CN111393768A - 一种碳铝复合纤维增强pvc板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种碳铝复合纤维增强PVC板材及其制备方法，所述碳铝复合纤维增强PVC板材包括如下重量份数的组分：30‑40份PVC树脂，50‑60份填充剂，8‑10份硅酸铝纤维，1‑3份改性环氧树脂，0.3‑0.5份稳定剂，0.03‑0.05份增塑剂，0.03‑0.05份紫外线吸收剂。本发明具有防水和阻燃效果好，耐老化、力学性能优异的优点。

Description

一种碳铝复合纤维增强PVC板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种碳铝复合纤维增强PVC板材及其制备方法。
背景技术
PVC是一种非结晶、极性的高分子聚合物，软化温度和熔融温度较高，纯PVC一般须在160-210℃时才可塑化加工，由于大分子之间的极性键使PVC显示出硬而脆的性能。而且，PVC分子内含有氯的基团，当温度达到120℃时，纯PVC即开始出现脱HCl反应，会导致PVC热降解。
传统的建筑装修材料多为木板材、密度板、复合板、铝板等。实木板材耗资高，保养难，难以适应节能、环保政策，而且木材的硬度、韧性、质量差异较大，且防水、防火、防腐蚀、防霉、防虫蛀性能较差；密度板与复合板所含成分复杂，有害物质含量高，对人伤害较大，成为装修领域的一大弊端；铝材成本高，质软易变型。目前急需寻找一种材料代替木材、铝材、复合板材等，从而起到减少树木砍伐、保护环境的目的，并提高建筑装修材料的各方面性能。
随着工业技术的发展，对PVC材料进行加工作为建筑材料的使用也越加的广泛，比如作为门窗材料应用的PVC型材在近十余年得到了蓬勃发展，但现有技术中的大部分产品仍存在一定的质量问题，例如产品的耐候性差，老化后产品表面变色，以及老化后残余抗冲击强度及抗拉强度下降。有些变色还同时涉及到产品老化后的残余强度，这直接影响到产品的使用寿命。所以越来越多的人们希望能得到更高效高性能的建筑材料，比如作为门窗的PVC型材要求具有更高刚性、耐候性和耐高温性等。
除此之外，作为建筑装饰材料的PVC材料还需要有较高的阻燃性和防水防霉性能，以避免发生火灾，延长PVC材料的使用寿命。若板材防火性能较差，则会有较大的安全隐患。若遇到明火，导致板材迅速燃烧，则会造成严重的财产损失。此外，如果板材的耐高温效果较差，在高温情况下，板材长时间受热后，会产生一定的形变，对建筑物的稳定性产生极大的考验。
中国专利申请CN108485112A公开了一种环保防水阻燃PVC结皮家装板材，由PVC模板回收料80-85份、轻质碳酸钙20-25份、铅盐稳定剂10-15份、填料5-8份、氧化锌3-5份、发泡剂1-3份、钛白粉0.3-0.5份、石蜡4-6份、硬脂酸0.1-0.3份组成。该专利申请一种环保防水阻燃PVC结皮家装板材各组分配比合理，制备得到的PVC结皮家装板材耐腐蚀、耐老化、耐高温、耐酸碱、抗冲击、防火、防静电、隔音效果较好，但是该专利申请采用了铅盐稳定剂，有一定的毒性，而且板材的各方面性能有待进一步提高。
中国专利申请CN106366511A公开了一种含元明粉的轻质可降解PVC板材，由下列重量份的组分原料制成：聚氯乙烯100-120份、元明粉20-30份、复合稳定剂2-4份、硅酸铝纤维1-3份、氢化松香甲酯4-5份、肉豆蔻酸异丙酯0.2-0.4份、硅酸钙0.3-0.5份、明矾3-4份、磺丁醚环糊精1-2份，海泡石粉8-12份，马来酸二丁酯10-11份、苯胺水溶液20-21份、过氧化钠4-5份。该专利申请提高了PVC板材的耐水性、耐老化性、耐热性和粘结性，与塑料的结合力增强，提高了复合塑料的力学性能。但是该专利申请所用原料种类较多，成本较高，耐水、耐老化等性能有待进一步提高。
中国专利申请CN107353536A公开了一种用于门窗的高耐候聚氯乙烯型材，属于管材技术领域，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯60-70份、氯化聚氯乙烯14-16份、溴化环氧树脂5-9份、碳纤维11-15份、硅酸铝纤维8-10份、聚醚醚酮5-7份、氟橡胶9-11份、轻质碳酸钙18-20份、钛白粉12-14份、氧化锌6-8份、聚乙烯蜡2-4份、硬脂酸2-4份、ACR加工助剂7-11份、热稳定剂2-5份、增塑剂14-16份、抗氧剂1-2份；该专利申请还公开了一种用于门窗的高耐候聚氯乙烯型材的制备方法；该专利申请制备简单，耐冲击性能佳，具有较佳地耐候耐高温能力。但是，同样地，该专利申请所用原料种类较多，成本较高，而且该聚氯乙烯型材防水性和耐老化性能较差，力学性能也有待进一步增强。
因此，利用开发一种能解决上述技术问题的碳铝复合纤维增强PVC板材及其制备方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种防水和阻燃效果好，耐老化、力学性能优异的碳铝复合纤维增强PVC板材及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种碳铝复合纤维增强PVC板材，包括如下重量份数的组分：30-40份PVC树脂，50-60份填充剂，8-10份硅酸铝纤维，1-3份改性环氧树脂，0.3-0.5份稳定剂，0.03-0.05份增塑剂，0.03-0.05份紫外线吸收剂。
优选地，所述改性环氧树脂为碳纤维增强环氧树脂。
优选地，所述PVC树脂的粒径组成为15-30μm：60-90μm＝1-3:1。
优选地，所述硅酸铝纤维的直径为5-10μm，长度为3-5μm。
优选地，所述填充剂为活性碳酸钙、二氧化钛和滑石粉中的至少一种。
更优选地，所述填充剂为活性碳酸钙。
优选地，所述稳定剂为钙锌稳定剂和铅盐稳定剂中的至少一种。
更优选地，所述稳定剂为钙锌稳定剂。
更优选地，所述钙锌稳定剂为钙锌复合稳定剂R/MC618R(德国熊牌)和PVC环保钙锌稳定剂S5011常州佑德新材料科技有限公司中的至少一种。
优选地，所述增塑剂为己二酸二辛脂、乙二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯、对苯二甲酸二辛酯和偏苯三酸三辛酯中的至少一种。
更优选地，所述增塑剂为己二酸二辛脂、乙二酸二辛酯和对苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
更优选地，所述增塑剂为己二酸二辛脂和对苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
优选地，所述紫外线吸收剂为UV-9、UV-327和UV-532中的至少一种。
更优选地，所述紫外线吸收剂为UV-9。
本发明还涉及上述的碳铝复合纤维增强PVC板材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将紫外线吸收剂与增塑剂混合，得物质A；
(2)将硅酸铝纤维、改性环氧树脂与稳定剂混合，得物质B；
(3)将PVC树脂、填充剂与物质A、物质B混合，通过双螺杆押出机押出，再通过定型模具成型，冷却，即得。
优选地，步骤(3)中所述PVC树脂、填充剂与物质A、物质B的混合工艺为：将PVC树脂、填充剂与物质A、物质B混合，在100-130℃以300-400r/min搅拌5-10min，再在150-200℃以100-200r/min搅拌15-20min。
优选地，步骤(3)中所述双螺杆押出机的套筒有4个温度控制区，第一、第二、第三、第四温度控制区温度分别为160-170℃、175-180℃、185-190℃、190-200℃。
优选地，所述双螺杆押出机的合流芯温度为165-170℃。
优选地，所述双螺杆押出机的模头温度为140-240℃。
更优选地，所述双螺杆押出机的模头温度为180-220℃。
优选地，所述定型模具为高温定型600宽模具。
优选地，所述定型模具的上区定型温度为183-188℃，定型时间61-75s；下区定型温度为183-188℃，定型时间61-75s；左区定型温度为188-195℃，定型时间61-75s；右区定型温度为188-195℃，定型时间61-75s。
优选地，所述碳铝复合纤维增强PVC板材还包括5-10份助剂。
更优选地，所述助剂为玻璃纤维、碳化硅晶须和硬脂酸中的至少两种。
更优选地，所述助剂为玻璃纤维、碳化硅晶须和硬脂酸的混合物。
更优选地，所述玻璃纤维、碳化硅晶须和硬脂酸的质量比为1-3:2-4:1。
本发明还涉及上述的碳铝复合纤维增强PVC板材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将紫外线吸收剂与增塑剂混合，得物质A；
(2)将硅酸铝纤维、改性环氧树脂、稳定剂与助剂混合，得物质B；
(3)将PVC树脂、填充剂与物质A、物质B混合，通过双螺杆押出机押出，再通过定型模具成型，冷却，即得。
优选地，步骤(3)中所述PVC树脂、填充剂与物质A、物质B的混合工艺为：将PVC树脂、填充剂与物质A、物质B混合，在100-130℃以300-400r/min搅拌5-10min，再在150-200℃以100-200r/min搅拌15-20min。
优选地，步骤(3)中所述双螺杆押出机的套筒有4个温度控制区，第一、第二、第三、第四温度控制区温度分别为160-170℃、175-180℃、185-190℃、190-200℃。
优选地，所述双螺杆押出机的合流芯温度为165-170℃。
优选地，所述双螺杆押出机的模头温度为140-240℃。
更优选地，所述双螺杆押出机的模头温度为180-220℃。
优选地，所述定型模具为高温定型600宽模具。
优选地，所述定型模具的上区定型温度为183-188℃，定型时间61-75s；下区定型温度为183-188℃，定型时间61-75s；左区定型温度为188-195℃，定型时间61-75s；右区定型温度为188-195℃，定型时间61-75s。
本发明的有益效果是：
本发明采用了环氧树脂与硅酸铝纤维协同作用，板材的力学性能显著增强，同时提高了板材的防水、阻燃和耐老化性能。尤其是当环氧树脂为碳纤维增强环氧树脂时，各性能显著增强，防止板材变形、老化，延长了产品的使用寿命。
本发明优化了各组分及其配比，板材的力学性能、防水、阻燃、耐老化性能进一步增强。
本发明优化了PVC树脂的粒径和硅酸铝纤维的尺寸，板材的力学性能显著增强。
本发明添加了助剂并优化了其组成，当助剂为玻璃纤维、碳化硅晶须和硬脂酸中的至少两种时，与使用单一组分相比，板材的力学性能、防水、阻燃、耐老化性能进一步增强。
本发明的产品不含甲醛等有毒物质，健康环保，完全满足人们对居住环境的要求。
本发明产品在生产制造、加工安装及后期更换过程中无废料产生，可循环回收利用，不产生任何的工业及生活垃圾，对环境无污染。
本发明产品制备工艺简单，提高了生产效率，节约人工成本。
本发明优化了原料的混合工艺以及押出和定型工艺，有利于提高产品的力学性能、防水、阻燃和耐老化性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
本发明实施例1-5和对比例1、对比例3-6的碳纤维增强环氧树脂为回收的碳纤维增强环氧树脂鱼竿碎料，生产厂商为东莞市聚鑫盈复合材料科技有限公司。
实施例1
一种碳铝复合纤维增强PVC板材，包括如下重量份数的组分：30份(粒径15μm)PVC树脂，50份活性碳酸钙，8份硅酸铝纤维(直径为5μm，长度为3μm)，1份碳纤维增强环氧树脂，0.3份钙锌复合稳定剂R 501PLS/C(德国熊牌，生产厂家：百尔罗赫塑料添加剂(江苏)有限公司)，0.03份己二酸二辛脂，0.03份UV-9。
碳铝复合纤维增强PVC板材的制备方法包括如下步骤：
(1)将UV-9与己二酸二辛脂混合，得物质A；
(2)将硅酸铝纤维、碳纤维增强环氧树脂与钙锌稳定剂混合，得物质B；
(3)将PVC树脂、活性碳酸钙与物质A、物质B混合，在100℃以300r/min搅拌5min，再在150℃以100r/min搅拌15min，通过双螺杆押出机押出，第一、第二、第三、第四温度控制区温度分别为160℃、175℃、185℃、190℃，合流芯温度为165℃，模头温度为140℃，再通过定型模具成型，上区定型温度为183℃，定型时间61s；下区定型温度为183℃，定型时间61s；左区定型温度为188℃，定型时间61s；右区定型温度为188℃，定型时间61s，经0℃冷冻水冷却，即得。
实施例2
一种碳铝复合纤维增强PVC板材，包括如下重量份数的组分：40份(粒径30μm)PVC树脂，60份滑石粉，10份硅酸铝纤维(直径为10μm，长度为5μm)，3份碳纤维增强环氧树脂，0.5份PVC环保钙锌稳定剂SR-1090A(生产厂家：广州桂丰塑胶助剂有限公司)，0.05份乙二酸二辛酯，0.05份UV-327。
碳铝复合纤维增强PVC板材的制备方法包括如下步骤：
(1)将UV-327与乙二酸二辛酯混合，得物质A；
(2)将硅酸铝纤维、碳纤维增强环氧树脂与钙锌稳定剂混合，得物质B；
(3)将PVC树脂、滑石粉与物质A、物质B混合，在130℃以400r/min搅拌10min，再在200℃以200r/min搅拌20min，通过双螺杆押出机押出，第一、第二、第三、第四温度控制区温度分别为170℃、180℃、190℃、200℃，合流芯温度为170℃，模头温度为240℃，再通过定型模具成型，上区定型温度为188℃，定型时间75s；下区定型温度为188℃，定型时间75s；左区定型温度为195℃，定型时间75s；右区定型温度为195℃，定型时间75s，经0℃冷冻水冷却，即得。
实施例3
与实施例2的区别仅在于PVC树脂的粒径组成为30μm：60μm＝1:1，其余条件均相同。
实施例4
与实施例2的区别仅在于PVC树脂的粒径组成为30μm：90μm＝3:1，其余条件均相同。
实施例5
与实施例4的区别仅在于还包括7份助剂，所述助剂为玻璃纤维和碳化硅晶须的混合物，两者质量比1:2，其余条件均相同。
碳铝复合纤维增强PVC板材的制备方法包括如下步骤：
(1)将UV-327与乙二酸二辛酯混合，得物质A；
(2)将硅酸铝纤维、碳纤维增强环氧树脂、钙锌稳定剂与助剂混合，得物质B；
(3)将PVC树脂、滑石粉与物质A、物质B混合，在130℃以400r/min搅拌10min，再在200℃以200r/min搅拌20min，通过双螺杆押出机押出，第一、第二、第三、第四温度控制区温度分别为170℃、180℃、190℃、200℃，合流芯温度为170℃，模头温度为240℃，再通过定型模具成型，上区定型温度为188℃，定型时间75s；下区定型温度为188℃，定型时间75s；左区定型温度为195℃，定型时间75s；右区定型温度为195℃，定型时间75s，经0℃冷冻水冷却，即得。
对比例1
与实施例3的区别仅在于PVC树脂的粒径组成不同，具体为30μm：100μm＝1：1，其余条件均相同。
对比例2
与实施例2的区别仅在于碳纤维增强环氧树脂替换为等量的溴化环氧树脂，其余条件均相同。
对比例3
与实施例5的区别仅在于助剂用量不变，助剂为碳化硅晶须，其余条件均相同。
对比例4
与实施例5的区别仅在于助剂用量不变，助剂为玻璃纤维，其余条件均相同。
对比例5
与实施例5的区别仅在于步骤(3)原料混合工艺不同，其余条件均相同，具体如下：
(1)将UV-327与乙二酸二辛酯混合，得物质A；
(2)将硅酸铝纤维、PVC树脂、钙锌稳定剂与助剂混合，得物质B；
(3)将碳纤维增强环氧树脂、滑石粉与物质A、物质B混合，在130℃以400r/min搅拌10min，再在200℃以200r/min搅拌20min，通过双螺杆押出机押出，第一、第二、第三、第四温度控制区温度分别为170℃、180℃、190℃、200℃，合流芯温度为170℃，模头温度为240℃，再通过定型模具成型，上区定型温度为188℃，定型时间75s；下区定型温度为188℃，定型时间75s；左区定型温度为195℃，定型时间75s；右区定型温度为195℃，定型时间75s，经0℃冷冻水冷却，即得。
对比例6
与实施例5的区别仅在于步骤(3)双螺杆押出机的第一、第二、第三、第四温度控制区温度不同，其余条件均相同，具体如下：第一、第二、第三、第四温度控制区温度分别为190℃、185℃、180℃、175℃。
测试例1
实施例1-5和对比例1-6力学性能和耐老化性能测试。
测试方法为：耐老化性能测试方法参照GB/T 16422.2-2014中的循环1，30天后取出试样进行力学性能的测试，力学性能测试参照GB/T1040.2/1A/50-2006。
测试结果如表1所示。
表1实施例1-5和对比例1-6力学性能和耐老化性能测试结果
Figure BDA0002471804150000071
Figure BDA0002471804150000081
测试例2
实施例1-5和对比例1防水和阻燃性能测试，测试样品规格：1200mm*600mm*18mm。
防水性能测试方法参照GB/T 17657-2013，结果，实施例1-5的吸水厚度膨胀率为0。对比例1的吸水厚度膨胀率为3.2％。
阻燃性能测试方法参照GB 8624-2012，实施例1-5的燃烧性能为B1(B-s2，d0，t1)级以上。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种碳铝复合纤维增强PVC板材，其特征在于，包括如下重量份数的组分：30-40份PVC树脂，50-60份填充剂，8-10份硅酸铝纤维，1-3份改性环氧树脂，0.3-0.5份稳定剂，0.03-0.05份增塑剂，0.03-0.05份紫外线吸收剂。
2.根据权利要求1所述的碳铝复合纤维增强PVC板材，其特征在于，所述改性环氧树脂为碳纤维增强环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的碳铝复合纤维增强PVC板材，其特征在于，所述PVC树脂的粒径组成为15-30μm：60-90μm＝1-3:1，所述硅酸铝纤维的直径为5-10μm，长度为3-5μm。
4.根据权利要求1所述的碳铝复合纤维增强PVC板材，其特征在于，所述填充剂为活性碳酸钙、二氧化钛和滑石粉中的至少一种；所述稳定剂为钙锌稳定剂和铅盐稳定剂中的至少一种；所述增塑剂为己二酸二辛脂、乙二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯、对苯二甲酸二辛酯和偏苯三酸三辛酯中的至少一种；所述紫外线吸收剂为UV-9、UV-327和UV-532中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的碳铝复合纤维增强PVC板材，其特征在于，所述碳铝复合纤维增强PVC板材还包括5-10份助剂。
6.根据权利要求5所述的碳铝复合纤维增强PVC板材，其特征在于，所述助剂为玻璃纤维、碳化硅晶须和硬脂酸中的至少两种，优选地，所述助剂为玻璃纤维、碳化硅晶须和硬脂酸的混合物，三者质量比为1-3:2-4:1。
7.一种权利要求1-4任一项所述的碳铝复合纤维增强PVC板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将紫外线吸收剂与增塑剂混合，得物质A；
(2)将硅酸铝纤维、改性环氧树脂与稳定剂混合，得物质B；
(3)将PVC树脂、填充剂与物质A、物质B混合，通过双螺杆押出机押出，再通过定型模具成型，冷却，即得。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述PVC树脂、填充剂与物质A、物质B的混合工艺为：将PVC树脂、填充剂与物质A、物质B混合，在100-130℃以300-400r/min搅拌5-10min，再在150-200℃以100-200r/min搅拌15-20min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述双螺杆押出机的套筒有4个温度控制区，第一、第二、第三、第四温度控制区温度分别为160-170℃、175-180℃、185-190℃、190-200℃；所述双螺杆押出机的合流芯温度为165-170℃；所述双螺杆押出机的模头温度为140-240℃。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述定型模具为高温定型600宽模具；
所述定型模具的上区定型温度为183-188℃，定型时间61-75s；下区定型温度为183-188℃，定型时间61-75s；左区定型温度为188-195℃，定型时间61-75s；右区定型温度为188-195℃，定型时间61-75s。
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