CN111690238B - 抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料、应用及方法 - Google Patents

抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料、应用及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料，还涉及上述复合材料的制备方法。本发明的复合材料主要是由木粉、聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒进行挤出造粒、成型得到。本发明创造性的将复合材料与碳钢钢管结合，并且采用特定的制备工艺，比如在使用碳钢钢管之前对其进行预处理，增强碳钢钢管的附着力，防止其发生与塑木材料开裂的现象；使得最终获得的板材具有优异的抗弯性能、能很好的起到防止积水、防止发霉、防止开裂及断裂等作用。

Description

抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料、应用及方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料，还涉及上述复合材料的制备方法。
背景技术
目前，塑木厂家多采用如附图1结构的圆孔木塑地板，即长方体形的板体中，有多个圆柱体形的通道，形成空心木塑地板，其具有便于排水、便于空气流通的功能，同时还具有节省原料、轻便的特点，但是上述结构的塑木地板其抗弯性能差，用于长跨距时，容易断裂破损，而且其地板的圆孔主要是起到排水和空气流通的功能，便于木塑内部干燥，但是用于长跨距时，空心地板容易发生变形，甚至断裂，而且长跨距容易导致其内部圆孔出现积水，而且也无法有效实现空气流通，导致圆孔空心内部容易长时间积水，发霉，开裂等，进而严重影响其使用。而长跨距塑木大部分用于河面或者湖面上步行路面，发生弯曲断裂及发霉开裂等存在较大的安全隐患。
因此，需要针对上述的木塑地板进行改进，发明一种既能起到使空气流通、排水的作用又能够具有优异的抗弯性能、抗腐蚀型长跨距圆孔复合材料。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料；
同时本发明还提供了上述复合材料的应用，比如上述复合材料与20#碳钢无缝钢管结合，形成一体化的复合木塑板材，也是本发明所要保护的范围。
本发明创造性的采用无缝钢管，将其应用于长跨距木塑复合材料的制备中，无缝钢管的外径为25mm,壁厚2mm,两个圆孔中心的间距为5cm，长度为80cm，钢管的材质为20#碳钢。结合特殊的制备工艺，获得含20#碳钢钢管的长跨距木塑复合材料。
由于20#碳钢钢管能起到较好的排水和通气的功能，以及20#碳钢钢管对雨水有很强的耐腐蚀性，其长时间使用不会发生霉变和明细腐蚀，而且其参与大大增强了木塑复合材料的抗弯性能，用于长跨距板材不会产生明显变形现象。
但是20#碳钢钢管与塑木材料相结合，容易出现开裂的现象，为了增强20#碳钢钢管的附着力，避免其与塑木材料结合后出现的开裂现象，在20#碳钢钢管加工前进行磷化处理及特殊的环氧底漆进行处理，特地选用与金属基材高附着力的聚酚氧树脂作为主要的塑料成分，同时搭配聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚酯热熔胶，获得相容性及粘结力优良的塑木复合材料，可以用于80cm的长跨距板材长期使用。
具体的，本发明所提供的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料，主要是由木粉、聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒进行挤出造粒、成型得到。
上述的复合材料还包括助剂；
优选的，上述的助剂为相容剂、偶联剂、润滑剂、抗氧剂、紫外线吸收剂中的至少一种；
优选的，抗氧剂为抗氧剂1010；
优选的，紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-0。
上述的复合材料还包括填料，填料为炭黑或二氧化钛中的至少一种；
优选的，上述的复合材料还包括填料，填料为橡胶炭黑或纳米二氧化钛中的至少一种，填料的粒度为160～200目；
优选的，聚酯热熔胶，型号6150；
优选的，木粉的粒径为180～200目；
优选的，相容剂为马来酸酐接枝改性的高密度聚乙烯，型号为SZ11；
优选的，偶联剂为钛酸酯偶联剂KH-570；
优选的，润滑剂为硬脂酸；
优选的，20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯，型号3020。
上述的复合材料中，各原料的重量份数如下：
木粉18～32；聚酚氧树脂10～20；20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯20～35；聚酯热熔胶4～8；
优选的，木粉19～31；聚酚氧树脂11～19；20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯21～34；聚酯热熔胶5～8；
优选的，木粉20～30；聚酚氧树脂12～18；20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯22～33；聚酯热熔胶5～8；
优选的，木粉18～32；聚酚氧树脂10～20；20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯20～35；聚酯热熔胶4～8；填料7～14；相容剂1～3；偶联剂0.5～1.5；润滑剂0.5～2；抗氧剂1010 0.5～2；紫外线吸收剂UV-0 0.5～1.5；
优选的，上述的复合材料的制备方法如下：
①将木粉、聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒、填料及助剂在室温充分混合均匀，混合均匀后制成预混料；
②将①中的预混料挤出造粒；
③将②中制得的粒料挤出成型获得熔体复合材料；
优选的，②中机筒温度为230～240℃，螺杆转速为250～350rpm；
优选的，③中机筒温度为240～250℃，螺杆转速为5～12rpm；
优选的，上述的复合材料的制备方法如下：
①将木粉、聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒、填料及助剂在室温充分混合均匀，混合均匀后制成预混料；
②将①中的预混料挤出造粒；挤出造粒的条件如下：机筒温度为230～240℃，螺杆转速为250～350rpm；
③将②中制得的粒料挤出成型获得熔体复合材料；挤出成型的条件如下：机筒温度为240～250℃，螺杆转速为5～12rpm。
上述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料在塑木复合板材中的应用。
上述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材。
上述的板材，包含：由木粉、聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒进行挤出造粒、成型获得的复合材料；以及，碳钢无缝钢管；
优选的，所述碳钢无缝钢管优选为20#碳钢无缝钢管。
上述的20#碳钢无缝钢管在制作板材之前进行了如下步骤的表面前处理：
(1)采用具有金属表面除油、除锈、磷化、钝化作用的原料对钢管浸泡，晾干；
(2)将环氧富锌底漆主漆与固化剂混合均匀，再加入稀释剂稀释，对(1)中晾干后的钢管全浸泡，取出，室温干燥；
优选的，(1)中具有金属表面除油、除锈、磷化、钝化作用的原料为四合一磷化液；
(2)中，环氧富锌底漆主漆的锌含量为30％；
(2)中，环氧富锌底漆主漆与固化剂的质量比为8～12：1；优选的为10：1；
(2)中，全浸泡0.5～2min，室温下干燥45～50h；优选的，(2)中，全浸泡1min，室温下干燥48h。
上述的板材其结构如下：板材为长方体形，沿板材的长度方向上且位于板材的内部有多根碳钢无缝钢管，钢管之外的板材内由复合材料填充；
优选的，各碳钢无缝钢管形状和尺寸相同；
优选的，各碳钢无缝钢管之间相互平行且它们的中心线位于同一水平面上；
优选的，相邻碳钢无缝钢管之间的距离相等；
优选的，板材长度为80cm，宽度为22cm，无缝钢管外径为25mm,壁厚2mm,相邻两个碳钢无缝钢管端部纵向截面的中心之间的间距为5cm，钢管长度为80cm；
优选的，碳钢无缝钢管为4根。
上述的板材的制备方法，包括以下的步骤：
S1：钢管预处理：
(1)采用具有金属表面除油、除锈、磷化、钝化作用的原料对碳钢无缝钢管浸泡，晾干；
(2)将环氧富锌底漆主漆与固化剂混合均匀，再加入稀释剂稀释，对(1)中晾干后的碳钢无缝钢管全浸泡，取出，室温干燥；
(3)按照相邻碳钢无缝钢管纵向截面中心之间间隔4cm的间距并非放入的标准，将所述的碳钢无缝钢管放入宽度为20cm的模压成型模具中；
S2：制备复合材料：
①将木粉、聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒、填料及助剂在室温充分混合均匀，混合均匀后制成预混料；
②将①中的预混料挤出造粒；挤出造粒的条件如下：机筒温度为230～240℃，螺杆转速为250～350rpm；
③将②中制得的粒料挤出成型获得熔体复合材料；挤出成型的条件如下：机筒温度为240～250℃，螺杆转速为5～12rpm；
S3：将S2中获得的熔体复合材料注入模压成型模具，压力13.5Mpa,时间8-10min,冷却，定型，获得具有抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合板材。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的创新之一在于，采用了特定的原料，比如木粉、聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒制作了具有抗弯曲、抗腐蚀性能的复合材料；由于该复合材料中含有金属基材高附着力的聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯及聚酯热熔胶等，使得产品的相容性及粘结力优良，适于与钢管共同使得板材具有长跨距且抗弯曲性能佳；
(2)本发明创造性的将复合材料与碳钢钢管结合，并且采用特定的制备工艺，比如在使用碳钢钢管之前对其进行预处理，增强碳钢钢管的附着力，防止其发生与塑木材料开裂的现象；使得最终获得的板材具有优异的抗弯性能、能很好的起到防止积水、防止发霉、防止开裂及断裂等作用。
附图说明
图1为现有的圆孔塑木地板的结构示意图；
图2为实施例3中板材的结构示意图；
图中，1-第一钢管；2-第二钢管；3-第三钢管；4-第四钢管；5-复合材料；6-板材，7-圆孔。
具体实施方式
为了能使本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。
本发明所采用的原料型号、生产厂家/提供商家如下：
聚酚氧树脂，品牌PKHH，美国联合碳化物公司；
20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯，型号3020，台湾长春人造树脂厂有限公司；
聚酯热熔胶，型号6150，上海企佑化工材料有限公司；
相容剂为马来酸酐接枝改性的高密度聚乙烯，型号为SZ11，购自黄山贝诺科技有限公司；
偶联剂为钛酸酯偶联剂KH-570；
四合一磷化液购自济宁双顺新材料科技有限公司。
实施例1
制备复合材料，其步骤如下：
①将木粉、聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒、填料及助剂在室温充分混合均匀，混合均匀后制成预混料；
②将①中的预混料挤出造粒；机筒温度为230～240℃，螺杆转速为250～350rpm；
③将②中制得的粒料挤出成型获得熔体复合材料；机筒温度为240～250℃，螺杆转速为5～12rpm；
填料为橡胶炭黑，填料的粒度为200目；
木粉的粒径为180～200目；润滑剂为硬脂酸。
实施例2
20#碳钢无缝钢管在制作板材之前进行了如下步骤的表面前处理：
(1)采用具有金属表面除油、除锈、磷化、钝化作用的四合一磷化液对钢管浸泡，晾干；
(2)将环氧富锌底漆主漆与固化剂混合均匀，再加入稀释剂稀释，对(1)中晾干后的钢管全浸泡0.5～2min，室温下干燥45～50h，取出；环氧富锌底漆主漆的锌含量为30％；环氧富锌底漆主漆与固化剂的质量比为10：1。
实施例3
复合板材的制备方法如下：
S1：按照相邻碳钢无缝钢管纵向截面中心之间间隔4cm的间距并排平行放入的标准，将实施例2中经过预处理的碳钢无缝钢管放入宽度为22cm的模压成型模具中；
S2：将实施例1中获得的熔体复合材料注入模压成型模具，压力13.5Mpa,时间8-10min,冷却，定型，获得具有抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合板材。
实施例3中的板材，与市售的板材相比，最大的不同是采用了20#碳钢无缝钢管，而市售的板材中是在复合材料中设置圆柱体形的圆孔；显然的，本发明设置钢管后所起到的抗弯曲性能、防止霉变、防止弯曲断裂性能更优异。
板材6为长方体形，沿板材6的长度方向上且位于板材6的内部有四根碳钢无缝钢管，即第一钢管1、第二钢管2、第三钢管3、第四钢管4；第一钢管1、第二钢管2、第三钢管3、第四钢管4之外的板材内由复合材料填充；第一钢管1、第二钢管2、第三钢管3、第四钢管4的形状和尺寸相同；并且上述的所有钢管之间相互平行且它们的中心线位于同一水平面上；相邻碳钢无缝钢管之间的距离相等；板材长度为80cm，宽度为22cm，无缝钢管外径为25mm,壁厚2mm,相邻两个钢管端部纵向截面的中心的间距为5cm，钢管长度为80cm；碳钢无缝钢管为4根。
实施例4～8与实施例3的工艺相同，仅在复合材料的用量上各自略有不同，各原料的用量配比如表1所示：
表1实施例1、4～8中各原料的用量配比表(份)
Figure BDA0002572236410000091
Figure BDA0002572236410000101
本发明人在实验过程中，还对比了市售的其它同类产品，具体如下：
对比例1
使用市售普通空心塑木复合板材作为对比例1，型号FRS150H30，购自江苏福瑞森塑木科技股份有限公司。
实施例9
本发明的复合材料应用于板材之后，对其性能进行检测：
抗弯强度按照GB/T 24137-2009的标准中6.3.3部分进行检测；
抗腐蚀性分为防霉腐蚀和防锈腐蚀，其中防霉腐蚀按照所述防霉性能测试按照GB/T35469-2017的标准对圆孔内部进行防霉等级检测；
防锈测试依据如下方法：将塑木样品放入(23±2)℃、相对湿度(50±5)％的恒温恒湿箱下72h，然后放入鼓风烘箱(25℃)24h，此为一个循环，连续测试7个循环，观察经过处理后的钢管生锈情况及塑木圆孔有无开裂情况。耐常规温差性能测试依据下列方法进行，即(23±2)℃，5h→(-15±2)℃，5h→(23±2)℃，5h，15h为1个循环，按照上述温差循环连续做8个循环后观察塑木材料是否有裂纹、或开裂情况。
表2实施例与各对比例的板材性能比较表
Figure BDA0002572236410000102
Figure BDA0002572236410000111
实施例1、4～8中的板材的抗弯强度均大于120Mpa,由于20#碳钢无缝钢管的参与，其抗弯强度远远大于普通塑木板材，足以满足长跨距板材的抗弯要求；其圆孔的防锈性能在7个循环后均无任何锈蚀情况出现，而且钢管与塑木接触位置也无任何裂纹出现，在耐常规温差性能测试8个循环后，整个板面及断面均无裂纹出现，这说明本发明所采用的原料组合如聚酚氧树脂、20％玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒等与经过表面处理的钢管产生了较强的粘结力，能够满足该塑木复合材料基本的应用需求，其它力学性能也基本满足塑木复合材料的一般应用要求。

Claims (8)

1.抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材，其特征在于，包含：由木粉、聚酚氧树脂、20%玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒进行挤出造粒、成型获得的复合材料；以及，碳钢无缝钢管；
所述各原料的重量份数如下：木粉18～32；聚酚氧树脂10～20；20%玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯 20～35；聚酯热熔胶4～8；所述碳钢无缝钢管为20#碳钢无缝钢管；
所述20#碳钢无缝钢管在制作板材之前进行了如下步骤的表面前处理：
（1）采用具有金属表面除油、除锈、磷化、钝化作用的原料对钢管浸泡，晾干；
（2）将环氧富锌底漆主漆与固化剂混合均匀，再加入稀释剂稀释，对步骤（1）中晾干后的钢管全浸泡，取出，室温干燥；
所述步骤（1）中具有金属表面除油、除锈、磷化、钝化作用的原料为四合一磷化液；
所述步骤（2）中，环氧富锌底漆主漆的锌含量为30%；环氧富锌底漆主漆与固化剂的质量比为8～12：1；全浸泡时间0.5～2min，室温下干燥45～50h。
2.如权利要求1所述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材，其特征在于，所述的复合材料还包括助剂；所述的助剂为相容剂、偶联剂、润滑剂、抗氧剂、紫外线吸收剂中的至少一种；所述抗氧剂为抗氧剂1010；所述紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-0。
3.如权利要求2所述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材，其特征在于，所述的复合材料还包括填料，填料为橡胶炭黑或纳米二氧化钛中的至少一种，填料的粒度为160～200目；
所述聚酯热熔胶，型号6150；
所述木粉的粒径为180～200目；
所述相容剂为马来酸酐接枝改性的高密度聚乙烯，型号为SZ11；
所述偶联剂为钛酸酯偶联剂KH-570；
所述润滑剂为硬脂酸；
所述20%玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯，型号3020。
4.如权利要求3所述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材，其特征在于，所述的复合材料中，各原料的重量份数如下：填料7～14；相容剂1～3；偶联剂0.5～1.5；润滑剂 0.5～2；抗氧剂1010 0.5～2；紫外线吸收剂UV-0 0.5～1.5。
5.如权利要求4所述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材，所述的复合材料的制备方法如下：
①将木粉、聚酚氧树脂、20%玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒、填料及助剂在室温充分混合均匀，混合均匀后制成预混料；
②将①中的预混料挤出造粒；挤出造粒的条件如下：机筒温度为230～240℃，螺杆转速为250～350rpm；
③将②中制得的粒料挤出成型获得熔体复合材料；挤出成型的条件如下：机筒温度为240～250℃，螺杆转速为5～12rpm。
6.如权利要求5所述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材，其特征在于，所述的板材其结构如下：
板材为长方体形，沿板材的长度方向上且位于板材的内部有多根碳钢无缝钢管，钢管之外的板材内由复合材料填充；
各碳钢无缝钢管形状和尺寸相同；
各碳钢无缝钢管之间相互平行且它们的中心线位于同一水平面上；
相邻碳钢无缝钢管之间的距离相等。
7.如权利要求6所述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材，其特征在于，
所述的板材长度为80cm，宽度为22cm，无缝钢管外径为25mm, 壁厚2mm, 相邻的两根碳钢无缝钢管端部纵向截面的中心之间的间距为5cm，钢管长度为80cm；碳钢无缝钢管为4根。
8.如权利要求7所述的抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合材料的板材的制备方法，包括以下的步骤：
S1：钢管预处理：
（1）采用具有金属表面除油、除锈、磷化、钝化作用的原料对碳钢无缝钢管浸泡，晾干；
（2）将环氧富锌底漆主漆与固化剂混合均匀，再加入稀释剂稀释，对（1）中晾干后的碳钢无缝钢管全浸泡，取出，室温干燥；
（3）按照相邻碳钢无缝钢管纵向截面中心之间间隔5cm的间距并排平行放入的标准，将所述的碳钢无缝钢管置于宽度为22cm的成型模具中；
S2：制备复合材料：
①将木粉、聚酚氧树脂、20%玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯热熔胶颗粒、填料及助剂在室温充分混合均匀，混合均匀后制成预混料；
②将①中的预混料挤出造粒；挤出造粒的条件如下：机筒温度为230～240℃，螺杆转速为250～350rpm；
③将②中制得的粒料挤出成型获得熔体复合材料；挤出成型的条件如下：机筒温度为240～250℃，螺杆转速为5～12rpm；
S3：将S2中获得的熔体复合材料注入成型模具，冷却，定型，获得具有抗弯曲、抗腐蚀型长跨距圆孔塑木复合板材。
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