CN113619215B - 一种夹层结构阻燃木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种夹层结构阻燃木塑复合材料及其制备方法，本发明涉及木塑复合材料及其制备方法领域。本发明要解决现有木塑复合材料阻燃效果不高，力学性能低的技术问题。所述木塑复合材料为夹层结构，由上至下依次为上表层、第一阻燃碳化间层、芯层、第二阻燃碳化间层、下表层。方法：制备各层料粒，然后挤压。本发明利用阻燃性能良好的石塑复合材料铺装在木塑复合材料表面，形成夹层结构，并可在夹层之间添加阻燃层，以此来达到阻燃的目的，同时芯层木塑保留了良好的力学性能。本发明用于制备夹层结构阻燃木塑复合材料。

Description

一种夹层结构阻燃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及其制备方法领域。
背景技术
木塑复合材料是一种新型绿色环保复合材料，其利用木纤维或竹纤维等植物纤维与热塑性聚合物经过高温熔融复合，采用热压、挤出、注塑等成型加工方式制成。木塑复合材料的制备能够大量利用废旧塑料、废木料、木材加工剩余物及农作物秸秆等，因此有助于减少这些废旧物资造成的污染。在加工技术、性能、尺寸稳定性方面都具有优势，广泛应用于装饰装修、景观设计和汽车等领域。木塑复合材料与传统木质材料相比，具有吸水率低、不易变形开裂、防虫蛀霉变、防潮、耐酸碱、耐腐朽、便于清洁、无甲醛释放等优点。
然而，由于木质纤维材料和大多数热塑性塑料都属于易燃性的材料，所以木塑复合材料的阻燃性能差。阻燃木塑一般通过熔融共混或物理共混的方式将阻燃剂加入到木塑复合材料里面，虽然操作简单易行，但阻燃效果不高，且木塑复合材料的力学性能大幅度下降，并增加成本。
发明内容
本发明要解决现有木塑复合材料阻燃效果不高，力学性能低的技术问题，而提供一种夹层结构阻燃木塑复合材料及其制备方法。
一种夹层结构阻燃木塑复合材料，所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料为夹层结构，由上至下依次为上表层、第一阻燃碳化间层、芯层、第二阻燃碳化间层、下表层；当设置多层芯层时，芯层的相邻层材料之间均设置阻燃间层；所述芯层为木塑复合材料，上表层和下表层均为石塑复合材料，阻燃间层为阻燃复合材料，第一阻燃碳化间层和第二阻燃碳化间层均为阻燃碳化材料。
进一步的，在各层之间均设置阻燃间层。
进一步的，所述木塑复合材料的制备原料包括高分子树脂、增容剂和植物纤维，按质量份数：高分子树脂为25～40份、增容剂为2～5份、植物纤维为60～75份；
所述石塑复合材料的制备原料包括高分子树脂、阻燃材料、增容剂和石粉，按质量份数：高分子树脂为25～40份、阻燃材料≤30份、增容剂为2～5份、石粉为30～60份；
所述阻燃复合材料的制备原料包括阻燃材料和高分子树脂，按质量份数：高分子树脂为50～80份、阻燃材料为20～50份；
所述阻燃碳化材料的制备原料包括高分子树脂、木质素、增容剂和石粉，按质量份数：高分子树脂为30～40份、木质素为30～50份、增容剂为2～5份、石粉为20～30份。
进一步的，所述植物纤维为木粉、竹粉、短麻和秸秆中的一种或多种的混合物，粒径为20目～100目，长径比大于9。
进一步的，所述石粉为天然石粉、重质碳酸钙和轻质碳酸钙中的一种或多种的混合物；
所述高分子树脂为热塑性聚合物。
进一步的，所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硬脂酸锌和硅烷偶联剂中的一种或多种的混合物。
进一步的，所述阻燃材料为木质素与阻燃剂的混合物，阻燃剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和硼系阻燃剂中的一种或多种混合物。
所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将步骤二获得的芯层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得芯层料粒，然后粉碎；
四、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
五、将步骤四获得的表层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得表层料粒，然后粉碎；
六、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
七、将步骤六获得的阻燃碳化层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得阻燃碳化层料粒，然后粉碎；
八、将阻燃材料与高分子树脂均匀混合，获得阻燃间层共混料；
九、在模具中，将步骤三粉碎的芯层料粒、步骤五粉碎的表层料粒和步骤七粉碎的阻燃碳化层料粒和步骤八获得的阻燃间层共混料进行叠层铺装，从下至上的顺序为表层料粒、阻燃间层共混料、阻燃碳化层料粒、阻燃间层共混料、芯层料粒、阻燃间层共混料、阻燃碳化层料粒、阻燃间层共混料和表层料粒；然后控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～12min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～15min，再保持压力，冷却至室温，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
四、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
五、将步骤二获得的芯层共混料加入1号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
六、将步骤三获得的表层共混料加入2号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
七、将步骤四获得的阻燃碳化层共混料加入3号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
八、将步骤五设置的1号双螺杆挤出机、步骤六设置的2号双螺杆挤出机和步骤七设置的3号双螺杆挤出机进行共挤出成形加工，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将步骤二获得的芯层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得芯层料粒；
四、将步骤三获得的芯层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～8min；然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～10min，再保持压力，冷却至室温，获得芯层木塑复合材料；
五、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
六、将步骤五获得的表层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得表层料粒；
七、将步骤六获得的表层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压1～2min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压2～5min，再保持压力，冷却至室温，获得表层石塑复合材料；
八、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
九、将步骤八获得的阻燃碳化层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得阻燃碳化层料粒；
十、将步骤九获得的阻燃碳化层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压1～2min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压2～5min，再保持压力，冷却至室温，获得阻燃碳化层材料；
十一、将阻燃材料与高分子树脂均匀混合，获得阻燃间层共混料；
十二、在模具中，将步骤四获得的芯层木塑复合材料、步骤七获得的表层石塑复合材料、步骤十获得阻燃碳化层材料和步骤十一获得的阻燃间层共混料进行叠层铺装，从下至上的顺序为表层石塑复合材料、阻燃间层共混料、阻燃碳化层材料、阻燃间层共混料、芯层木塑复合材料、阻燃间层共混料、阻燃碳化层材料、阻燃间层共混料和表层石塑复合材料，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～20min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～20min，再保持压力，冷却至室温，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
本发明的有益效果是：
本发明将塑料与石粉复合制备石塑复合材料，具有绿色环保、高强、经久耐用等优点。该材料力学性能高、防潮、耐酸碱和便于清洗。并且由于无机质的存在，石塑具有良好阻燃性能。
本发明将石塑复合材料作为表层，木塑复合材料作为芯层，制备得到木塑、石塑夹层复合材料，木塑层的力学支撑作用，阻燃层的阻燃性，使该复合材料具备优良的阻燃性和较高的力学性能。
石塑复合材料作为表层材料，在挤压过程中，塑料起到粘结作用，其中阻燃剂(APP)分布于石粉和木质素之间，当材料遇火升温时，阻燃剂便会分解生成磷酸和氨磷酸，进而与石粉中的碳酸钙反应生成磷酸钙沉淀物，并覆盖在材料表层；同时木质素增加成碳量，起到隔氧隔温的作用；因此，表层材料在二者共同作用下，阻断了表层以下材料的燃烧条件。
阻燃碳化层设置在芯层和表层之间，该层材料在挤压过程中，木质素与石粉中的碳酸钙形成互穿网络，遇火时，形成更加致密的阻隔层，不仅能起到阻燃作用，还有助于提高材料强度；在各层之间加入阻燃间层，在不影响材料力学性能的前提下达到阻燃效果。在上下表面的石塑层之间，阻燃间层和木塑层可以多次重复铺装，形成多个木塑层和阻燃间层，加强阻断燃烧作用。本发明提供了一种改善木塑复合材料的方法，使其与石塑复合材料进行复合，将石塑复合材料作为表层，木塑复合材料作为芯层，制备得到木塑、石塑夹层复合材料，可以提高芯层木塑的力学性能；并且在表层与芯层之间加入阻燃剂，可以在不影响材料力学性能的前提下，达到阻燃的目的。
经检测，对比木塑复合材料与本实施例夹层结构阻燃木塑复合材料，无论是从拉伸强度、弯曲强度等力学性能或从点燃时间、热释放速率峰值、残余物质量百分数或总热释放量来看，层积结构对比木塑复合材料性能均有改善。
本发明用于制备夹层结构阻燃木塑复合材料。
附图说明
图1为具体实施方式一所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料的结构示意图，其中1代表上表层、2代表第一阻燃碳化间层、3代表芯层、4代表第二阻燃碳化间层、5代表下表层、6代表阻燃间层。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种夹层结构阻燃木塑复合材料，所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料为夹层结构，由上至下依次为上表层、第一阻燃碳化间层、芯层、第二阻燃碳化间层、下表层；当设置多层芯层时，芯层的相邻层材料之间均设置阻燃间层；所述芯层为木塑复合材料，上表层和下表层均为石塑复合材料，阻燃间层为阻燃复合材料，第一阻燃碳化间层和第二阻燃碳化间层均为阻燃碳化材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：在各层之间均设置阻燃间层。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：
所述木塑复合材料的制备原料包括高分子树脂、增容剂和植物纤维，按质量份数：高分子树脂为25～40份、增容剂为2～5份、植物纤维为60～75份；
所述石塑复合材料的制备原料包括高分子树脂、阻燃材料、增容剂和石粉，按质量份数：高分子树脂为25～40份、阻燃材料≤30份、增容剂为2～5份、石粉为30～60份；
所述阻燃复合材料的制备原料包括阻燃材料和高分子树脂，按质量份数：高分子树脂为50～80份、阻燃材料为20～50份；
所述阻燃碳化材料的制备原料包括高分子树脂、木质素、增容剂和石粉，按质量份数：高分子树脂为30～40份、木质素为30～50份、增容剂为2～5份、石粉为20～30份。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述植物纤维为木粉、竹粉、短麻和秸秆中的一种或多种的混合物，粒径为20目～100目，长径比大于9。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：
所述石粉为天然石粉、重质碳酸钙和轻质碳酸钙中的一种或多种的混合物；
所述高分子树脂为热塑性聚合物。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硬脂酸锌和硅烷偶联剂中的一种或多种的混合物。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述阻燃材料为木质素与阻燃剂的混合物，阻燃剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和硼系阻燃剂中的一种或多种混合物。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将步骤二获得的芯层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得芯层料粒，然后粉碎；
四、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
五、将步骤四获得的表层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得表层料粒，然后粉碎；
六、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
七、将步骤六获得的阻燃碳化层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得阻燃碳化层料粒，然后粉碎；
八、将阻燃材料与高分子树脂均匀混合，获得阻燃间层共混料；
九、在模具中，将步骤三粉碎的芯层料粒、步骤五粉碎的表层料粒和步骤七粉碎的阻燃碳化层料粒和步骤八获得的阻燃间层共混料进行叠层铺装，从下至上的顺序为表层料粒、阻燃间层共混料、阻燃碳化层料粒、阻燃间层共混料、芯层料粒、阻燃间层共混料、阻燃碳化层料粒、阻燃间层共混料和表层料粒；然后控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～12min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～15min，再保持压力，冷却至室温，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
具体实施方式九：本实施方式一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
四、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
五、将步骤二获得的芯层共混料加入1号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
六、将步骤三获得的表层共混料加入2号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
七、将步骤四获得的阻燃碳化层共混料加入3号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
八、将步骤五设置的1号双螺杆挤出机、步骤六设置的2号双螺杆挤出机和步骤七设置的3号双螺杆挤出机进行共挤出成形加工，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
具体实施方式十：本实施方式一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，其具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将步骤二获得的芯层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得芯层料粒；
四、将步骤三获得的芯层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～8min；然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～10min，再保持压力，冷却至室温，获得芯层木塑复合材料；
五、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
六、将步骤五获得的表层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得表层料粒；
七、将步骤六获得的表层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压1～2min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压2～5min，再保持压力，冷却至室温，获得表层石塑复合材料；
八、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
九、将步骤八获得的阻燃碳化层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得阻燃碳化层料粒；
十、将步骤九获得的阻燃碳化层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压1～2min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压2～5min，再保持压力，冷却至室温，获得阻燃碳化层材料；
十一、将阻燃材料与高分子树脂均匀混合，获得阻燃间层共混料；
十二、在模具中，将步骤四获得的芯层木塑复合材料、步骤七获得的表层石塑复合材料、步骤十获得阻燃碳化层材料和步骤十一获得的阻燃间层共混料进行叠层铺装，从下至上的顺序为表层石塑复合材料、阻燃间层共混料、阻燃碳化层材料、阻燃间层共混料、芯层木塑复合材料、阻燃间层共混料、阻燃碳化层材料、阻燃间层共混料和表层石塑复合材料，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～20min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～20min，再保持压力，冷却至室温，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将杨木纤维和石粉放入干燥箱中，103℃干燥24h，然后冷却至室温；
二、按质量份数，将30份高密度聚乙烯(HDPE)、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和70份步骤一处理后的杨木纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将步骤二获得的芯层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为170℃，得芯层料粒；
四、将步骤三获得的芯层料粒铺装在模具中，控制温度为170℃，压力为0.3MPa，预压5min；然后保持温度，控制压力为10MPa，热压8min，再保持压力，冷却至室温，获得芯层木塑复合材料；
五、按质量份数，30份将高密塑聚乙烯(HDPE)、15份木质素、15份聚磷酸铵、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和60份步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
六、将步骤五获得的表层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为170℃，得表层料粒；
七、将步骤六获得的表层料粒铺装在模具中，控制温度为180℃，压力为0.3MPa，预压1.5min；然后保持温度，控制压力为6MPa，热压3min，再保持压力，冷却至室温，获得表层石塑复合材料；
八、按质量份数，30份将高密塑聚乙烯(HDPE)、30份木质素、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和25份步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
九、将步骤八获得的阻燃碳化层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为170℃，得阻燃碳化层料粒；
十、将步骤九获得的阻燃碳化层料粒铺装在模具中，控制温度为180℃，压力为0.3MPa，预压1min，然后保持温度，控制压力为6MPa，热压2min，再保持压力，冷却至室温，获得阻燃碳化层材料；
十一、按质量份数，将15份聚磷酸铵、15份木质素和70份高密度聚乙烯均匀混合，获得阻燃间层共混料；
十二、在模具中，将步骤四获得的芯层木塑复合材料、步骤七获得的表层石塑复合材料、步骤十获得阻燃碳化层材料和步骤十一获得的阻燃间层共混料进行叠层铺装，从下至上的顺序为表层石塑复合材料、阻燃间层共混料、阻燃碳化层材料、阻燃间层共混料、芯层木塑复合材料、阻燃间层共混料、阻燃碳化层材料、阻燃间层共混料和表层石塑复合材料，控制温度为180℃，压力为0.3MPa，预压10min，然后保持温度，控制压力为6MPa，热压10min，再保持压力，冷却至室温，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料，厚度为10mm。
本实施例制备的夹层结构阻燃木塑复合材料为10mm层积结构，其中表层石塑复合材料厚度为1.5mm，芯层木塑复合材料厚度为4mm，阻燃间层阻燃复合材料厚度为0.5mm，阻燃碳化间层阻燃碳化材料厚度为0.5mm。
经测试，该材料的力学性能：拉伸强度7.12MPa，拉伸弹性模量1.21GPa
弯曲强度15.82MPa，弯曲模量1.73GPa
冲击强度0.19MPa
阻燃性能：PHRR 144.5kw/m2，TTI 68s，MLR 33.5％,THR 127.28MJ/m2
对比：厚度为8mm的木塑复合材料：
力学性能：拉伸强度5.25MPa，拉伸弹性模量0.89GPa
弯曲强度13.49MPa，弯曲模量1.61GPa
冲击强度0.19MPa
阻燃性能：PHRR 238.4kw/m2,TTI 58s,MLR 10％,THR 175.6MJ/m2
对比木塑复合材料与本实施例夹层结构阻燃木塑复合材料，无论是从拉伸强度、弯曲强度等力学性能或从点燃时间、热释放速率峰值、残余物质量百分数或总热释放量来看，层积结构较木塑复合材料性能均有改善。
实施例二：
本实施例一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将杨木纤维和石粉放入干燥箱中，103℃干燥至绝干，然后冷却至室温；
二、按质量份数，将30份高密度聚乙烯(HDPE)、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和70份步骤一处理后的杨木纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将步骤二获得的芯层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为170℃，得芯层料粒，然后粉碎；
四、按质量份数，将30份将高密塑聚乙烯(HDPE)、15份木质素、15份聚磷酸铵、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和60份步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
五、将步骤四获得的表层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为170℃，得表层料粒，然后粉碎；
六、将按质量份数，30份将高密塑聚乙烯(HDPE)、30份木质素、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和25份步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
七、将步骤六获得的阻燃碳化层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为170℃，得阻燃碳化层料粒，然后粉碎；
八、按质量份数，将15份聚磷酸铵、15份木质素和70份高密度聚乙烯均匀混合，获得阻燃间层共混料；
九、在模具中，将步骤三粉碎的芯层料粒、步骤五粉碎的表层料粒和步骤七粉碎的阻燃碳化层料粒和步骤八获得的阻燃间层共混料进行叠层铺装，从下至上的顺序为表层料粒、阻燃间层共混料、阻燃碳化层料粒、阻燃间层共混料、芯层料粒、阻燃间层共混料、阻燃碳化层料粒、阻燃间层共混料和表层料粒；然后控制温度为170℃，压力为0.2MPa，预压12min，然后保持温度，控制压力为8MPa，热压15min，再保持压力，冷却至室温，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料厚度为11mm。
本实施例制备的夹层结构阻燃木塑复合材料为11mm层积结构，其中表层石塑复合材料厚度为1.5mm，芯层木塑复合材料厚度为5mm，阻燃间层阻燃复合材料厚度为0.5mm，阻燃碳化间层阻燃碳化材料厚度为0.5mm。
经测试，该材料的力学性能：拉伸强度6.87MPa，拉伸弹性模量1.22GPa
弯曲强度14.53MPa，弯曲模量1.56GPa
冲击强度0.18MPa
阻燃性能：PHRR 150.3kw/m2，TTI 69s，MLR 29.6％，THR 123.1MJ/m2
对比：厚度为8mm的木塑复合材料：
力学性能：拉伸强度5.25MPa，拉伸弹性模量0.89GPa
弯曲强度13.49MPa，弯曲模量1.61GPa
冲击强度0.19MPa
阻燃性能：PHRR 238.4kw/m2,TTI 58s,MLR 10％,THR 175.6MJ/m2
对比木塑复合材料与本实施例夹层结构阻燃木塑复合材料，无论是从拉伸强度、弯曲强度等力学性能或从点燃时间、热释放速率峰值、残余物质量百分数或总热释放量来看，层积结构对比木塑复合材料性能均有改善。
实施例三：
本实施例一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将木纤维和石粉放入干燥箱中，103℃干燥24h，然后冷却至室温；
二、按质量份数，将30份高密度聚乙烯(HDPE)、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和70份步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、按质量份数，将30份将高密塑聚乙烯(HDPE)、15份木质素、15份聚磷酸铵、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和60份步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
四、将30份将高密塑聚乙烯(HDPE)、30份木质素、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、2份硬脂酸锌和25份步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；五、将步骤二获得的芯层共混料加入1号双螺杆挤出机中，设置螺杆转速为25rpm，喂料速度为3.0kg/h，温度设置为170℃；
六、将步骤三获得的表层共混料加入2号双螺杆挤出机中，设置螺杆转速设置为60rpm，喂料机设置为2.0kg/h，温度设置为170℃；
七、将步骤四获得的阻燃碳化层共混料加入3号双螺杆挤出机中，设置螺杆转速设置为60rpm，喂料机设置为2.0kg/h，温度设置为170℃；
八、将步骤五设置的1号双螺杆挤出机、步骤六设置的2号双螺杆挤出机和步骤七设置的3号双螺杆挤出机进行共挤出成形加工，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
在共挤出成形加工时，可以通过微调喂料速度和螺杆转速控制层积结构的厚度保持稳定。

Claims (10)

1.一种夹层结构阻燃木塑复合材料，其特征在于所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料为夹层结构，由上至下依次为上表层、第一阻燃碳化间层、芯层、第二阻燃碳化间层、下表层；当设置多层芯层时，芯层的相邻层材料之间均设置阻燃间层；所述芯层为木塑复合材料，上表层和下表层均为石塑复合材料，阻燃间层为阻燃复合材料，第一阻燃碳化间层和第二阻燃碳化间层均为阻燃碳化材料；
所述木塑复合材料的制备原料包括高分子树脂、增容剂和植物纤维，按质量份数：高分子树脂为25～40份、增容剂为2～5份、植物纤维为60～75份；
所述石塑复合材料的制备原料包括高分子树脂、阻燃材料、增容剂和石粉，按质量份数：高分子树脂为25～40份、阻燃材料≤30份、增容剂为2～5份、石粉为30～60份；
所述阻燃碳化材料的制备原料包括高分子树脂、木质素、增容剂和石粉，按质量份数：高分子树脂为30～40份、木质素为30～50份、增容剂为2～5份、石粉为20～30份。
2.根据权利要求1所述的一种夹层结构阻燃木塑复合材料，其特征在于在各层之间均设置阻燃间层。
3.根据权利要求1所述的一种夹层结构阻燃木塑复合材料，其特征在于所述阻燃复合材料的制备原料包括阻燃材料和高分子树脂，按质量份数：高分子树脂为50～80份、阻燃材料为20～50份。
4.根据权利要求3所述的一种夹层结构阻燃木塑复合材料，其特征在于所述植物纤维为木粉、竹粉、短麻和秸秆中的一种或多种的混合物，粒径为20目～100目，长径比大于9。
5.根据权利要求3所述的一种夹层结构阻燃木塑复合材料，其特征在于所述石粉为天然石粉、重质碳酸钙和轻质碳酸钙中的一种或多种的混合物；
所述高分子树脂为热塑性聚合物。
6.根据权利要求3所述的一种夹层结构阻燃木塑复合材料，其特征在于所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硬脂酸锌和硅烷偶联剂中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求3所述的一种夹层结构阻燃木塑复合材料，其特征在于所述阻燃材料为木质素与阻燃剂的混合物，阻燃剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和硼系阻燃剂中的一种或多种混合物。
8.如权利要求1所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将步骤二获得的芯层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得芯层料粒，然后粉碎；
四、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
五、将步骤四获得的表层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得表层料粒，然后粉碎；
六、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
七、将步骤六获得的阻燃碳化层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得阻燃碳化层料粒，然后粉碎；
八、将阻燃材料与高分子树脂均匀混合，获得阻燃间层共混料；
九、在模具中，将步骤三粉碎的芯层料粒、步骤五粉碎的表层料粒和步骤七粉碎的阻燃碳化层料粒和步骤八获得的阻燃间层共混料进行叠层铺装，从下至上的顺序为表层料粒、阻燃间层共混料、阻燃碳化层料粒、阻燃间层共混料、芯层料粒、阻燃间层共混料、阻燃碳化层料粒、阻燃间层共混料和表层料粒；然后控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～12min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～15min，再保持压力，冷却至室温，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
9.如权利要求1所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
四、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
五、将步骤二获得的芯层共混料加入1号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
六、将步骤三获得的表层共混料加入2号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
七、将步骤四获得的阻燃碳化层共混料加入3号双螺杆挤出机中，控制温度为130～180℃；
八、将步骤五设置的1号双螺杆挤出机、步骤六设置的2号双螺杆挤出机和步骤七设置的3号双螺杆挤出机进行共挤出成形加工，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
10.如权利要求2所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、将植物纤维和石粉放入干燥箱中干燥，然后冷却至室温；
二、将高分子树脂、增容剂和步骤一处理后的植物纤维放入混料机中，进行共混，获得芯层共混料；
三、将步骤二获得的芯层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得芯层料粒；
四、将步骤三获得的芯层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～8min；然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～10min，再保持压力，冷却至室温，获得芯层木塑复合材料；
五、将高分子树脂、阻燃材料、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得表层共混料；
六、将步骤五获得的表层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得表层料粒；
七、将步骤六获得的表层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压1～2min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压2～5min，再保持压力，冷却至室温，获得表层石塑复合材料；
八、将高分子树脂、木质素、增容剂和步骤一处理后的石粉放入混料机中，进行共混，获得阻燃碳化层共混料；
九、将步骤八获得的阻燃碳化层共混料放入挤出机中，进行挤出、造粒，控制挤出温度为130～180℃，得阻燃碳化层料粒；
十、将步骤九获得的阻燃碳化层料粒铺装在模具中，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压1～2min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压2～5min，再保持压力，冷却至室温，获得阻燃碳化层材料；
十一、将阻燃材料与高分子树脂均匀混合，获得阻燃间层共混料；
十二、在模具中，将步骤四获得的芯层木塑复合材料、步骤七获得的表层石塑复合材料、步骤十获得阻燃碳化层材料和步骤十一获得的阻燃间层共混料进行叠层铺装，从下至上的顺序为表层石塑复合材料、阻燃间层共混料、阻燃碳化层材料、阻燃间层共混料、芯层木塑复合材料、阻燃间层共混料、阻燃碳化层材料、阻燃间层共混料和表层石塑复合材料，控制温度为130～180℃，压力为0.2～0.7MPa，预压3～20min，然后保持温度，控制压力为5～10MPa，热压5～20min，再保持压力，冷却至室温，获得所述一种夹层结构阻燃木塑复合材料。
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