CN106827707B - 一种仿木木塑共挤型材制备方法 - Google Patents

一种仿木木塑共挤型材制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及木塑生产技术领域，尤其公开了一种仿木木塑共挤型材制备方法。常见木塑材料存在质地较脆，容易老化的问题，本发明在原料中添加高密度聚乙烯、乙烯丙烯酸共聚物、抗紫外线母粒和沙林树脂。制备过程中将一台挤出机的机头连接到另一台挤出机机筒，令两台挤出机同时熔融外层料，挤出至共挤模具形成外层。同时令第三台挤出机熔融芯层料，通过共挤模具形成芯层，再通过压花和打磨等几道工序得到成品。得到的木塑材料具有较好的拉伸性能、冲击性能和弯曲性能，内外层粘合力好。木塑材料表面能够抗紫外线、抗化学药品、抗磨损，老化速度慢，不易褪色。另外，材料表面更加自然生动，仿木效果更加逼真，更有层次感。

Description

一种仿木木塑共挤型材制备方法
技术领域
本发明涉及木塑生产技术领域，尤其涉及了一种仿木木塑共挤型材制备方法的设计。
背景技术
木塑材料是一种近几年才发展起来的一种新型环保材料，它是利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，与35％-70％左右的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压等塑料加工工艺，生产出的板材。然而，木塑材料也有无法忽视的缺点，最常见的问题就是耐热性和耐紫外线能力较差，在长时间处于强阳光下或过热环境时，木塑材料容易褪色变形，甚至开裂。同时由原料本身决定了木塑材料质地较脆，韧性不够，抗撞击性不强。另外，与原木材料相比，木塑材料颜色和花纹不自然，缺乏真实感。
发明内容
本发明针对现有技术中耐紫外线能力差、容易褪色变形、外观不自然的缺点，提供了一种仿木木塑共挤型材制备方法。
本发明解决了耐紫外线能力差、容易褪色变形、外观不自然的问题，本设计方案在原料中加入了抗紫外线母粒，用于在木塑材料表面形成保护层，阻隔紫外线。还在原料中添加了高密度聚乙烯，能够有效提高木塑材料的抗冲击能力，还添加了沙林树脂来增加木塑材料的耐磨损和耐化学药品的性能。以及选择添加乙烯丙烯酸共聚物作为增容剂，提高木塑材料的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能。利用添加颜色色母为木塑材料着色，减少材料因老化产生的颜色变化。同时利用压花和打磨工艺，令成品的木塑材料表面拥有立体逼真的花纹。
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：
一种仿木木塑共挤型材制备方法，包括以下步骤：
选用木粉50-65份，塑料25-35份，润滑剂1-5份，偶联剂1-5份，色粉1-5份作为芯层原料；选用分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯30-60份，沙林树脂20-40份，颜色色母2-6份，抗紫外线母粒2-6份；大于0份且不大于5份的乙烯丙烯酸共聚物，大于0份且不大于10份的聚丙烯作为外层原料；
第一步，将木粉、塑料、润滑剂、偶联剂、色粉经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到直径为2-3mm的芯层料粒子；
第二步，将高密度聚乙烯、沙林树脂、乙烯丙烯酸共聚物和聚丙烯经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到直径为2-3mm的外层功能粒子；
第三步，将外层功能粒子和抗紫外线母粒混合后分为两份，分别混合不同颜色的颜色色母，将充分混合后的粒子分别倒入两台挤出机的料斗，两台挤出机相互连接；两台挤出机分别对倒入的粒子进行加热熔融得到熔融的外层料，并将外层料高压推挤进入共挤模具；
第四步，将芯层料粒子加入第三台挤出机的定量加料斗，挤出机对芯层料粒子进行加热熔融，高压推挤进入共挤模具；共挤模具同时挤出芯层和外层，外层包裹在芯层表面，一起出口模。
其中，润滑剂用于在物料熔融挤出过程中降低融压，提高流动性，得到适宜的物料挤出速度；偶联剂可以提高木粉和塑料之间的界面状况，解决木粉在熔融的塑料中分散效果较差、流动性差、挤出成型困难等问题。分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯加工温度较低，能够有效避免加工过程中木粉的炭化，高密度聚乙烯分子链柔性好，变形能力强，能够有效提高木塑材料的抗冲击能力和弯曲强度。沙林树脂具有优异的低温抗冲击韧性，出色的抗磨损、耐刮磨性能，出色的抗化学物品性能，优异的熔体强度，同时沙林树脂本身无色透明，光泽柔和，十分适用于木塑表面材料的制备。颜色色母可以为木塑材料着色，同时能够有效保护木塑材料，减少因老化而造成的颜色变化。抗紫外线母粒能在木塑材料表面形成保护层，能够阻隔小于400nm波长的所有紫外线，对木塑材料老化具有抑制作用。
由于木纤维表面存在大量极性羟基，呈亲水性，而塑料表面呈疏水性，为使两者之间界面相容，采用乙烯丙烯酸共聚物进行化学改性，能够令得到的木塑材料的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能都有所提高。聚丙烯强度高于聚乙烯，加入聚丙烯能够增强木塑材料的强度。
作为优选，还包括第五步，将从共挤模具挤出成型的型材通过压花工艺压出花纹，经切割后再使用多道滚轮刷对型材表面进行打磨处理。第五步对刚挤出的型材表面进行打磨或抛光，使得型材表面呈现哑光或者亮光效果，满足不同的使用需求，同时去除在挤出过程中可能形成的毛刺。
作为优选，制备外层料使用的两台挤出机相互连接，其中一台挤出机的机头通过一个合流芯连接在另一台挤出机的机筒的靠近料斗一侧三分之一处。前一台挤出机向另一台挤出机输送已经熔融但颜色不同的物料，被连接的挤出机同时也在对从料斗加入的物料进行加热熔融，若是两台挤出机的连接处过于靠近料斗，通过料斗进入机筒的物料还没有彻底熔融软化，无法与另一种颜色物料进行混合；若是连接处太远离料斗，那么两种颜色的熔融物料可能尚未充分混合便被挤出，基础的木塑表面会有大面积色块，并不美观，因此总结经验后得到当连接处处于靠近料斗一侧三分之一处能够令两种颜色的物料充分混合，得到最佳效果。两台挤出机中熔融的物料颜色不同，当混合到一起后，在挤出时会在型材表面形成偏向于自然木料的花纹。
作为优选，压花工艺采用的花辊图案深度为0.5-3mm。花辊可以采用拉丝纹和年轮纹，这两种纹路完全仿照自然木材的特点，压出的花纹也更加自然逼真，或者采用具备特殊花纹的花辊，满足不同需求。花辊压出的图案高度能达到0.5-3mm，使木塑材料表面触感更加真实立体，外观更加自然生动。
作为优选，滚轮刷包括掺杂了硬质颗粒的一种或几种改性树脂制成的树脂条，树脂条缠绕在滚轮刷的金属滚轮上。根据需要，可以通过改变硬质颗粒的大小、种类和密度，以及树脂条的长短和直径等因素，自由组合出不同的滚轮刷，通过多道滚轮刷结合不同转动频率对材料表面的打磨，能够达到多种效果，如哑光、粗糙、光亮，细丝、条纹等，满足不同使用需求。
作为优选，制备芯层料粒子时，造粒机的塑化温度为150-220℃，剪切压强为20-30Mpa；制备外层功能粒子时，造粒机的塑化温度为150-200℃，剪切压强为20-30Mpa。在此温度和压强下，制备的粒子既保持性质稳定，又容易成型，不发生粘连。
作为优选，芯层料挤出时，挤出机的工作温度为140-210℃；制备和挤出外层料时，挤出机的工作温度为140-220℃。在此温度下，利于挤出的型材及时进行压花，保证了压制的花纹的清晰度和深度，同时避免了材料在离开挤出机后就软化变形。
作为优选，外层料制备和挤出时使用的挤出机为单螺杆挤出机；芯层料挤出时使用的挤出机为锥形双螺杆挤出机。单螺杆挤出机主要用于挤出软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料，可加工多种塑料制品，亦可用于熔融造粒。单螺杆挤出机不利于粉状原料的添加，相比之下双螺杆挤出机不会出现压力回流，能够加入粉状原料；因此使用锥形双螺杆挤出机来制备木粉占比较多的芯层料。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：制备木塑材料时，挤出过程顺滑不断裂，挤出的物料及时成型。得到的木塑材料具有较好的拉伸性能、冲击性能和弯曲性能。木塑材料表面能够抗紫外线、抗化学药品、抗磨损，老化速度慢，不易褪色。另外，材料表面更加自然生动，仿木效果更加逼真，更有层次感。
附图说明
图1是本发明实施例1型材纵截面示意图。
图2是本发明实施例1型材生产线示意图。
图3是本发明两台单螺杆挤出机连接示意图。
图4是两台单螺杆挤出机连接处横截面示意图。
图5是高密度聚乙烯含量对木塑弹性模量影响的变化曲线图。
图6是高密度聚乙烯含量对木塑弯曲强度影响的变化曲线图。
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1—合流芯。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，斜线部分表示外层，外层与外层之间为芯层。所需制备的一种仿木木塑共挤型材，包括芯层和外层，以重量份数计，芯层原料包括木粉55份，塑料30份，润滑剂5份，偶联剂5份，色粉5份；外层原料包括分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯53份，沙林树脂30份，颜色色母6份，抗紫外线母粒4份；外层包裹在芯层表面。外层原料还包括1份的乙烯丙烯酸共聚物，7份的聚丙烯。
润滑剂用于在物料熔融挤出过程中降低融压，提高流动性，得到适宜的物料挤出速度；偶联剂可以提高木粉和塑料之间的界面状况，解决木粉在熔融的塑料中分散效果较差、流动性差、挤出成型困难等问题。高密度聚乙烯分子链柔性好，变形能力强，能够有效提高木塑材料的冲击强度和弯曲强度。沙林树脂具有优异的低温抗冲击韧性，出色的抗磨损、耐刮磨性能，出色的抗化学物品性能，优异的熔体强度。
抗紫外线母粒能在木塑材料表面形成保护层，能够阻隔小于400nm波长的所有紫外线，对木塑材料老化具有抑制作用。本实施例中选用了4份的抗紫外线母粒，在整个外层原料中占4％的含量，此时得到的木塑材料对紫外线的阻隔效果能达到100％。抗紫外线母粒含量过小时，木塑材料表面易受紫外线侵蚀而老化，含量过大时造成浪费并且会造成木塑材料颜色浑浊。
如图2所示，以重量份数计，选用芯层原料和外层原料备用，
第一步，将木粉、塑料、润滑剂、偶联剂、色粉经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到直径为2-3mm的芯层料粒子；造粒机的塑化温度为175℃，剪切压强为25Mpa；
第二步，将高密度聚乙烯、沙林树脂、乙烯丙烯酸共聚物和聚丙烯经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到直径为2-3mm的外层功能粒子；造粒机的塑化温度为175℃，剪切压强为25Mpa；
第三步，将外层功能粒子和抗紫外线母粒混合后分为两份，分别混合不同颜色的颜色色母，将充分混合后的粒子分别倒入两台挤出机的料斗，两台挤出机相互连接；两台挤出机分别对倒入的粒子进行加热熔融得到熔融的外层料，并将外层料高压推挤进入共挤模具；使用的两台挤出机为单螺杆挤出机，挤出机的工作温度为165℃；
第四步，将芯层料粒子加入第三台挤出机的定量加料斗，挤出机对芯层料粒子进行加热熔融，高压推挤进入共挤模具；使用的挤出机为锥形双螺杆挤出机，挤出机的工作温度为165℃；共挤模具同时挤出芯层和外层，外层包裹在芯层表面，一起出口模。
第五步，将从共挤模具挤出成型的型材通过压花工艺压出花纹，经切割后再使用多道滚轮刷对型材表面进行打磨处理。压花工艺采用的花辊图案深度为2.5mm。滚轮刷包括掺杂了硬质颗粒的一种或几种改性树脂制成的树脂条，树脂条缠绕在滚轮刷的金属滚轮上。
如图3所示，两台单螺杆挤出机通过合流芯1连接，其中一台单螺杆挤出机的机头连接合流芯1进口，合流芯1出口与另一台单螺杆挤出机的机筒的靠近料斗一侧三分之一处相连接，使两台单螺杆挤出机内的物料能够流通。与合流芯进口连接的挤出机向另一台挤出机输送已经熔融但颜色不同的物料，与合流芯出口连接的挤出机同时也在对加入的物料进行加热熔融，若是两台挤出机的连接处过于靠近料斗，通过料斗进入机筒的物料还没有彻底熔融软化，无法与另一种颜色物料进行混合；若是连接处太远离料斗，那么两种颜色的熔融物料可能尚未充分混合便被挤出，基础的木塑表面会有大面积色块，并不美观，因此总结经验后得到当连接处处于靠近料斗一侧三分之一处能够令两种颜色的物料充分混合，得到最佳效果。两台挤出机中熔融的物料颜色不同，当混合到一起后，在挤出时会在型材表面形成偏向于自然木料的花纹。
如图4所示，合流芯1呈漏斗状。两台单螺杆挤出机对倒入的粒子进行加热和熔融，一台单螺杆挤出机内的熔融物料通过合流芯1流通到另一台单螺杆挤出机的机筒中，混合之后得到熔融的外层料，两台挤出机中熔融的物料颜色不同，当混合到一起后，在挤出时会在型材表面形成偏向于自然木料的花纹。
实施例2
本实施例中制备的一种仿木木塑共挤型材，包括芯层和外层，以重量份数计，芯层原料包括木粉55份，塑料30份，润滑剂5份，偶联剂5份，色粉5份；外层原料包括分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯40份，沙林树脂40份，颜色色母5份，抗紫外线母粒5份；外层包裹在芯层表面。外层原料还包括5份的乙烯丙烯酸共聚物，5份的聚丙烯。
木、塑材料的复合过程中，由于木纤维表面存在大量极性羟基，呈亲水性，而塑料表面呈疏水性，为使两者之间界面相容，采用乙烯丙烯酸共聚物进行化学改性。原料中添加乙烯丙烯酸共聚物后，其中的羧基和木纤维的羟基发生酯化反应，降低了木纤维表面极性，减少了基体间的界面能差从而改善了其界面相容性，使得木塑材料性能加以提升。乙烯丙烯酸共聚物的提高也能让复合材料的熔体流动速率得以提高，从而有利于木塑材料的挤出。
本实施例中，外层原料中乙烯丙烯酸共聚物含量为5％，相比其它实施例，本实施例中木塑材料中木纤维分散的更加均匀，界面黏结性能更好，抗冲击性能更好，更加不易碎裂，弯曲强度和拉伸强度都较好，使用时更加不易断裂或变形。制备时，物料挤出过程更加顺滑，挤出速率更快。
其余皆与实施例1相同。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种仿木木塑共挤型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：选用木粉50-65份，塑料25-35份，润滑剂1-5份，偶联剂1-5份，色粉1-5份作为芯层原料；选用分子量范围为40000-300000的高密度聚乙烯30-60份，沙林树脂20-40份，颜色色母2-6份，抗紫外线母粒2-6份；大于0份且不大于5份的乙烯丙烯酸共聚物，大于0份且不大于10份的聚丙烯作为外层原料；
第一步，将木粉、塑料、润滑剂、偶联剂、色粉经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到直径为2-3mm的芯层料粒子；
第二步，将高密度聚乙烯、沙林树脂、乙烯丙烯酸共聚物和聚丙烯经充分混合后，通过造粒机熔融造粒得到直径为2-3mm的外层功能粒子；
第三步，将外层功能粒子和抗紫外线母粒混合后分为两份，分别混合不同颜色的颜色色母，将充分混合后的粒子分别倒入两台挤出机的料斗，两台挤出机相互连接；两台挤出机分别对倒入的粒子进行加热熔融得到熔融的外层料，并将外层料高压推挤进入共挤模具；制备外层料使用的两台挤出机相互连接，其中一台挤出机的机头通过一个合流芯(1)连接在另一台挤出机的机筒的靠近料斗一侧三分之一处；
第四步，将芯层料粒子加入第三台挤出机的定量加料斗，挤出机对芯层料粒子进行加热熔融，高压推挤进入共挤模具；共挤模具同时挤出芯层和外层，外层包裹在芯层表面，一起出口模。
2.根据权利要求1所述的一种仿木木塑共挤型材的制备方法，其特征在于：还包括第五步，将从共挤模具挤出成型的型材通过压花工艺压出花纹，经切割后再使用多道滚轮刷对型材表面进行打磨处理。
3.根据权利要求2所述的一种仿木木塑共挤型材的制备方法，其特征在于：压花工艺采用的花辊的图案深度为0.5-3mm。
4.根据权利要求2所述的一种仿木木塑共挤型材的制备方法，其特征在于：滚轮刷包括掺杂了硬质颗粒的一种或几种改性树脂制成的树脂条，树脂条缠绕在滚轮刷的金属滚轮上。
5.根据权利要求1所述的一种仿木木塑共挤型材的制备方法，其特征在于：制备芯层料粒子时，造粒机的塑化温度为150-220℃，剪切压强为20-30MPa；制备外层功能粒子时，造粒机的塑化温度为150-200℃，剪切压强为20-30MPa。
6.根据权利要求1所述的一种仿木木塑共挤型材的制备方法，其特征在于：芯层料挤出时，挤出机的工作温度为140-210℃；制备和挤出外层料时，挤出机的工作温度为140-220℃。
7.根据权利要求1所述的一种仿木木塑共挤型材的制备方法，其特征在于：外层料制备和挤出时使用的挤出机均为单螺杆挤出机；芯层料挤出时使用的挤出机为锥形双螺杆挤出机。
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