200～300r/min的球磨机上球磨40～60min，抽滤，烘干，得到改性木粉3；
4)将改性木粉1、2、3混合均匀后，加2～4份的氟硅烷偶联剂，并置于频率为30～40KHz超声机上超声15～20min，即可得到改性木粉；
所述的导热陶瓷为氧化铝-氮化铝陶瓷，按照以下步骤制备得到：
1)将纯度为99.9％以上的氧化铝和氮化铝原始粉末按1∶1的重量比配料，加入无水乙醇，湿式球磨混合6～8h，烘干后在1200℃大气气氛中预烧6h；
2)在步骤1)制得的粉末中，加入无水乙醇，再湿式球磨混合8～10h，烘干后添加2～5％的BaCu(B2O5)和2～4％的Y2O3混合均匀；
3)在步骤2)制得的粉末中，添加用量占粉末总质量的3％且质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，并造粒后，再压制成型；
4)先在550～600℃大气气氛中，排胶4h，再升温至1250～1300℃大气气氛中烧结4h，最后自然冷却至室温，粉碎成200～300目，即可得到导热陶瓷粉体；
所述的改性滑石粉是按照以下步骤制备得到：
1)在滑石粉中加入无水乙醇，并用湿式球磨混合6～8h，烘干后在1000℃大气气氛中煅烧6h，自然冷却至室温，粉碎成200～300目；
2)在步骤1)制得的粉末中，依次加入0.4～0.8份硅烷偶联剂和0.1～0.3份十二烷基苯磺酸钠，球磨混合6～8h，即可得到改性滑石粉。
所述的引发剂为过氧化二异丙苯；所述的增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
实施例1
一种木塑复合材料，由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料65份、改性木粉90份、剑麻纤维4份、石墨10份、导热陶瓷12份、改性滑石粉5份、碳酸钙晶须6份、硬脂酸0.6份、聚乙烯蜡2份、魔芋粉5份、增韧剂3份、聚磷酸铵0.3份、稀土复合稳定剂0.2份。
实施例2
一种木塑复合材料，由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料60份、改性木粉80份、剑麻纤维3份、石墨8份、导热陶瓷10份、改性滑石粉4份、碳酸钙晶须5份、硬脂酸0.4份、聚乙烯蜡1份、魔芋粉3份、增韧剂1份、聚磷酸铵0.2份、稀土复合稳定剂0.1份。
实施例3
一种木塑复合材料，由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料70份、改性木粉100份、剑麻纤维5份、石墨12份、导热陶瓷15份、改性滑石粉6份、碳酸钙晶须7份、硬脂酸0.8份、聚乙烯蜡3份、魔芋粉7份、增韧剂4份、聚磷酸铵0.4份、稀土复合稳定剂0.3份。
对比例1(对比例1与实施例1的差别仅在于，对比例1中的塑料没有经过改性处理，而是直接用，其余的同实施例1)。
对比例2(对比例2与实施例1的差别仅在于，对比例2中的木粉没有经过改性处理，而是直接用，其余的同实施例1)。
对比例3(对比例3与实施例1的差别仅在于，对比例3中的滑石粉没有经过改性处理，而是直接用，其余的同实施例1)。
对比例4(对比例4与实施例1的差别仅在于，对比例4中没有添加导热陶瓷，其余的同实施例1)。
将上述实施例1-3、对比例1-4和背景技术(CN105082303A)制得的木塑复合材料采用现有技术进行测试，测试结果如下表1所示：
表1木塑复合材料性能测试结果
可以看出，不同类型制备的木塑复合材料相对背景技术而言，具有力学性能佳且吸水率低等优点，是很有发展前途的一种木塑复合材料。
当然，上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种木塑复合材料，其特征在于：由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料60～70份、改性木粉80～100份、剑麻纤维3～5份、石墨8～12份、导热陶瓷10～15份、改性滑石粉4～6份、碳酸钙晶须5～7份、硬脂酸0.4～0.8份、聚乙烯蜡1～3份、魔芋粉3～7份、增韧剂1～4份、聚磷酸铵0.2～0.4份、稀土复合稳定剂0.1～0.3份。
2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：由以下重量份配比的各组分制成：改性塑料65份、改性木粉90份、剑麻纤维4份、石墨10份、导热陶瓷12份、改性滑石粉5份、碳酸钙晶须6份、硬脂酸0.6份、聚乙烯蜡2份、魔芋粉5份、增韧剂3份、聚磷酸铵0.3份、稀土复合稳定剂0.2份。
3.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的改性塑料是按照以下步骤制备得到：
1)将废弃塑料60～80份、废弃橡胶10～15份、聚丙烯6～8份、引发剂1～3份、聚异丁烯基丁二酸酐6～8份、马来酸酐4～8份加入球磨机球磨混匀，其中，球磨机转速为200～300r/min、球磨时间为15～20min；
2)将经步骤1)处理得到的混合料利用双螺杆挤出造粒，其中，挤出机转速为20～30r/min，挤出温度为150～160℃，即可得到改性塑料。
4.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的改性木粉是按照以下步骤制备得到：
1)先将100份木粉粉碎成100～120目，然后用40～60℃、质量分数3～5％的氢氧化钠与乙醇组成的碱醇溶液浸泡4～5h，再置于转速为200～300r/min的球磨机上球磨15～20min；最后加入质量分数3～5％的乙酸将pH值调至为5～7，抽滤，烘干，得到改性木粉1；
2)先将100份木粉粉碎成100～120目，并加入到60～70℃、质量分数6～8％的丙烯酸树脂溶液中，搅拌1～2h，抽滤，烘干，得到改性木粉2；
3)先将100份木粉粉碎成100～120目，并依次加1～3份硅酸钠、1～3份甲基硅酸钠和2～4份桐油，然后置于转速为200～300r/min的球磨机上球磨40～60min，抽滤，烘干，得到改性木粉3；
4)将改性木粉1、2、3混合均匀后，加2～4份的氟硅烷偶联剂，并置于频率为30～40KHz超声机上超声15～20min，即可得到改性木粉。
5.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的导热陶瓷为氧化铝-氮化铝陶瓷，按照以下步骤制备得到：
1)将纯度为99.9％以上的氧化铝和氮化铝原始粉末按1∶1的重量比配料，加入无水乙醇，湿式球磨混合6～8h，烘干后在1200℃大气气氛中预烧6h；
2)在步骤1)制得的粉末中，加入无水乙醇，再湿式球磨混合8～10h，烘干后添加2～5％的BaCu(B2O5)和2～4％的Y2O3混合均匀；
3)在步骤2)制得的粉末中，添加用量占粉末总质量的3％且质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，并造粒后，再压制成型；
4)先在550～600℃大气气氛中，排胶4h，再升温至1250～1300℃大气气氛中烧结4h，最后自然冷却至室温，粉碎成200～300目，即可得到导热陶瓷粉体。
6.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于：所述的改性滑石粉是按照以下步骤制备得到：
1)在滑石粉中加入无水乙醇，并用湿式球磨混合6～8h，烘干后在1000℃大气气氛中煅烧6h，自然冷却至室温，粉碎成200～300目；
2)在步骤1)制得的粉末中，依次加入0.4～0.8份硅烷偶联剂和0.1～0.3份十二烷基苯磺酸钠，球磨混合6～8h，即可得到改性滑石粉。
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