CN108099227A - 竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法及基于该方法制备得到的复合材料 - Google Patents

竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法及基于该方法制备得到的复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，按照重量百分比称取竹纤维为45%~75％，聚氯乙烯为10%~40％和淀粉为5%~15%，合计重量百分比为100％，本发明采用一对相互配合的成型辊，利用双螺杆输送机一，将聚氯乙烯熔融塑化挤出在成型辊上流延，两成型辊之间形成输送空间，然后将纤维材料均匀从另一成型辊表面输送空间，与聚氯乙烯熔膜接触，并在两成型辊的碾压下，层合成性能优异、质量稳定、成分均一的生物质复合材料。本制备方法有效解决了生产过程中的竹纤维与聚氯乙烯共混后纤维易缠结、结块、成团、吸水导致不均匀输送困难的问题，使竹纤维/聚氯乙烯复合材料的生产效率提高，成本低，易于加工。

Description

竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法及基于该方法制备得 到的复合材料
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体地，涉及竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法及基于该方法制备得到的复合材料。
背景技术
木塑复合材料（Wood-Plastic Composites,WPC）是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的竹纤维、木粉、秸秆等废植物生物质纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。将塑料和木质粉料按一定比例混合后经热挤压成型的板材，称之为挤压木塑复合板材。
由于植物纤维与树脂基体表面性能不同，两者复合时界面粘接效果较差，从而导致复合材料各项性能的降低，影响了该复合材料的普及应用。另一方面，由于纤维与塑料基体之间较差的相容性，使得纤维的添加量受到严重的限制，现有木塑复合材料中，植物纤维的含量只有10~25wt%，这样种材料的生产成本仍较高，还有昂贵的添加剂成本，使得这种复合材料的市场价格相当于甚至高于通用塑料及实木，从而制约了一种植物纤维木塑复合材料的发展与应用。
以竹纤维与聚氯乙烯混合，生产出一种新型复合材料，可代替木材、塑料、金属等，广泛应用于各行各业。但是，竹纤维与聚氯乙烯共混后纤维易缠结、结块、成团、吸水导致不均匀输送困难的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，提供一种竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，有效解决了生产过程中的竹纤维与聚氯乙烯共混后纤维易缠结、结块、成团、吸水导致不均匀输送困难的问题，使竹纤维/聚氯乙烯复合材料的生产效率提高，易于加工。
本发明另一目的在于提供一种竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法制备得到的竹纤维/聚氯乙烯复合材料。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现：
公开的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，按照重量百分比称取竹纤维为45%~75％，硅烷偶联剂10%~15%，聚氯乙烯为10%~40％和淀粉为5%~15%，合计重量百分比为100％，其中制备方法包括以下步骤：
S1. 将竹材加工剩余物用粉碎机粉碎成80~100目的粉末，制得竹粉，再将竹粉用质量浓度为4%~5%的氢氧化钠溶液浸泡2~3小时，然后用清水洗涤至中性，取出后于70~80℃烘干至含水率<4%；
S2. 将聚氯乙烯一、淀粉和硅烷偶联剂放在双螺杆输送机一中，通过熔融塑化挤出在成型辊一上，将聚氯乙烯一压合呈成熔融状态的聚氯乙烯熔膜A；
同时，将竹纤维材料加入到气动输送机中，通过成型辊一和成型辊二初步压合，所述竹纤维材料在聚氯乙烯一的上方，所述成型辊一和成型辊二加热至130~140℃，将压合后的聚氯乙烯熔膜A和竹纤维材料输送至成型辊二和成型辊三间；调整成型辊二和成型辊三之间的压力至60~80MPa，使竹纤维材料完全与聚氯乙烯熔膜A结合；
S3. 将聚氯乙烯二放在双螺杆输送机二中，将聚氯乙烯二通过熔融塑化挤出在成型辊四上，通过成型辊四与成型辊五压合，所述成型辊四与成型辊五加热到150~170℃，将聚氯乙烯二压合呈成熔融状态的聚氯乙烯熔膜B；随着成型辊五和成型辊六配合转动，将压合聚氯乙烯熔膜A、竹纤维与聚氯乙烯熔膜B成为一体；压合成竹纤维/聚氯乙烯复合材料；
其中，所述双螺杆输送机一和双螺杆输送机二之间设置有加湿器，双螺杆输送机一的下方的成型辊一；所述气动输送机、成型辊二和成型辊三由上到下依次设置；所述成型辊一与成型辊二的表面形成输送通道；所述成型辊二与成型辊三相配合转动；
所述双螺杆输送机二的下方设置成型辊四，所述成型辊四与成型辊五配合转动；所述成型辊五的下方设置与成型辊五相配合的成型辊六；所述双螺杆输送机一和双螺杆输送机二均包括挤出机和流延模具，所述挤出机的出口与所述流延模具的入口连通。
进一步地，步骤S3所述压合的压力为90~120MPa。
本发明的另一目的在于公开由上述竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法生产的竹纤维/聚氯乙烯复合材料。
本发明的另一目的在于公开竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法生产的竹纤维/聚氯乙烯复合材料应用于建筑领域。
本发明的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，解决纤维易缠结、结块、成团、吸水导致均匀输送困难的问题，采取直接强制送料、减少输送路径、利用具有成型辊的特殊结构的圆柱面分散纤维料，将竹纤维盒聚氯乙烯熔膜碾压层合在一起，得到性能优异、质量稳定的生物质复合材料。
本发明的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的连续生产系统可以智能控制待复合材料的输送速度和待复合材料的状态，能有效控制复合后的复合材料的质量，达到使用性能。
本发明采用一对相互配合的成型辊，利用双螺杆输送机将聚氯乙烯熔融塑化挤出在成型辊上流延，两成型辊之间形成输送空间，然后将纤维材料均匀从另一成型辊表面输送空间，与聚氯乙烯熔膜接触，并在两成型辊的碾压下，层合成性能优异、质量稳定、成分均一的生物质复合材料。
本发明通过控制待复合材料的输送速度、成型辊旋转速度、各成型辊之间的间隙，来有效控制复合材料的厚度，从而控制生物质复合材料的性能。
本复合材料中的竹纤维木粉加入量很大，有效降低了生产成本；可引入一定量的偶联剂后，克服了植物纤维与木纤维之间的极性相斥、结合效果差的缺点，对塑料或纤维进行表面改性，从而改善其界面相容性，提高木塑复合材料的力学性能。
本发明的连续生产系统的使用方法操作简单，产品生产稳定，效率高，适用于各种直压式复合材料的生产，应用范围广泛。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的提供的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，有效解决了生产过程中的竹纤维与聚氯乙烯共混后纤维易缠结、结块、成团、吸水导致不均匀输送困难的问题，使竹纤维/聚氯乙烯复合材料的生产效率提高，易于加工。
本发明的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，将聚氯乙烯与竹纤维分别通过可加热的滚筒，形成熔融状态，能有效控制竹纤维/聚氯乙烯复合材料的结合力，增加竹纤维和聚氯乙烯界面的相容性，通过调整输送速度、成型辊旋转速度、各成型辊之间的间隙，来有效控制复合材料的厚度，从而控制生物质复合材料的性能。
对竹纤维和淀粉的混合物进行处理，植物淀粉溶胀后具有一定的自粘性，淀粉在糊化后会具有糊状滑移性，使用淀粉作为胶粘剂解决了植物纤维、粉本身不具有延展性的问题。大多数植物都具有木质素，淀粉类黏胶物质会与植物纤维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，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。
通过本竹纤维/聚氯乙烯复合材料制成的产品可以完全代替市场上的木纤维复合类产品，还可以替代绝大多数实木产品，不仅可以用于制造一般家居生活领域的产品，还可以用于制造工业领域的产品。
附图说明
图1为本发明的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的连续生产系统的示意图。
其中，1-双螺杆输送机一、2-气动输送机、3-成型辊二、4-竹纤维材料、5-聚氯乙烯熔膜A、6-成型辊四、7-双螺杆输送机二、8-成型辊五、9-聚氯乙烯熔膜B、10-成型辊六、11-成型辊三、12-成型辊一、13-加湿装置，101-挤出机、102-流延模具。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的连续生产系统，包括聚氯乙烯熔膜成型装置一、竹纤维材料输送装置和聚氯乙烯熔膜成型装置二；熔膜成型装置一包括双螺杆输送机一1和设置在双螺杆输送机一1下方的成型辊一12。
竹纤维材料输送装置包括由上到下依次设置的输送机2、成型辊二3和成型辊三11；成型辊一12与成型辊二3的表面形成输送通道，成型辊二3的与成型辊三11相配合转动。
聚氯乙烯熔膜成型装置二包括双螺杆输送机二7、成型辊四6、成型辊五8和成型辊六10；成型辊四6与成型辊五8配合转动，成型辊五8的下方设置与成型辊五8相配合的成型辊六10。
双螺杆输送机一1和双螺杆输送机二7之间设置有加湿器13。本实施例的双螺杆挤出机一1和双螺杆挤出机二2包括挤出机101和流延模具102，挤出机101的出口与流延模具102的入口连通，流延模具102的下方设有成型辊一12。
其中，本实施了的成型辊均为空心圆筒，空心圆筒内部通过水、油或气体加热。为了加热熔膜成熔融状态，以便于竹纤维材料完全与聚氯乙烯熔膜紧密贴合。
实施例2
本实施例的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，按照重量百分比称取竹纤维为75g，硅烷偶联剂10g，聚氯乙烯为10g和淀粉为5g，将硅烷偶联剂，聚氯乙烯为和淀粉为组分平均分成两份，制备方法包括以下步骤：
S1. 将竹材加工剩余物用粉碎机粉碎成80~100目的粉末，制得竹粉，再将竹粉用质量浓度为4%~5%的氢氧化钠溶液浸泡2~3小时，然后用清水洗涤至中性，取出后于70~80℃烘干至含水率<4%；
S2. 将5g聚氯乙烯一、2.5g淀粉和5g硅烷偶联剂放在双螺杆输送机一1中中，通过熔融塑化挤出在成型辊一12上，同时，将竹纤维材料加入到气动输送机，通过成型辊一12和成型辊二3初步压合，竹纤维材料4在聚氯乙烯一的上方，将成型辊一12和成型辊二3加热至130℃，将压合后的聚氯乙烯一和竹纤维材料4输送至成型辊二3和成型辊三11间；调整成型辊二3和成型辊三11之间的压力60MPa，使竹纤维材料4完全与聚氯乙烯熔膜A5紧密结合；
S3. 将5g聚氯乙烯二、2.5g淀粉和5g硅烷偶联剂放在螺旋输送机双螺杆输送机二7中，通过熔融塑化挤出在成型辊四6上，通过成型辊四6与成型辊五8压合，成型辊四6与成型辊五8加热到170℃，将聚氯乙烯二压合呈成熔融状态的聚氯乙烯熔膜B9；随着成型辊五8和成型辊六10配合转动，压合聚氯乙烯熔膜A5、竹纤维材料4与聚氯乙烯熔膜B9成为一体。
实施例3
本实施例的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法与实施例2相似，其不同之处在于，按照重量百分比称取竹纤维为45g，硅烷偶联剂10g，聚氯乙烯为40g和淀粉为5g，将硅烷偶联剂，聚氯乙烯为和淀粉为组分平均分成两份，步骤S2的加热温度140℃，其余步骤与实施例2相同。
实施例4
本实施例的竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法与实施例2相似，其不同之处在于，按照重量百分比称取纤维为68g，硅烷偶联剂15g，聚氯乙烯为12g和淀粉为15g；将硅烷偶联剂，聚氯乙烯为和淀粉为组分平均分成两份，其中制备步骤S2的压力为80MPa，其余步骤与实施例2相同。通过本竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，调整待复合材料的输送速度、成型辊旋转速度、各成型辊之间的间隙，来有效控制复合材料的厚度，从而控制生物质复合材料的性能。本方法得到的生物质复合材料的各复合层间结合紧密，性能优异，质量稳定。
对实施例2~实施例4制备得到的竹纤维/聚氯乙烯复合材料进行性能测试，其测试结果见表1。
表1
拉伸强度（MPa） 冲击强度（MPa） 弯曲强度（MPa）
实施例2 19.5 4..8 11.3
实施例3 18.6 4.6 10.1
实施例4 20.6 4.9 11.3
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，按照重量百分比称取竹纤维为45%~75％，硅烷偶联剂10%~15%，聚氯乙烯为10%~40％和淀粉为5%~15%，合计重量百分比为100％，其中制备方法包括以下步骤：
S1. 将竹材加工剩余物用粉碎机粉碎成80~100目的粉末，制得竹粉，再将竹粉用质量浓度为4%~5%的氢氧化钠溶液浸泡2~3小时，然后用清水洗涤至中性，取出后于70~80℃烘干至含水率<4%；
S2. 将聚氯乙烯一、淀粉和硅烷偶联剂放在双螺杆输送机一中，通过熔融塑化挤出在成型辊一上，将聚氯乙烯一压合呈成熔融状态的聚氯乙烯熔膜A；
同时，将竹纤维材料加入到气动输送机中，通过成型辊一和成型辊二初步压合，所述竹纤维材料在聚氯乙烯一的上方，所述成型辊一和成型辊二加热至130~140℃，将压合后的聚氯乙烯熔膜A和竹纤维材料输送至成型辊二和成型辊三间；调整成型辊二和成型辊三之间的压力至60~80MPa，使竹纤维材料完全与聚氯乙烯熔膜A结合；
S3. 将聚氯乙烯二放在双螺杆输送机二中，将聚氯乙烯二通过熔融塑化挤出在成型辊四上，通过成型辊四与成型辊五压合，所述成型辊四与成型辊五加热到150~170℃，将聚氯乙烯二压合呈成熔融状态的聚氯乙烯熔膜B；随着成型辊五和成型辊六配合转动，将压合聚氯乙烯熔膜A、竹纤维与聚氯乙烯熔膜B成为一体；压合成竹纤维/聚氯乙烯复合材料；
其中，所述双螺杆输送机一和双螺杆输送机二之间设置有加湿器，双螺杆输送机一的下方的成型辊一；所述气动输送机、成型辊二和成型辊三由上到下依次设置；所述成型辊一与成型辊二的表面形成输送通道；所述成型辊二与成型辊三相配合转动；
所述双螺杆输送机二的下方设置成型辊四，所述成型辊四与成型辊五配合转动；所述成型辊五的下方设置与成型辊五相配合的成型辊六；所述双螺杆输送机一和双螺杆输送机二均包括挤出机和流延模具，所述挤出机的出口与所述流延模具的入口连通。
2.根据权利要求1所述竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述压合的压力为90~120MPa。
3.一种由权利要求1~2任意一项所述竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法生产的竹纤维/聚氯乙烯复合材料。
4.一种由权利要求1~2任意一项所述竹纤维/聚氯乙烯复合材料的制备方法生产的竹纤维/聚氯乙烯复合材料应用于建筑领域。
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