CN111703154A - 一种高强木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强木塑复合材料及其制备方法，该高强木塑复合材料包括木塑复合载体层和设于所述木塑复合载体层上的耐磨抗老化面层；以质量份数计，木塑复合载体层包括：第一聚烯烃树脂80‑100份，植物纤维材料40‑60份，纳米二氧化硅粉5‑8份，超细纳米陶瓷粉5‑8份，第一抗紫外线剂0.8‑2.5份，第一偶联剂1‑2.5份和润滑剂1‑2.5份；以质量份数计，耐磨抗老化面层包括：第二聚烯烃树脂80‑100份，粉末碳纤维2.5‑8份，硅油1.5‑2.5份，第二抗紫外线剂0.8‑2.5份和第二偶联剂1‑2份。本发明通过木塑复合载体层配方优化，使得木塑复合载体层具有良好的强度、耐老化性，通过设置耐磨抗老化面层以提高木塑复合材料的耐磨性、强度和耐老化性。

Description

一种高强木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料技术领域，更具体地，涉及一种高强木塑复 合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料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35％-70％以 上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模 压、注塑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。随着对木塑复合材料的研发，生产木塑复合材料的 塑料原料，除了有高密度聚乙烯或聚丙烯以外，还有聚氯乙烯和PS。工艺 也由最早的单螺杆挤出机发展成第二代锥形双螺杆挤出机，再到由平行双 螺杆挤出机初步造粒，再由锥形螺杆挤出成型，可以弥补难以塑化，抗老 化性差、抗蠕变性差、色彩的一致性差等问题。木塑复合材料的最主要用 途之一是替代实体木材在各领域中的应用，其中运用最广泛的是在建筑产 品方面，占木塑复合用品总量的75％。木塑复合材料作为新型复合材料具有使用寿命长、可抗强酸碱、耐水、耐腐蚀等优点，但是，其也存在强度 和耐磨性等力学性能不理想的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强木塑复合材料及其制备方法，通过木塑 复合载体层配方优化，使得木塑复合载体层具有良好的强度、耐老化性等 优点，通过设置耐磨抗老化面层以提高木塑复合材料的耐磨性、强度和耐 老化性，进而使得制备的木塑复合材料具有良好的强度、耐磨性和耐老化 性。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种高强木塑复合材料，该高 强木塑复合材料包括木塑复合载体层和设置于所述木塑复合载体层上的耐 磨抗老化面层；
以质量份数计，所述木塑复合载体层包括：第一聚烯烃树脂80-100份， 植物纤维材料40-60份，纳米二氧化硅粉5-8份，超细纳米陶瓷粉5-8份， 第一抗紫外线剂0.8-2.5份，第一偶联剂1-2.5份和润滑剂1-2.5份；
以质量份数计，所述耐磨抗老化面层包括：第二聚烯烃树脂80-100份， 粉末碳纤维2.5-8份，硅油1.5-2.5份，第二抗紫外线剂0.8-2.5份和第二偶 联剂1-2份。
本发明另一方面提供一种上述高强木塑复合材料的制备方法，该方法 包括：
(1)将第一聚烯烃树脂、植物纤维材料、纳米二氧化硅粉、超细纳米 陶瓷粉、第一抗紫外线剂、第一偶联剂和润滑剂混合均匀，得到第一混合 物料；然后将所述第一混合物料进行造粒，得到木塑复合载体层母粒料；
(2)将第二聚烯烃树脂，粉末碳纤维，硅油，第二抗紫外线剂和第二 偶联剂混合均匀，得到第二混合物料；然后将所述第二混合物料进行造粒， 得到耐磨抗老化面层母粒料；
(3)将所述木塑复合载体层母粒料和所述耐磨抗老化面层母粒料分别 加入第一挤出机和第二挤出机进行共挤成型加工，得到所述木塑复合材料。
本发明的技术方案具有如下优点：
(1)本发明通过添加纳米二氧化硅粉、超细纳米陶瓷粉作为增强材料， 以提高木塑复合载体层的强度，同时通过合理选择植物纤维材料各组分和 用量，以及选择合适的加工助剂对配方进行优化，进一步提高木塑复合载 体层的强度和耐老化性，进而使得制备的木塑复合材料具有良好的强度和 耐老化性；
(2)本发明通过设置耐磨抗老化面层以提高木塑复合材料的耐磨性、 强度和耐老化性，进而使得制备的木塑复合材料具有良好的强度、耐磨性 和耐老化性。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说 明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然描述了本发明的优 选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐 述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻 和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的一方面提供一种高强木塑复合材料，该高强木塑复合材料包 括木塑复合载体层和设置于所述木塑复合载体层上的耐磨抗老化面层；
以质量份数计，所述木塑复合载体层包括：第一聚烯烃树脂80-100份， 植物纤维材料40-60份，纳米二氧化硅粉5-8份，超细纳米陶瓷粉5-8份， 第一抗紫外线剂0.8-2.5份，第一偶联剂1-2.5份和润滑剂1-2.5份；
以质量份数计，所述耐磨抗老化面层包括：第二聚烯烃树脂80-100份， 粉末碳纤维2.5-8份，硅油1.5-2.5份，第二抗紫外线剂0.8-2.5份和第二偶 联剂1-2份。
本发明中，优选地，所述纳米二氧化硅粉的平均粒径为1-100nm。
本发明中，通过添加粉末碳纤维和硅油以使得耐磨抗老化面层具有良 好的耐磨性。
根据本发明，优选地，所述第一聚烯烃树脂和第二聚烯烃树脂均为高 密度聚乙烯。
根据本发明，优选地，所述植物纤维材料为秸秆粉、木粉和竹粉的混 合物；所述秸秆粉、木粉和竹粉的质量比为1:(2-3):(0.2-0.4)。
本发明中，通过对植物纤维材料种类的筛选，以及各植物纤维材料的 添加比例优化，使得植物纤维材料与聚烯烃树脂具有更好的相容性，使得 制备的木塑复合材料具有更好的强度。
根据本发明，优选地，所述超细纳米陶瓷粉的平均粒径为9000-10000 目。
根据本发明，优选地，所述粉末碳纤维的平均粒径为30-1000目。
根据本发明，优选地，所述第一抗紫外线剂和第二抗紫外线剂各自独 立的为2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧 基二苯甲酮和PR020-1中的至少一种；
所述第一偶联剂和第二偶联剂各自独立的为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联 剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种；
所述润滑剂为白油、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯和油 酰胺中的至少一种。
本发明中，通过选择更适合聚乙烯类树脂使用的抗紫外线剂，使得制 备的木塑复合材料具有更好的抗老化性等耐候性。
本发明中，通过添加第一偶联剂，以提高第一聚烯烃树脂与植物纤维 材料和补强剂(纳米二氧化硅粉和超细纳米陶瓷粉)间的相容性，进而提 高木塑复合载体层的强度等力学性能。通过添加第二偶联剂，以提高第二 聚烯烃树脂与粉末碳纤维间的相容性，进而提高耐磨抗老化面层的耐磨性 等力学性能。
本发明中，通过添加润滑剂以提高材料的加工性能，进而在一定程度 上提高木塑复合载体层的综合力学性能。
根据本发明，优选地，所述木塑复合载体层的厚度为3-100mm，所述 耐磨抗老化面层的厚度为1-3mm。
本发明的另一方面提供一种上述高强木塑复合材料的制备方法，该方 法包括：
(1)将第一聚烯烃树脂、植物纤维材料、纳米二氧化硅粉、超细纳米 陶瓷粉、第一抗紫外线剂、第一偶联剂和润滑剂混合均匀，得到第一混合 物料；然后将所述第一混合物料进行造粒，得到木塑复合载体层母粒料；
(2)将第二聚烯烃树脂，粉末碳纤维，硅油，第二抗紫外线剂和第二 偶联剂混合均匀，得到第二混合物料；然后将所述第二混合物料进行造粒， 得到耐磨抗老化面层母粒料；
(3)将所述木塑复合载体层母粒料和所述耐磨抗老化面层母粒料分别 加入第一挤出机和第二挤出机进行共挤成型加工，得到所述木塑复合材料。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，将植物纤维材料、纳米二氧化硅 粉、超细纳米陶瓷粉和第一偶联剂混合均匀，然后加入第一聚烯烃树脂、 第一抗紫外线剂和润滑剂混合均匀，得到第一混合物料。
根据本发明，优选地，步骤(2)中，将粉末碳纤维和第二偶联剂混合 均匀，然后加入第二聚烯烃树脂、硅油和第二抗紫外线剂混合均匀，得到 第二混合物料。
本发明中，所述造粒所用加工设备为造粒机；所述造粒机可以为任何 适合本发明的造粒的造粒设备，例如可以为单螺杆挤出机，所述单螺杆挤 出机的各段加工温度优选如下：一段、二段、三段、四段、五段、六段和 机头的温度分别为：122-135℃、135-143℃、143-153℃、158-168℃、 168-178℃、178-188℃和188-200℃。
本发明中，步骤(3)中，所述第一挤出机和第二挤出机均优选为双螺 杆挤出机，所述第一挤出机和第二挤出机的各段加工温度各自独立优选如 下：一段、二段、三段、四段、五段、六段和机头的温度分别为：122-135℃、 135-143℃、143-153℃、158-168℃、168-178℃、178-188℃和188-200℃。
作为优选方案，本发明提供的木塑复合材料所包括的各组成物质均可 以通过商购获得。
以下通过实施例进一步说明本发明。
以下各实施例和对比例所用的粉末碳纤维的平均粒径为800目，纳米 二氧化硅粉的平均粒径为100nm，超细纳米陶瓷粉的平均粒径为9000目； 所用超细纳米陶瓷粉购自东海县富彩矿物制品有限公司。
实施例1
本实施例提供一种高强木塑复合材料，该高强木塑复合材料包括木塑 复合载体层和设置于所述木塑复合载体层上的耐磨抗老化面层；所述木塑 复合载体层的厚度为80mm，所述耐磨抗老化面层的厚度为1.5mm。
以质量份数计，所述木塑复合载体层包括：第一聚烯烃树脂85份，植 物纤维材料46份，纳米二氧化硅粉6份，超细纳米陶瓷粉6份，第一抗紫 外线剂0.85份，第一偶联剂2份和润滑剂2份；其中，所述第一聚烯烃树 脂为高密度聚乙烯；所述植物纤维材料为秸秆粉、木粉和竹粉的混合物， 所述秸秆粉、木粉和竹粉的质量比为1:2:0.25；所述第一抗紫外线剂为2- 羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)；所述第一偶联剂为硅烷偶联剂；所述 润滑剂为聚乙烯蜡。
以质量份数计，所述耐磨抗老化面层包括：第二聚烯烃树脂85份，粉 末碳纤维4.5份，硅油1.5份，第二抗紫外线剂0.85份和第二偶联剂1份； 其中，所述第二聚烯烃树脂为高密度聚乙烯；所述第二抗紫外线剂为2-羟 基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)；所述第二偶联剂为硅烷偶联剂。
具体制备方法如下：
(1)将植物纤维材料、纳米二氧化硅粉、超细纳米陶瓷粉和第一偶联 剂混合均匀，然后加入第一聚烯烃树脂、第一抗紫外线剂和润滑剂混合均 匀，得到第一混合物料；然后将所述第一混合物料在第一单螺杆挤出机中 进行造粒，得到木塑复合载体层母粒料；所述第一单螺杆挤出机的一段、 二段、三段、四段、五段、六段和机头的温度分别为：130℃、142℃、150℃、 162℃、175℃、185℃和195℃。
(2)将粉末碳纤维和第二偶联剂混合均匀，然后加入第二聚烯烃树脂、 硅油和第二抗紫外线剂混合均匀，得到第二混合物料；然后将所述第二混 合物料第二单螺杆挤出机中进行造粒，得到耐磨抗老化面层母粒料；所述 第一单螺杆挤出机的一段、二段、三段、四段、五段、六段和机头的温度 分别为：130℃、142℃、150℃、162℃、175℃、185℃和195℃。
(3)将所述木塑复合载体层母粒料和所述耐磨抗老化面层母粒料分别 加入第一挤出机和第二挤出机进行共挤成型加工，得到所述木塑复合材料； 其中，所述第一挤出机和第二挤出机均为双螺杆挤出机，所述第一挤出机 和第二挤出机的各段加工温度各自独立为：一段、二段、三段、四段、五 段、六段和机头的温度分别为：130℃、142℃、150℃、162℃、175℃、185℃ 和195℃。
实施例2
本实施例提供一种高强木塑复合材料，该高强木塑复合材料包括木塑 复合载体层和设置于所述木塑复合载体层上的耐磨抗老化面层；所述木塑 复合载体层的厚度为80mm，所述耐磨抗老化面层的厚度为1.5mm。
以质量份数计，所述木塑复合载体层包括：第一聚烯烃树脂95份，植 物纤维材料53份，纳米二氧化硅粉7份，超细纳米陶瓷粉7份，第一抗紫 外线剂2份，第一偶联剂2份和润滑剂2份；其中，所述第一聚烯烃树脂 为高密度聚乙烯；所述植物纤维材料为秸秆粉、木粉和竹粉的混合物，所 述秸秆粉、木粉、和竹粉的质量比为1:2.5:0.3；所述第一抗紫外线剂为2- (2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑(UVP-327)；所述第一偶联 剂为硅烷偶联剂；所述润滑剂为聚乙烯蜡。
以质量份数计，所述耐磨抗老化面层包括：第二聚烯烃树脂95份，粉 末碳纤维6份，硅油2份，第二抗紫外线剂2份和第二偶联剂1份；其中， 所述第二聚烯烃树脂为高密度聚乙烯；所述第二抗紫外线剂为2-(2’-羟基 -3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑(UVP-327)；所述第二偶联剂为硅烷 偶联剂。
本实施例的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供一种高强木塑复合材料，该高强木塑复合材料包括木塑 复合载体层和设置于所述木塑复合载体层上的耐磨抗老化面层；所述木塑 复合载体层的厚度为80mm，所述耐磨抗老化面层的厚度为1.5mm。
以质量份数计，所述木塑复合载体层包括：第一聚烯烃树脂100份， 植物纤维材料55份，纳米二氧化硅粉8份，超细纳米陶瓷粉8份，第一抗 紫外线剂2.2份，第一偶联剂1.5份和润滑剂1.5份；其中，所述第一聚烯 烃树脂为高密度聚乙烯；所述植物纤维材料为秸秆粉、木粉和竹粉的混合 物，所述秸秆粉、木粉、和竹粉的质量比为1:2.5:0.35；所述第一抗紫外线 剂为2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑(UVP-327)；所述第 一偶联剂为硅烷偶联剂；所述润滑剂为硬脂酸。
以质量份数计，所述耐磨抗老化面层包括：第二聚烯烃树脂100份， 粉末碳纤维8份，硅油2.5份，第二抗紫外线剂2.2份和第二偶联剂1份； 其中，所述第二聚烯烃树脂为高密度聚乙烯；所述第二抗紫外线剂为2- (2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑(UVP-327)；所述第二偶联 剂为硅烷偶联剂。
本实施例的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅为木塑复合载体层不含有6份的纳米二 氧化硅粉和6份的超细纳米陶瓷粉，其他均同实施例1。
测试例
按照GB/T1040-1992、GB/T1043-1993、GB/T9341-2000和 GB/T18103-2000对实施例1-实施例3和对比例1进行拉伸强度、冲击强度、 弯曲强度和耐磨性测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002471610610000091
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽 性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范 围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更 都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种高强木塑复合材料，其特征在于，该高强木塑复合材料包括木塑复合载体层和设置于所述木塑复合载体层上的耐磨抗老化面层；
以质量份数计，所述木塑复合载体层包括：第一聚烯烃树脂80-100份，植物纤维材料40-60份，纳米二氧化硅粉5-8份，超细纳米陶瓷粉5-8份，第一抗紫外线剂0.8-2.5份，第一偶联剂1-2.5份和润滑剂1-2.5份；
以质量份数计，所述耐磨抗老化面层包括：第二聚烯烃树脂80-100份，粉末碳纤维2.5-8份，硅油1.5-2.5份，第二抗紫外线剂0.8-2.5份和第二偶联剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的高强木塑复合材料，其中，所述第一聚烯烃树脂和第二聚烯烃树脂均为高密度聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的高强木塑复合材料，其中，所述植物纤维材料为秸秆粉、木粉和竹粉的混合物；所述秸秆粉、木粉和竹粉的质量比为1:(2-3):(0.2-0.4)。
4.根据权利要求1所述的高强木塑复合材料，其中，所述超细纳米陶瓷粉的平均粒径为9000-10000目。
5.根据权利要求1所述的高强木塑复合材料，其中，所述粉末碳纤维的平均粒径为30-1000目。
6.根据权利要求1所述的高强木塑复合材料，其中，所述第一抗紫外线剂和第二抗紫外线剂各自独立的为2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和PR020-1中的至少一种；
所述第一偶联剂和第二偶联剂各自独立的为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种；
所述润滑剂为白油、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯和油酰胺中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的高强木塑复合材料，其中，所述木塑复合载体层的厚度为3-100mm，所述耐磨抗老化面层的厚度为1-3mm。
8.一种根据权利要求1-7中的任意一项所述的高强木塑复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将第一聚烯烃树脂、植物纤维材料、纳米二氧化硅粉、超细纳米陶瓷粉、第一抗紫外线剂、第一偶联剂和润滑剂混合均匀，得到第一混合物料；然后将所述第一混合物料进行造粒，得到木塑复合载体层母粒料；
(2)将第二聚烯烃树脂，粉末碳纤维，硅油，第二抗紫外线剂和第二偶联剂混合均匀，得到第二混合物料；然后将所述第二混合物料进行造粒，得到耐磨抗老化面层母粒料；
(3)将所述木塑复合载体层母粒料和所述耐磨抗老化面层母粒料分别加入第一挤出机和第二挤出机进行共挤成型加工，得到所述木塑复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤(1)中，将植物纤维材料、纳米二氧化硅粉、超细纳米陶瓷粉和第一偶联剂混合均匀，然后加入第一聚烯烃树脂、第一抗紫外线剂和润滑剂混合均匀，得到第一混合物料。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤(2)中，将粉末碳纤维和第二偶联剂混合均匀，然后加入第二聚烯烃树脂、硅油和第二抗紫外线剂混合均匀，得到第二混合物料。
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