CN110317465A - 一种高强度耐火木塑复合材料及其生产工艺 - Google Patents

一种高强度耐火木塑复合材料及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐火木塑复合材料及其生产工艺，属于复合材料技术领域，按重量份数计，包括以下成分：农作物秸秆粉30～60份、废旧塑料20～50份、陶粒50～80份、氢化松香5～8份、阻燃剂2～5份、耐火材料5～8份、抗氧剂2～5份、热稳定剂2～5份、聚乙二醇2～5份、相容剂2～5份和粘合剂10～15份。本发明通过使用氯丹酸酐、磷和石墨等非卤阻燃剂，增加复合材料的强度，能够承受更大的压力；同时添加阻燃剂能够有效阻止复合材料燃烧；采用二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品等酸性耐火材料，其抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，重复煅烧后体积不收缩，能够有效防止复合材料燃烧。

Description

一种高强度耐火木塑复合材料及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料及其生产工艺，特别是涉及一种高强度耐火木塑复合材料及其生产工艺，属于复合材料技术领域。
背景技术
木塑复合材料简称WPC是一种以生物质纤维和热塑性树脂为主要原料，再加入一些助剂着色剂、偶联剂和润滑剂)后通过挤出成型、模压成型、注塑成型等方式加工而成的环保型复合材料。木塑复合材料是一类涵盖面广、产品种类多、形态结构多样的基础性材料，具有优良的耐水和耐腐蚀性能以及可循环使用等优点。它极大地体现了我国发展“循环经济”和建设“节约型社会”的理念，大力发展这种环保型材料，既利于保护森林资源和石油资源，又可以为废旧塑料和废弃生物质资源的大规模综合利用开辟新的道路。生物质纤维/聚合物复合材料主要用于对结构性能要求较低的领域，如托盘、包装箱、汽车内饰基材、铺板、景观园林等行业，约占木塑复合用品总量的75％，然而由于天然纤维和各种聚合物都是易燃物质，因此复合材料十分容易燃烧，着火后不能自熄，属于易燃类材料，这使得它在应用过程中受到了限制，同时由于木塑复合材料是由物料混合后得到的，它的强度相对较低，承受的重力较小。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决现有技术的不足，提供一种高强度耐火木塑复合材料及其生产工艺。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种高强度耐火木塑复合材料，按重量份数计，包括以下成分：农作物秸秆粉30～60份、废旧塑料20～50份、陶粒50～80份、氢化松香5～8份、阻燃剂2～5份、耐火材料5～8份、抗氧剂2～5份、热稳定剂2～5份、聚乙二醇2～5份、相容剂2～5份和粘合剂10～15份。
优选的，农作物秸秆粉为小麦秸秆粉、水稻秸秆粉、玉米秸秆粉、薯类秸秆粉、油菜秸秆粉、棉花秸秆粉、甘蔗秸秆粉或者其它农作物秸秆粉中的一种或者多种，阻燃剂为氯丹酸酐、氢氧化铝、硼酸锌或者水镁石中的一种或者多种，耐火材料为二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品中的一种或者多种，抗氧剂为有机羧酸铜盐、硫代磷酸铜盐、硫代氨基甲酸铜盐、硫化烃硼酸铜盐或者二烷基二硫代磷酸锌中的一种或者多种，热稳定剂为2-乙基己酸盐、酚盐、苯甲酸盐、硬脂酸盐中的一种或者多种，相容剂为丙烯酸防水乳液、EVA树脂、恶唑啉接枝或者丙烯酸接枝中的一种或者多种。
优选的，农作物秸秆粉40～60份、废旧塑料30～50份、陶粒60～80份、氢化松香6～8份、阻燃剂3～5份、耐火材料6～8份、抗氧剂3～5份、热稳定剂3～5份、聚乙二醇3～5份和相容剂3～5份。
优选的，农作物秸秆粉50份、废旧塑料40份、陶粒70份、氢化松香80份、阻燃剂4份、耐火材料7份、抗氧剂4份、热稳定剂4份、聚乙二醇4份和相容剂4份。
优选的，所述农作物秸秆粉为以小麦秸秆粉为原料制得的产物。
优选的，所述农作物秸秆粉为以小麦秸秆粉为原料在氮气气氛中经过500℃处理8个小时后得到的产物。
优选的，所述阻燃剂为氯丹酸酐。
优选的，一种高强度耐火木塑复合材料生产工艺，包括以下步骤：
步骤1：将农作物秸秆粉、废旧塑料、陶粒、氢化松香、阻燃剂、耐火材料、抗氧剂、热稳定剂、聚乙二醇和相容剂按重量比称取后，在常温环境下以50-70r/min的速度搅拌8-15min；
步骤2：以90-150r/min的速度搅拌15-30min；
步骤3：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；
步骤4：将步骤3得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；
步骤5：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述高强度耐火木塑复合材料。
优选的，制备成的高强度耐火木塑复合材料，包括木塑复合材料层，所述木塑复合材料层的上表面由下到上依次铺设有第一粘合剂层和防磨层，所述木塑复合材料层的下表面由上到下依次铺设有第二粘合剂层和耐腐蚀层。
优选的，所述第一粘合剂层和第二粘合剂层均为同一种粘合剂，所述防磨层为二烷基二硫代磷酸锌，所述耐腐蚀层为二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品等酸性耐火材料。
本发明的有益技术效果：按照本发明的高强度耐火木塑复合材料及其生产工艺，使用氯丹酸酐、磷和石墨等非卤阻燃剂，可使用阻燃剂量大幅降低，从而改善塑料制品的加工性能和物理机械性能，增加复合材料的强度，能够承受更大的压力；同时添加阻燃剂能够有效阻止复合材料燃烧；采用二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品等酸性耐火材料，其抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，重复煅烧后体积不收缩，能够有效防止复合材料燃烧；添加聚乙二醇增稠剂提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度防止后期使用时，出现掉渣的弊端；二烷基二硫代磷酸锌具有良好的抗氧抗腐蚀性能及一定的抗磨性和抗极压性能，使复合材料在使用时能够延长使用寿命；陶粒重量轻，保温性能好，热损失小，有较高的抗渗能力和耐久性同时耐火性好，便于增强复合材料的耐火性；氢化松香具有抗氧性能好、脆性小、热稳定性高、颜色浅等特点，便于延长复合材料的使用寿命。
附图说明
图1为按照本发明的高强度耐火木塑复合材料的一优选实施例的剖视图。
图中：1-防磨层，2-第一粘合剂层，3-木塑复合材料层，4-第二粘合剂层，5-耐腐蚀层。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示的一种高强度耐火木塑复合材料，按重量份数计，包括以下成分：农作物秸秆粉30～60份、废旧塑料20～50份、陶粒50～80份、氢化松香5～8份、阻燃剂2～5份、耐火材料5～8份、抗氧剂2～5份、热稳定剂2～5份、聚乙二醇2～5份、相容剂2～5份和粘合剂10～15份，农作物秸秆粉为小麦秸秆粉、水稻秸秆粉、玉米秸秆粉、薯类秸秆粉、油菜秸秆粉、棉花秸秆粉、甘蔗秸秆粉或者其它农作物秸秆粉中的一种或者多种，阻燃剂为氯丹酸酐、氢氧化铝、硼酸锌或者水镁石中的一种或者多种，耐火材料为二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品中的一种或者多种，抗氧剂为有机羧酸铜盐、硫代磷酸铜盐、硫代氨基甲酸铜盐、硫化烃硼酸铜盐或者二烷基二硫代磷酸锌中的一种或者多种，热稳定剂为2-乙基己酸盐、酚盐、苯甲酸盐、硬脂酸盐中的一种或者多种，相容剂为丙烯酸防水乳液、EVA树脂、恶唑啉接枝或者丙烯酸接枝中的一种或者多种，农作物秸秆粉40～60份、废旧塑料30～50份、陶粒60～80份、氢化松香6～8份、阻燃剂3～5份、耐火材料6～8份、抗氧剂3～5份、热稳定剂3～5份、聚乙二醇3～5份和相容剂3～5份，农作物秸秆粉50份、废旧塑料40份、陶粒70份、氢化松香80份、阻燃剂4份、耐火材料7份、抗氧剂4份、热稳定剂4份、聚乙二醇4份和相容剂4份，农作物秸秆粉为以小麦秸秆粉为原料制得的产物，农作物秸秆粉为以小麦秸秆粉为原料在氮气气氛中经过500℃处理8个小时后得到的产物，阻燃剂为氯丹酸酐。
在本实施例中，如图1所示，制备成的高强度耐火木塑复合材料，包括木塑复合材料层3，木塑复合材料层3的上表面由下到上依次铺设有第一粘合剂层2和防磨层1，木塑复合材料层3的下表面由上到下依次铺设有第二粘合剂层4和耐腐蚀层5，第一粘合剂层2和第二粘合剂层4均为同一种粘合剂，防磨层1为二烷基二硫代磷酸锌，耐腐蚀层5为二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品等酸性耐火材料，采用粘合剂为了使木塑复合材料3与防磨层1和耐腐蚀层5粘合在一起，既能够增强材料后期使用时的防磨和耐腐蚀性能，又能够延长材料的使用寿命。
陶粒重量轻，保温性能好，热损失小，有较高的抗渗能力和耐久性同时耐火性好，便于增强复合材料的耐火性。
氢化松香具有抗氧性能好、脆性小、热稳定性高、颜色浅等特点，便于延长复合材料的使用寿命。
阻燃剂为氯丹酸酐与塑料及合成纤维的相容性好，不改变原有物质固有的优良性能，用量小、效果大，加工温度下不分解，成本低廉，能在较短的时间吸收火源所放出的一部分热量，阻止火焰燃烧。
耐火材料采用二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品，其抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，重复煅烧后体积不收缩，能够有效防止复合材料燃烧，同时增加材料的强度。
抗氧剂采用二烷基二硫代磷酸锌，二烷基二硫代磷酸锌具有良好的抗氧抗腐蚀性能及一定的抗磨性和抗极压性能，使复合材料在使用时能够延长使用寿命。
增稠剂为聚乙二醇提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度防止后期使用时，出现掉渣的弊端。
实施例1：
(1)将小麦秸秆粉在120摄氏度下烘烤4小时，使其含水率在3.5％以下。
(2)按重量份计，称取废旧塑料20份、陶粒50份、氢化松香5份、小麦秸秆粉30份、阻燃剂选用氯丹酸酐2份、耐火材料选用二氧化硅5份、抗氧剂选用二烷基二硫代磷酸锌2份、热稳定剂选用2-乙基己酸盐2份、聚乙二醇2份和相容剂选用丙烯酸防水乳液和EVA树脂2份。
(3)按加工步骤1：将上述原料加入到高速混合机中，在常温环境下以50-70r/min的速度搅拌8-15min；步骤2：再以90-150r/min的速度搅拌15-30min；步骤3：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；步骤4：将步骤3得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；步骤5：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述高强度耐火木塑复合材料。
实施例2：
(1)将小麦秸秆粉和玉米秸秆粉摄氏度下烘烤4小时，使其含水率在3.5％以下。
(2)按重量份计，称取废旧塑料30份、陶粒60份、氢化松香6份、小麦秸秆粉和玉米秸秆粉40份、阻燃剂选用氢氧化铝和水镁石3份、耐火材料选用粘土砖和碳砖6份、抗氧剂选用有机羧酸铜盐3份、热稳定剂选用酚盐和2-乙基己酸盐2份、聚乙二醇3份和相容剂选用EVA树脂和恶唑啉接枝3份。
(3)按加工步骤1：将上述原料加入到高速混合机中，在常温环境下以50-70r/min的速度搅拌8-15min；步骤2：再以90-150r/min的速度搅拌15-30min；步骤3：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；步骤4：将步骤3得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；步骤5：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述高强度耐火木塑复合材料。
实施例3：
(1)将小麦秸秆粉和油菜秸秆粉在120摄氏度下烘烤4小时，使其含水率在3.5％以下。
(2)按重量份计，称取废旧塑料40份、陶粒70份、氢化松香7份、小麦秸秆粉和油菜秸秆粉50份、阻燃剂选用硼酸锌4份、耐火材料选用二氧化硅和石墨制品7份、抗氧剂选用有二烷基二硫代磷酸锌和机羧酸铜盐4份、热稳定剂选用酚盐和苯甲酸盐3份、聚乙二醇4份和相容剂选用恶唑啉接枝4份。
(3)按加工步骤1：将上述原料加入到高速混合机中，在常温环境下以50-70r/min的速度搅拌8-15min；步骤2：再以90-150r/min的速度搅拌15-30min；步骤3：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；步骤4：将步骤3得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；步骤5：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述高强度耐火木塑复合材料。
实施例4：
(1)将小麦秸秆粉和甘蔗秸秆粉在120摄氏度下烘烤4小时，使其含水率在3.5％以下。
(2)按重量份计，称取废旧塑料50份、陶粒80份、氢化松香8份、小麦秸秆粉和甘蔗秸秆粉60份、阻燃剂选用氯丹酸酐和水镁石5份、耐火材料选用二氧化硅和碳化硅8份、抗氧剂选用有二烷基二硫代磷酸锌和机羧酸铜盐5份、热稳定剂选用硬脂酸盐和苯甲酸盐4份、聚乙二醇5份和相容剂选用丙烯酸接枝5份。
(3)按加工步骤1：将上述原料加入到高速混合机中，在常温环境下以50-70r/min的速度搅拌8-15min；步骤2：再以90-150r/min的速度搅拌15-30min；步骤3：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；步骤4：将步骤3得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；步骤5：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述高强度耐火木塑复合材料。
分别取实施例1～4中制备得到的相应木塑复合材料，分别测试在50摄氏度下的弯曲强度、拉伸强度，测得纯小麦秸秆粉制备的木塑复合材料综合性能最佳，且添加农作物秸秆粉50份、废旧塑料40份、陶粒70份、氢化松香7份、阻燃剂4份、耐火材料7份、抗氧剂4份、热稳定剂4份、聚乙二醇4份和相容剂4份制得的样品综合力学性能最好。
各实施例的木塑复合材料的弯曲强度、拉伸强度测试结果如下表1所示：
表1木塑复合材料的弯曲强度、拉伸强度测试结果
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的高强度耐火木塑复合材料，耐火材料采用二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品，其抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，重复煅烧后体积不收缩，能够有效防止复合材料燃烧，同时增加材料的强度，抗氧剂采用二烷基二硫代磷酸锌，二烷基二硫代磷酸锌具有良好的抗氧抗腐蚀性能及一定的抗磨性和抗极压性能，使复合材料在使用时能够延长使用寿命，增稠剂为聚乙二醇提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度防止后期使用时，出现掉渣的弊端。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度耐火木塑复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下成分：农作物秸秆粉30～60份、废旧塑料20～50份、陶粒50～80份、氢化松香5～8份、阻燃剂2～5份、耐火材料5～8份、抗氧剂2～5份、热稳定剂2～5份、聚乙二醇2～5份、相容剂2～5份和粘合剂10～15份。
2.如权利要求1所述的高强度耐火木塑复合材料，其特征在于，农作物秸秆粉为小麦秸秆粉、水稻秸秆粉、玉米秸秆粉、薯类秸秆粉、油菜秸秆粉、棉花秸秆粉、甘蔗秸秆粉或者其它农作物秸秆粉中的一种或者多种，阻燃剂为氯丹酸酐、氢氧化铝、硼酸锌或者水镁石中的一种或者多种，耐火材料为二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品中的一种或者多种，抗氧剂为有机羧酸铜盐、硫代磷酸铜盐、硫代氨基甲酸铜盐、硫化烃硼酸铜盐或者二烷基二硫代磷酸锌中的一种或者多种，热稳定剂为2-乙基己酸盐、酚盐、苯甲酸盐、硬脂酸盐中的一种或者多种，相容剂为丙烯酸防水乳液、EVA树脂、恶唑啉接枝或者丙烯酸接枝中的一种或者多种。
3.如权利要求1所述的高强度耐火木塑复合材料，其特征在于，农作物秸秆粉40～60份、废旧塑料30～50份、陶粒60～80份、氢化松香6～8份、阻燃剂3～5份、耐火材料6～8份、抗氧剂3～5份、热稳定剂3～5份、聚乙二醇3～5份和相容剂3～5份。
4.如权利要求3所述的高强度耐火木塑复合材料，其特征在于，农作物秸秆粉50份、废旧塑料40份、陶粒70份、氢化松香80份、阻燃剂4份、耐火材料7份、抗氧剂4份、热稳定剂4份、聚乙二醇4份和相容剂4份。
5.如权利要求4所述的高强度耐火木塑复合材料，其特征在于，所述农作物秸秆粉为以小麦秸秆粉为原料制得的产物。
6.如权利要求1所述的高强度耐火木塑复合材料，其特征在于，所述农作物秸秆粉为以小麦秸秆粉为原料在氮气气氛中经过500℃处理8个小时后得到的产物。
7.如权利要求4所述的高强度耐火木塑复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为氯丹酸酐。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的高强度耐火木塑复合材料生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将农作物秸秆粉、废旧塑料、阻燃剂、耐火材料、抗氧剂、热稳定剂、聚乙二醇和相容剂按重量比称取后，在常温环境下以50-70r/min的速度搅拌8-15min；
步骤2：以90-150r/min的速度搅拌15-30min；
步骤3：在100-115℃和70-100r/min的条件下搅拌15-30min，得到预混料；
步骤4：将步骤3得到的预混料投入捏合机，进行熔融，冷却后粉碎成粒径在1mm以下的颗粒或粉料待用；
步骤5：将粉碎后的颗粒或粉料注塑或模压成型制得所述高强度耐火木塑复合材料。
9.如权利要求8所述的一种高强度耐火木塑复合材料生产工艺，其特征在于，通过该方法制备成的高强度耐火木塑复合材料，包括木塑复合材料层(3)，所述木塑复合材料层(3)的上表面由下到上依次铺设有第一粘合剂层(2)和防磨层(1)，所述木塑复合材料层(3)的下表面由上到下依次铺设有第二粘合剂层(4)和耐腐蚀层(5)。
10.如权利要求9所述的一种高强度耐火木塑复合材料生产工艺，其特征在于，所述第一粘合剂层(2)和第二粘合剂层(4)均为同一种粘合剂，所述防磨层(1)为二烷基二硫代磷酸锌材料，所述耐腐蚀层(5)为二氧化硅、粘土砖、碳砖、石墨制品或碳化硅质制品等酸性耐火材料。
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