CN110815429A - 一种红外辐射加热处理的板材复合方法 - Google Patents

一种红外辐射加热处理的板材复合方法 Download PDF

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Abstract

一种红外辐射加热处理的板材复合方法，属于复合板加工技术领域。本发明为了解决现有的复合基材表面致密光滑，使用普通的贴合方式不能实现贴面板的良好胶合的问题。本发明步骤一.制备复合基材，步骤二.进一步处理复合基材，将步骤一的复合基材放入红外辐射加热器中，采用红外辐射加热方式对复合基材表面进行加热处理，步骤三.涂胶与组坯，步骤四：热压成型。本发明将WF/HDPE复合板材放入红外辐射加热器中对未砂光的试材表面进行加热处理，使聚集在板材表面的塑料层熔化下沉，露出木纤维，解决了高分子聚合物表面致密光滑，胶体在表面无法实现物理或化学结合，导致表面装饰层无法牢固贴附于聚合物基材表面的问题。

Description

一种红外辐射加热处理的板材复合方法
技术领域
本发明涉及一种板材复合方法，属于复合板加工技术领域。
背景技术
市场上现存的常规人造板，如刨花板、纤维板、胶合板等均是由木材与粘结剂复合而成，其成本较高；而且使用的粘结剂常常含有甲醛，造成对环境的污染。而纤维增强热塑性聚合物生产过程环保，产品性能佳，能够对传统人造板实现替代。但由于原材料因素影响，其外表美观性差，限制了应用范围，因此对纤维增强热塑性复合材进行表面装饰能够扩大其使用范围，提升附加值。
由于复合基材一般使用不同含量木粉与高密度聚乙烯复合而成，其表面进行粘接装饰层时，由于复合基材板的表面致密光滑，采用常规的胶接方式生产的复合板的耐用度低，使用过程容易出现开裂，变形，且采用普通的工艺实现胶接后，表面装饰层的胶合强度低。
其中复合基材中聚合物为原生及回收型热塑性聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、工程塑料等；贴面装饰层为实木单板或生物质材料片材；增强纤维以天然纤维为主，主要包括木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维、秸秆纤维等天然存在的纤维，天然纤维具有质轻、高强、可降解等优点，在材料包装，室内装饰，户外装饰等领域得到了广泛的应用。贴面实木单板主要包括椴木、榉木、枫木、柚木、胡桃木、水曲柳、樱桃木、橡木、檀木等，天然板材不仅环保美观，更给人以环境亲和力，在室内高档装饰中得到广泛应用。
木塑板材主要成分是废弃的边角木粉、碎木和渣木，具有良好的钢度和韧性，能够钉、钻、磨、锯、刨、漆，而且不易变形，但是木塑复合板材表面受材料组成，并不美观，现有技术针对木塑复合板材表面不够美观，使用范围局限这一问题，一般采用贴面工艺处理并获得表面美观的韧性较好的复合板。
目前复合基材板的普遍生产工艺为挤出工艺，但由于工艺的客观原因，导致复合材表面覆有聚合物薄层结构，致密且光滑，导致贴面工艺存在一些问题：
1.复合基材板的表面致密光滑，工厂常规涂胶贴面无法实现良好的胶合效果；
2、工业化设备规模巨大，成本很高，为应对单一产品更换或另够加工设备耗资巨大，阻碍产品投入市场，限制了应用范围。
因此，亟需提出一种新的板材复合方法，减少加工设备投入，以提高复合贴面板的耐用度，防止其使用过程出现开裂、变形。
发明内容
本发明研发目的是为了解决现有的复合基材表面致密光滑，使用普通的贴合方式不能实现贴面板的良好胶合的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：一种红外辐射加热处理的板材复合方法，包括以下步骤：
步骤一.制备复合基材
称取生物质材料、热塑性材料和添加剂，混合均匀，然后将混合均匀的木粉、高密度聚乙烯和添加剂经造粒挤出得到大幅面的复合基材；
步骤二.进一步处理复合基材
将步骤一获得的复合基材放入红外辐射加热器中，采用红外辐射加热方式对复合基材表面进行加热处理，控制加热温度为140-200℃，加热时间为40-20s，待辐射加热处理的复合基材降温后，对复合基材表面进行砂光处理，并清理残余粉尘；
步骤三.涂胶与组坯
取步骤二加热处理后复合基材，对复合基材表面涂覆胶黏剂，施胶量为110g/m2，然后将贴面板平整铺装于涂有胶体的复合基材表面，并陈放10-15min；
步骤四：热压成型
将步骤三中，组坯后的复合材置于热压机中进行热压成型，然后冷压处理最终得到纤维增强热塑性聚合物贴面板；其中，热压机热压温度为80℃-90℃，热压压力为2-2.5MPa，热压时间为6-8min。
进一步地、步骤一中，生物质材料为麻类、秸秆粉碎料、草板或木粉其中的一种，热塑性材料为高密度聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯其中的一种。
进一步地、步骤一中生物质材料为木粉，热塑性材料为高密度聚乙烯，添加剂为聚酯增塑剂，其中木粉：高密度聚乙烯：聚酯增塑剂的比值为6：3.6：0.4。
进一步地、步骤一中添加剂为马来酸酐聚乙烯偶联剂，其中木粉：高密度聚乙烯：马来酸酐聚乙烯偶联剂的比值为6：3.6：0.4。
进一步地、步骤二中，复合基材表面进行砂光处理过程，采用320P砂纸，砂光量为0.1mm。
进一步地、步骤三中，胶黏剂为异氰酸酯交联乳白胶，其中乳白胶与异氰酸酯的比例为100：12。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明将WF/HDPE复合板材放入红外辐射加热器中对未砂光的试材表面进行加热处理，使聚集在板材表面的塑料层熔化下沉，露出木纤维，同时利于胶体流动渗入孔洞形成胶钉，解决了高分子聚合物表面致密光滑，胶体在表面无法实现物理或化学结合，导致表面装饰层无法牢固贴附于聚合物基材表面的问题；
2.利用本发明纤维增强聚合物复合材表面处理方式并采用本发明中的加工方式进行贴面处理，得到的材料能够实现表面牢固贴面，胶合强度高于普通聚合物复合基材贴面；
3.本发明在复合基材表面进行打磨处理，使得在基材打磨损耗量大大减少的前提下，整个胶粘层能够紧密贴合在复合基材表面，有效增大表面装饰层与复合基材的附着力，提高贴合板的耐用度；
4.通过本发明获得纤维增强热塑性聚合物贴面板，其贴面板的厚度较薄，产品加工过程效率高，生产速度快，并通过特定的制造工艺，使得贴面板的柔韧度较高，通过对复合基材的处理后进行胶粘，使得表面装饰层与复合基材之间不会出现开裂。
附图说明
图1是原始复合基材扫描电镜图片；
图2是采用红外辐射加热后的复合基材扫描电镜图片；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，包括以下步骤：
步骤一.称取生物质材料、热塑性材料和添加剂，混合均匀，然后将混合均匀的木粉、高密度聚乙烯和添加剂经造粒挤出得到大幅面的复合基材；
步骤二.将步骤一获得的复合基材放入红外辐射加热器中，采用红外辐射加热方式对复合基材表面进行加热处理，控制加热温度为140-200℃，加热时间为40-20s，待辐射加热处理的复合基材温度降到40℃以下，对复合基材表面进行砂光处理，并清理残余粉尘；
步骤三.取步骤二加热处理后复合基材，对复合基材表面涂覆胶黏剂，施胶量为110g/m2，然后将贴面板平整铺装于涂有胶体的复合基材表面，并陈放10-15min；
步骤四：将步骤三中，组坯后的复合材置于热压机中进行热压成型，然后冷压处理最终得到纤维增强热塑性聚合物贴面板；其中，热压机热压温度为80℃-90℃，热压压力为2-2.5MPa，热压时间为6-8min。
具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，包括以下步骤：
步骤一.称取木粉、高密度聚乙烯、马来酸酐聚乙烯偶联剂，混合均匀，然后将混合均匀的木粉、高密度聚乙烯和添加剂经造粒挤出得到大幅面的复合基材；其中，复合基材的具体制作方法如下：
(1)植物纤维预处理：将木材脚料用磨研机粉碎、过筛，制成80目的木粉，然后置于烘箱中干燥48小时，至含水量4.8％，随后将干燥后的木粉投放到搅拌器中，调节搅拌器的转动速度为60r/min，并加入丙烯酸丁酯、二甲基苯胺、过氧化苯甲酰和环氧大豆油,混合100min，取出混合后的木粉，将其投放到木粉加热炉中，将木粉升温至240℃并保持3-4h，使木粉与助剂丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、二甲基苯胺和环氧大豆油的混合料硬化，得到改性植物纤维粉；
环氧大豆油与丙烯酸丁酯、二甲基苯胺、过氧化苯甲酰相容性好，挥发性低、迁移性小，在本实施例中，环氧大豆油使木粉与助剂丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、二甲基苯胺混合后的热稳定性增强，且使得混合后的聚乙烯复合材料具有良好的耐水性能；
(2)挤出造粒：将步骤(2)所得高密度聚乙烯与抗氧化剂和润滑剂硬脂酸的混合料投放到挤出造粒主机中，将高密度聚乙烯融化为粘性液体，调整螺杆挤出机温度170℃，将步骤(1)获得的改性植物纤维粉加入已成为粘性液体的塑化熔融物中，在螺杆作用下，改性植物纤维粉在塑化熔融物中均匀分散，得到均一，分散程度较高的改性植物纤维粉、高密度聚乙烯并含有相关助剂的复合体系，随后通过切粒机挤出造粒，形成木粉-高密度聚乙烯复合材料粒料；
(3)成型：将步骤(2)制成的木粉-高密度聚乙烯复合材料粒加入到双螺杆挤出机中，升温到175℃，压力控制为8-10MPa，制成大幅面复合基材。
步骤二.将步骤一获得的复合基材放入红外辐射加热器中，采用红外辐射加热方式对复合基材表面进行加热处理，控制加热温度为140-200℃，加热时间为40-20s，待辐射加热处理的复合基材温度降到40℃以下，对复合基材表面进行砂光处理，并清理残余粉尘；
步骤三.对处理后的复合基材表面涂覆胶黏剂，施胶量为110g/m2，然后将贴面板平整铺装于涂有胶体的复合基材表面，并陈放10-15min；
步骤四：将步骤三中，组坯后的复合材置于热压机中进行热压成型，然后冷压处理最终得到纤维增强热塑性聚合物贴面板；其中，热压机热压温度为80℃-90℃，热压压力为2-2.5MPa，热压时间为6-8min。
具体实施方式三：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，基于具体实施方式二，步骤二中，将步骤一获得的复合基材放入红外辐射加热器中，采用红外辐射加热方式对复合基材表面进行加热处理，控制加热参数分别为：140℃/40s；160℃/30s；180℃/25s；200℃/20s，在本实施例中，对控制不同加热温度和加热时间参数制作的复合贴面板进行胶合强度试验并获得实验数据如下：
表1.不同红外加热参数下获取的复合题啊面板胶合强度试验数据表
Figure BDA0002273336090000051
由表1可知，采用异氰酸酯交联乳白胶做为胶体，采用具体实施方式二的方法制作形成的复合贴面板，未对复合基材作出任何处理，将贴面板平整铺装于涂有胶体的复合基材表面并进行热压成型后的复合贴面板的胶合强度值为0.43MPa，而采用具体实施方式二方法制作出来的复合贴面板其胶合强度随着对复合基材表面红外加热温度和时间控制，其胶合性能呈逐渐提升的趋势，直至控制红外表面加热温度为180℃，加热时间为25s时，复合贴面板的胶合强度值最高为2.87MPa，当加热温度大于180℃时，复合贴面板的校核强度降低到2.04MPa，可见步骤二中，将复合基材放入红外辐射加热器中，红外辐射加热对复合基材表面进行加热处理的最佳加热温度为180℃，加热时间为25s。
为了充分公开采用红外辐射加热处理的复合基材与贴面单板组成的复合贴面板的胶合效果最佳，在本实施方式中，对复合基材表面进行扫描获得扫描电镜SEM图，如图1和图2所示，其中图1是原始复合基材，未进行任何处理，作为参照例，图2为采用红外辐射加热后的复合基材，对比图2和图1可知，表面经红外加热后高密度聚乙烯熔融下沉，表层木纤维含量比例明显升高，从图2中能够观察到表层具有很多的木纤维，表面粗糙度较高，在180℃时，表面纤维结构最完整，暴露最均匀，更有利于胶液的流动并与木纤维进行粘接。
与此同时，对采用本实施方式方法获得的表面基材进行X射线光电子能谱测试，并获得表2，如下：
表2表面元素含量测试
Figure BDA0002273336090000061
经XPS测试可知，未处理试件表面由于覆盖了一层聚乙烯壳层，C：O＝97.67:2.33，表面经红外处理的试件氧含量明显提高，能够说明具有含氧官能团的纤维结构得到暴露，说明处理方式效果明显。
具体实施方式四：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，结合具体实施方式二，步骤四中，将步骤三中组坯后的复合材置于热压机中进行热压成型，然后冷压处理最终得到纤维增强热塑性聚合物贴面板；其中，热压机热压温度为80℃，热压压力为2MPa，热压时间为6min，具体热压参数如表3；
表3热压条件：
具体实施方式五：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，步骤一中，生物质材料为麻类、秸秆粉碎料、草板或木粉其中的一种，热塑性材料为高密度聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯其中的一种。
具体实施方式六：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，步骤一中生物质材料为木粉，热塑性材料为高密度聚乙烯，添加剂为聚酯增塑剂，其中木粉：高密度聚乙烯：聚酯增塑剂的比值为6：3.6：0.4。
具体实施方式七：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，步骤一中添加剂为马来酸酐聚乙烯偶联剂，其中木粉：高密度聚乙烯：马来酸酐聚乙烯偶联剂的比值为6：3.6：0.4。
具体实施方式八：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，步骤二中，复合基材表面进行砂光处理过程，采用320目砂纸，砂光量为0.1mm。
具体实施方式九：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，骤三中，胶黏剂为异氰酸酯交联乳白胶，其中乳白胶与异氰酸酯的比例为100：12。
具体实施方式十：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，步骤三中，胶黏剂为脲醛树脂胶粘剂，三聚氰胺树脂胶粘剂，聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂，聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂，热熔胶粘剂，橡胶类胶粘剂，蛋白质胶粘剂等木材加工胶粘剂
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (7)

1.一种红外辐射加热处理的板材复合方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一.制备复合基材
称取生物质材料、热塑性材料和添加剂，混合均匀，然后将混合均匀的木粉、高密度聚乙烯和添加剂经造粒挤出得到大幅面的复合基材；
步骤二.进一步处理复合基材
将步骤一获得的复合基材放入红外辐射加热器中，采用红外辐射加热方式对复合基材表面进行加热处理，控制加热温度为140-200℃，加热时间为40-20s，待辐射加热处理的复合基材降温后，对复合基材表面进行砂光处理；
步骤三.涂胶与组坯
取步骤二打孔处理后复合基材，对复合基材表面涂覆胶黏剂，施胶量为110g/m2，然后将贴面板平整铺装于涂有胶体的复合基材表面，并陈放10-15min；
步骤四：热压成型
将步骤三中，组坯后的复合材置于热压机中进行热压成型，然后冷压处理最终得到纤维增强热塑性聚合物贴面板；其中，热压机热压温度为80℃-90℃，热压压力为2-2.5MPa，热压时间为6-8min。
2.根据权利要求1所述的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，其特征在于：步骤一中，生物质材料为麻类、秸秆粉碎料、草板或木粉其中的一种，热塑性材料为高密度聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯其中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，其特征在于：步骤一中生物质材料为木粉，热塑性材料为高密度聚乙烯，添加剂为聚酯增塑剂，其中木粉：高密度聚乙烯：聚酯增塑剂的比值为6：3.6：0.4。
4.根据权利要求3所述的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，其特征在于：步骤一中添加剂为马来酸酐聚乙烯偶联剂，其中木粉：高密度聚乙烯：马来酸酐聚乙烯偶联剂的比值为6：3.6：0.4。
5.根据权利要求1所述的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，其特征在于：步骤二中，复合基材表面进行砂光处理过程，采用320P砂纸，砂光量为0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，其特征在于：步骤三中，胶黏剂为异氰酸酯交联乳白胶，其中乳白胶与异氰酸酯的比例为100：12。
7.根据权利要求1所述的一种红外辐射加热处理的板材复合方法，其特征在于：步骤三中，胶黏剂为脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺树脂胶粘剂、聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂、聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂、热熔胶粘剂、橡胶类胶粘剂或蛋白质胶粘剂。
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