CN107778634A - 一种纤维增强生物质材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种纤维增强生物质材料及其制备方法，所述材料按质量百分数由以下组分构成：生物质原料5%~50%；热塑性塑料20%~80%；纤维原料5%~40%，其他辅料10%~30%，助剂0.5%~20%。该生物质材料经双螺杆造粒机加工切粒，获得生物质塑料母粒，再由型材挤出机或片材机，加工制备为生物质板材和片材。本发明的有益效果是：质感亲和、防水耐腐、不易老化、强度高、韧性好、耐折耐刮，既拥有天然木材的自然质感，又具备全塑料材料的强度和耐久性，是天然木材和全塑料材料的综合替代材料。

Description

一种纤维增强生物质材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种纤维增强生物质材料的制备方法与应用。
背景技术
目前市面上常见的主要是天然木材和全塑料材料，还有一部分为生物质复合材料。天然木材的限伐因环境保护的要求而越来越严格，同时由于人工采集和加工，使得其规模化产业水平不高且价格较贵，此外天然木材易霉变，不适于湿热环境下的户外使用，后续的“喷漆”防腐处理亦造成不环保。而全塑料材料避免了上述不足，其优点是耐水防腐，可批量生产，价格适中；但是塑料材料的质感生硬、易日光老化，不环保等问题仍然突出。因此，生物质复合材料是综合了天然木材和全塑料材料优点的替代材料，具有质感舒适、防水耐腐、可回收环保的特点，是目前市面上较为高档的常用材料。中国专利2014104758494和中国专利2017101029903均公开了一种生物质材料的制备及使用方法，但是以上两篇公开的专利依然存在较多不足：强度和韧性难保证；表面生硬；不耐折痕和刮擦。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种纤维增强生物质材料及其制备方法，生产的生物质材料提高了强度和韧性，质感舒适，耐折、耐刮擦。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种纤维增强生物质材料，其特征在于：所述材料按质量百分数由以下组分构成：生物质原料：5%~50%；热塑性塑料：20%~80%；纤维原料：5%~40%，其他辅料：10%~30%，助剂：0.5%~20%。
本发明的进一步改进在于：所述生物质原料包括农作物副产物秸秆、木粉、中药渣中的一种或多种的组合，其中农作物副产物可以是小麦、水稻、油菜等秸秆。
本发明的进一步改进在于：所述热塑性塑料为：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）中的一种或多种的组合。
本发明的进一步改进在于：所述纤维原料为：玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种。
本发明的进一步改进在于：所述其他辅料包括三元乙丙橡胶（EPDM）、热塑性弹性体（POE）、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体（SBS）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、滑石粉、碳酸钙、硅微粉、硅藻土、色母粒中的一种或多种的组合。
本发明的进一步改进在于：所述助剂包括马来酸酐接枝物、白油、硅酮、硬脂酸、硅烷偶联剂、偶氮二甲酰胺（AC发泡剂）、氧化锌、硬脂酸锌、抗紫外老化剂中的一种或多种的组合。
本发明是一种纤维增强生物质材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）将生物质原料研磨至20~120目，并置于105℃烘干4~8小时；
（2）将步骤（1）中处理好的生物质原料粉体与热塑性塑料、纤维原料、其他辅料和助剂按质量分数称量配混，混合均匀，其中生物质原料粉体5%~30%，热塑性塑料20%~50%，纤维原料5%~30%，其他辅料10%~20%，助剂：1%~10%；
（3）将步骤（2）配混后的各组分经双螺杆造粒机加工切粒，获得生物质塑料母粒；
（4）将步骤（3）中获得的生物质塑料母粒经型材挤出机或片材机，加工制备为生物质板材和片材。
本发明的有益效果是：（1）添加了纤维原料：玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种或多种的组合，提升了强度和刚度；（2）添加了三元乙丙橡胶（EPDM）、热塑性弹性体（POE）、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体（SBS）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、硅酮中的一种或多种的组合，提升了韧性，改善了表面硬度，质感舒适，耐折耐刮。
本发明制备的生物质材料质感亲和、防水耐腐、不易老化、强度高、韧性好、耐折耐刮擦，既拥有天然木材的自然质感，又具备全塑料材料的强度和耐久性，是天然木材和全塑料材料的综合替代材料。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1所示，本发明是一种纤维增强生物质材料，其特征在于：所述材料按质量百分数由以下组分构成：生物质原料：5%~50%；热塑性塑料：20%~80%；纤维原料：5%~40%，其他辅料：10%~30%，助剂：0.5%~20%；
其中：所述生物质原料包括农作物副产物秸秆、木粉、中药渣中的一种或多种的组合，其中，农作物副产物包括小麦、水稻、油菜等秸秆；
其中：所述热塑性塑料为：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）中的一种或多种的组合。
其中：所述纤维原料为：玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种。
其中：所述其他辅料包括三元乙丙橡胶（EPDM）、热塑性弹性体（POE）、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体（SBS）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、滑石粉、碳酸钙、硅微粉、硅藻土、色母粒中的一种或多种的组合。
其中：所述助剂包括马来酸酐接枝物、白油、硅酮、硬脂酸、硅烷偶联剂、偶氮二甲酰胺（AC发泡剂）、氧化锌、硬脂酸锌、抗紫外老化剂中的一种或多种的组合。
一种纤维增强生物质材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将生物质原料研磨至20~120目，并置于105℃烘干4~8小时；
（2）将步骤（1）中处理好的生物质原料粉体与热塑性塑料、纤维原料、其他辅料和助剂按质量分数称量配混，混合均匀，其中生物质原料粉体5%~30%，热塑性塑料20%~50%，纤维原料5%~30%，其他辅料10%~20%，助剂：1%~10%；
（3）将步骤（2）配混后的各组分经双螺杆造粒机加工切粒，获得生物质塑料母粒；
（4）将步骤（3）中获得的生物质塑料母粒经型材挤出机或片材机，加工制备为生物质板材和片材。
实施例一
本发明是一种纤维增强生物质材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将小麦秸秆研磨至80目，并置于105℃烘干4小时，备用；
（2）取烘干的小麦秸秆粉25%，40%聚乙烯，15%玻璃纤维，8%滑石粉，5%热塑性弹性体POE，3%马来酸酐接枝聚丙烯，2%硅酮，1.5%硬脂酸，0.5%抗紫外老化剂UV-531，按质量百分数称量配混后，置于1000转／分钟的高速混合机中充分混匀10分钟；
（3）将配混均匀的各组分原料经双螺杆造粒机熔融共混加工制备成“生物质塑料母粒”，加工温度为160℃~190℃；
（4）将上述获得的生物质塑料母粒经型材挤出机或片材机，加工制备为生物质板材和片材，加工温度为180℃~210℃。
采用本发明方法制备的生物质材料，经测试，拉伸强度达25.32 MPa；弯曲强度为35.72 MPa；弯曲模量为2600 MPa；悬臂梁缺口冲击强度达28 KJ／m2，相比于天然木材和全塑料材料，综合性能提升明显，自然室外环境下可使用8年。
实施例二
本发明是一种纤维增强生物质材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将80目木粉置于105℃烘干4小时，备用；
（2）取烘干的木粉20%，45%聚乙烯，15%玻璃纤维，5%三元乙丙橡胶（EPDM），8%滑石粉，2%硅酮，3%马来酸酐接枝聚丙烯，1.5%硬脂酸，0.5%抗紫外老化剂UV-531，按质量百分数称量配混后，置于1000转／分钟的高速混合机中充分混匀10分钟；
（3）将配混均匀的各组分原料经双螺杆造粒机熔融共混加工制备成“生物质塑料母粒”，加工温度为160℃~190℃；
（4）将上述获得的生物质塑料母粒经型材挤出机或片材机，加工制备为生物质板材和片材，加工温度为180℃~210℃。
采用本发明方法制备的生物质材料，经测试，拉伸强度达27.53 MPa；弯曲强度为34.68 MPa；弯曲模量为2700 MPa；悬臂梁缺口冲击强度达30 KJ／m2，相比于天然木材和全塑料材料，综合性能提升明显，自然室外环境下可使用10年。
实施例三
本发明是一种纤维增强生物质材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将小麦秸秆研磨至80目，并置于105℃烘干6小时，备用；
（2）取烘干的小麦秸秆粉20%，45%聚乙烯，17%碳纤维，5%热塑性弹性体POE，5%滑石粉，3%马来酸酐接枝聚丙烯，3%硅酮，1.5%硬脂酸，0.5%抗紫外老化剂UV-531，按质量百分数称量配混后，置于1000转／分钟的高速混合机中充分混匀10分钟；
（3）将配混均匀的各组分原料经双螺杆造粒机熔融共混加工制备成“生物质塑料母粒”，加工温度为160℃~190℃；
（4）将上述获得的生物质塑料母粒经型材挤出机或片材机，加工制备为生物质板材和片材，加工温度为180℃~210℃。
采用本发明方法制备的生物质材料，经测试，拉伸强度达28.14 MPa；弯曲强度为36.59 MPa；弯曲模量为3200 MPa；悬臂梁缺口冲击强度达35 KJ／m2；相比于天然木材和全塑料材料，综合性能提升明显，自然室外环境下可使用10年。
以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纤维增强生物质材料，其特征在于：所述材料按质量百分数由以下组分构成：生物质原料：5%~50%；热塑性塑料：20%~80%；纤维原料：5%~40%，其他辅料：10%~30%，助剂：0.5%~20%。
2.根据权利要求1所述一种纤维增强生物质材料，其特征在于：所述生物质原料包括农作物副产物秸秆、木粉、中药渣中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述一种纤维增强生物质材料，其特征在于：所述热塑性塑料为：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述一种纤维增强生物质材料，其特征在于：所述纤维原料为：玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种。
5.根据权利要求1所述一种纤维增强生物质材料，其特征在于：所述其他辅料包括三元乙丙橡胶、聚烯烃热塑性弹性体、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、滑石粉、碳酸钙、硅微粉、硅藻土、色母粒中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述一种纤维增强生物质材料，其特征在于：所述助剂包括马来酸酐接枝物、白油、硅酮、硬脂酸、硅烷偶联剂、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸锌、抗紫外老化剂中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述一种纤维增强生物质材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
（1）将生物质原料研磨至20~120目，并置于105℃烘干4~8小时；
（2）将步骤（1）中处理好的生物质原料粉体与热塑性塑料、纤维原料、其他辅料和助剂按质量分数称量配混，混合均匀，其中生物质原料粉体5%~30%，热塑性塑料20%~50%，纤维原料5%~30%，其他辅料10%~20%，助剂：1%~10%；
（3）将步骤（2）配混后的各组分经双螺杆造粒机加工切粒，获得生物质塑料母粒；
（4）将步骤（3）中获得的生物质塑料母粒经型材挤出机或片材机，加工制备为生物质板材和片材。
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