CN1255263C - 塑木金属复合结构材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塑木金属复合结构材料及其生产方法，该塑木金属复合结构材料，包括基体材料、增强粉粒、金属构件和改性剂，其中基体材料与增强粉粒的重量比例在90∶10～40∶60之间。本发明的方法实现了热塑性废塑料与增强粉粒和金属材料的多元复合，生产出了具有高抗压、高抗弯曲强度的塑木金属复合结构材料，并且提高了热塑性废旧塑料的利用程度，有助于解决废旧塑料造成的白色污染，具有显著的环保效益。另外，本发明的复合结构材料的制品经过长期使用变得废旧后，将其破碎，可以100%回收利用，不会产生新的环境污染源。

Description

塑木金属复合结构材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种复合结构材料，尤其是一种塑木金属复合结构材料及其生产方法。

背景技术

塑木复合材料是近年来迅速发展起来的化工新材料。在世界范围内，由于森林资源日趋不足，造成水土大量流失，木材供应变得越来越紧缺，因此用塑木材料作为木材的替代品较为理想，并且具有广阔的应用前景。塑木复合材料的开发带动了新材料应用的一次革命，对于缓解木材紧缺，切实保护森林资源，消除日益严重的“白色污染”，提供了一种全面的一举多得的解决方案，有着极大的社会效益和经济效益。

目前，塑木材料作为一种新型绿色环保产品，在世界上已有较大范围的应用。现有的生产技术普遍采用将废旧热塑性塑料和废旧木质纤维以一定的比例混合，再向其中添加粘合剂和添加剂，使用传统的挤出机和模具，采用挤出成型法，经高温、高压制成高密度结构型材，并且所用的挤出成型原料之一的聚烯烃塑料需要经过严格的分等、分级和分拣，要求其分子量的离散度小，这样分子量较为一致的聚烯烃与使用偶联剂改性处理过的木质纤维(如木屑、植物杆茎和稻壳等)粉粒在加温加压的条件下，由螺杆挤出成型，获得塑木复合制品。采用现有的挤出成型法制成的塑木复合材料存在以下主要缺陷：1.由于废旧塑料的等级要求严格，对分子量离散度高的聚烯烃难以加工，因此现有挤出成型工艺对所需原料有所限制，使所用的聚烯烃原料被限定在比较窄的范围内；2.挤出效率低，仅为0.1～0.3米/分钟，这样势必造成产品的成本较高；3.所得制品的抗压、抗弯曲强度差。

中国专利CN1096730A公开了一种塑钢木复合材料及其制造方法，将除树皮、树根、树梢以外的木材轧制成片状，注入树脂，可加入尼龙纤维等材料作为加强筋，进行多层叠加、模压成型和加压固化制成不同形状、规格的塑钢木型材。该发明采用的制造方法包括以下工艺步骤：a.木材预加工成型；b.木材预处理；c.树脂注入；d.初压成型；e.树脂固化。其中步骤d的初压成型采用的是初步模压成型方法，根据所需型材的形状、大小和厚度等要求，将注入树脂尚未固化的片状木材多层迭加，为了加强其强度，还可以在片状木材之间加入作为加强筋的纤维(如尼龙纤维、尼龙网片、碳纤维等)，再根据所需型材所制的模具分别固定于模具固定装置上，调整好相对位置，再将迭放好的进入树脂尚未固化的片状木材作为毛坯料放入模具中，然后加压，在加压过程中保持一定频率的振动，起到振捣的作用，最后初步模压成型。该发明所用的原料为木材，所以仍然解决不了目前木材资源的严重紧缺问题，而且产品的成本也比较高；另外，其为了加强其强度，加入了作为加强筋的纤维，所得产品的强度也不是非常理想。

中国专利CN2269954Y公开了一种具有金属丝、筋网格内增强的硬塑钢复合材料，该实用新型采用在塑料材料内置入若干层金属丝、筋网格型材，以解决普通塑料制品的综合机械性能。该实用新型的技术方案为：将金属丝、筋弯曲拼接后制成金属网格材料，再将金属网格材料制成网格型材，然后将该网格型材置入挤塑、注塑或塘塑等专用模具内，与塑料材料合二为一成为硬塑钢复合材料。中国专利CN1036982C也公开了一种钢板网增强的硬塑钢产品的制造技术，通过在塑料产品的塑料材质内加入了一经自增强处理(冷拉、冷轧、冷弯)的钢板网规格型材做骨架，以提高原有塑料产品的刚度、降低挠度、提高耐压和抗裂性能。由于在结构材料的复合过程中，金属材料与塑料的热性能之间存在较大的差异，制品冷却后必然会由于应力的作用而造成其脆性开裂，但是以上两篇专利中又均未公开任何解决该技术问题的技术手段，因此所制得的塑钢塑木金属复合结构材料易发生卷曲和开裂现象，以致造成产品的使用寿命大为缩短。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种塑木金属复合结构材料及其制造方法，从而实现了基体材料与增强粉粒、金属构件的多元复合，生产出了具有高抗压、高抗弯曲强度的塑木金属复合结构材料。

本发明的塑木金属复合结构材料包括：基体材料、增强粉粒、改性剂和金属构件，其中基体材料与增强粉粒的重量比例在90∶10～40∶60之间，金属构件重量占复合结构材料总重量的5～15％。

本发明所用基体材料为热塑性废塑料或热塑性塑料与热塑性废塑料的混合物，所用增强粉粒为木质纤维和/或粉煤灰混合物。所用改性剂由改性剂A、改性剂B、改性剂C、改性剂D和改性剂E组成，其中改性剂A选自由弱酸性盐类和弱碱性盐类组成的组；改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组；改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组；改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、成核剂、交联剂和阻燃剂组成的组；改性剂E为金属钝化剂。

本发明的塑木金属复合结构材料生产方法，包括以下步骤：

a.将基体材料与增强粉粒进行混合，加入改性剂A，其中基体材料为热塑性的塑料、废塑料或其混合物，增强粉粒为木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰，基体材料与增强粉粒加入量的重量比例为90∶10～40∶60，改性剂A选自由弱酸性盐类和弱碱性盐类组成的组；

b.将步骤a所得混合物料放入高混机进行搅拌，温度升至80～140℃时，加入改性剂B，其中改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组；

c.当温度升至120～160℃时，将步骤b所得物料放入低混机，在温度30～60℃之间进行冷却、搅拌，并加入改性剂C、改性剂D和改性剂E，其中改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组，改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、交联剂、成核剂和阻燃剂组成的组，改性剂E为金属钝化剂；

d.将步骤c所得到的改性混合物，放入挤出机中，在100～200℃之间进行加热、加压挤出物料，该挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体；

e.将金属材料预制定型为金属构件，该金属构件重量占复合结构材料总重量的5～15％，接着将所述金属构件进行表面处理，在构件表面压制沟槽，然后将所述金属构件置入模压模具或注射模具的模芯内，作为产品的增强构件；

f.将步骤d所得到的弹粘体放入所述模芯中，接着启动液压机或注射泵，然后合模、加压、冷却定型取出产品。

本发明的另外一种塑木金属复合结构材料生产方法，包括以下步骤：

a.将增强粉粒放入高混机进行搅拌，同时加入改性剂A和改性剂B，其中所述增强粉粒为木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰，该改性剂A选自由弱酸盐类和弱碱性盐类组成的组，改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组；

b.向基体材料中加入改性剂C、改性剂D和改性剂E，然后与步骤a所得物料进行搅拌混合，其中基体材料为热塑性的塑料、废塑料或其混合物，该基体材料与增强粉粒加入量的重量比例为90∶10～40∶60，改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组，改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、交联剂、成核剂和阻燃剂组成的组，改性剂E为金属钝化剂；

c.将步骤b所得到的改性混合物，放入挤出机中，在100～200℃之间进行加热、加压挤出物料，挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体；

d.将金属材料预制定型为金属构件，该金属构件重量占复合结构材料总重量的5～15％，接着将该金属构件进行表面处理，在构件表面压制沟槽，然后将该金属构件置入模压模具或注射模具的模芯内，作为产品的增强构件；

e.将步骤c所得到的弹粘体放入所述模芯中，接着启动液压机或注射泵，然后合模、加压、冷却定型取出产品。

本发明的塑木金属复合结构材料及其生产方法与现有技术相比，具有以下特点和优点：

1.实现了热塑性废塑料与木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰、金属材料的多元复合，生产出了具有高抗压、高抗弯曲强度的环保型塑木金属复合结构材料。

2.采用的经过改性处理的木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰与金属材料构件共同形成了增强体系，使生产出的塑木金属复合结构材料的抗压、抗弯曲强度提高了2～5倍。

3.采用模压工艺一次法生产塑木金属复合结构材料，在改性剂的作用下，将热塑性废塑料与木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰共混，直接熔融为弹性物料，该工艺过程不需要造粒后，再加热熔融，从而减少了高聚物的降解，节约了生产成本。

4.提高了热塑性废塑料的利用程度，解决了废旧塑料造成的白色污染，具有显著的环保效益。

5.本发明的复合结构材料的废旧制品，经过破碎后，金属构件可回收利用，基体树脂和增强粉粒可作聚烯烃树脂加工的填料，废旧制品可100％回收利用，不会产生新的环境污染源。

具体实施方式

本发明的复合材料构件为多元复合体系，采用热塑性的塑料、废塑料或其混合物作为基体材料，木质纤维和/或粉煤灰作为增强粉粒，与金属构件共同构筑了增强网络，其中增强粉粒为分散相，均匀地分散在基体材料中，金属构件为固定相，置于结构材料的应力集中部位。该增强网络的建立使结构材料的力学性能实现了可设计性和可控制性。

在对热塑性废塑料和增强粉粒进行改性处理时，由于回收废旧塑料的聚烯烃品种、规格和分子量是非一致性的，部分杂质的低分子或高聚物易断裂的链段进入大分子链，形成了“弱键”，尽管这些弱键的数目较少，却严重地影响整个体系的结构性能。同时，由于基体树脂与增强粉粒之间存在很大差异，相互之间的粘接作用差，故在如此的多元复合的界面中存在着复杂的、多变的物理反应和化学反应，仅采用单一的技术措施难以达到多元复合材料的力学性能，因此本发明采用了复合与共混的技术，对热塑性废塑料和增强粉粒进行多方位、长进程的改性处理，以便综合提高结构材料的刚性和韧性。改性剂的综合效应要充分考虑到塑木金属多元复合界面的化学性能匹配、酸碱平衡、热性能与冷却结晶、物理几何形状等因素，优化多元复合界面的结构性能。

在制造本发明的塑木金属复合结构材料的多元复合过程中，由于金属构件与弹粘体物料间的热性能存在差异，引起制品的卷曲、开裂现象严重，因此将物料的改性处理与金属构件的正确置入方法相结合是致关重要的，只有两者有机地结合，才能够消除复合界面的应力，全面地提高整个体系的结构强度。

为了实现上述目的，本发明是通过采用以下技术措施解决了现有技术中存在技术问题：

1.在塑木金属复合结构材料体系中形成互穿网络。采用钛酸酯和铝钛复合型偶联剂杂化改性处理物料，促使作为本发明所用原料的增强粉粒表面形成与热塑性废塑料相同或相似的基团，以增加整个体系的相容性，偶联剂一端以化学键与增强粉粒粘结，另一端扩散于热塑性废塑料中，与大分子链形成高聚物互穿网络(IPN)，实现了热塑性废塑料和增强粉粒之间更好地互相浸润和互相粘结。

2.调节塑木金属复合结构材料体系内的酸碱平衡。由于木质纤维显弱酸性，同时加入的聚烯烃抗氧剂、光热稳定剂等也残留一定的酸碱性物质，因此在本发明的改性处理过程中，适量加入弱酸性或弱碱性盐类的超细粉末，以调节复合界面的酸碱平衡，使得整个体系电子或离子的斥引力达到良好的匹配。

3.向塑木金属复合结构材料体系内引入了化学键。由于复合界面的粘结仅有分子间力是不够的，还需引入化学键以增强粘接作用，通过加入适量的稀土材料如：钕或镨的氧化物，因为稀土金属氧化物的表面活化能低，具有配位键，可提高界面的浸润程度，加快界面的应力传递速度。

4.在塑木金属复合结构材料体系内形成了“核-壳粒子”。由于本发明中采用的改性剂含有聚烯烃蜡和偶联物质溶剂，促使偶联剂提高分散程度，这样高分散性的偶联剂就会包覆在增强粉粒表面，因而在体系内形成核-壳粒子，使得整个体系不降低刚性，同时又增强了韧性。

5.向塑木金属复合结构材料体系内引入可热塑性界面层。由于金属构件的置入，整个体系的刚性大幅度增强，但又由于金属构件与高聚物的热性能是不一致的，当该塑木金属复合结构材料制品冷却后，应力会造成其脆性开裂，因此本发明采用了具有量子效应的纳米材料，以形成分子级复合，从而在金属构件与粘弹物料之间引入了可热塑性的界面层，消除应力引起的脆性断裂。纳米材料由硬脂酸改性剂处理。表面有限钝化，减少纳米材料自身团聚倾向。同时采取降低弹粘体物料在模芯内冷却速度的技术措施，减少应力的产生。

此外，金属构件在本发明的塑木金属复合结构材料中起着极为重要的增强作用。经过改性处理后热塑性废塑料与增强粉粒共混熔融后呈弹粘体，该弹粘体物料在模压的高剪切作用下，在置入模芯的金属构件边界区域形成了复合界面，在这个区域的大分子链受剪切力作用下，伸直取向；当冷却结晶时，拉伸取向明显的分子链聚集在一起，形成纤维结晶，而拉伸取向程度差的分子链在结晶核上折迭聚集成晶片，晶片排列与物料流动方向垂直，这就是所谓的“羊肉串”结构形态，金属构件在这样的结构形态中会发挥超高的增强性能。

因此，金属构件在复合界面中存在双重作用：一是支撑晶片的有序排列，从而迅速地传递和分散应力；二是金属的自由电子钝化作用，引发热塑性废塑料的降解和老化，因而本发明在所用的改性剂中添加了金属钝化剂。

由于在模压工艺中存在高剪切力的作用，金属构件在模芯内相对滑动，造成复合界面的撕裂，因此本发明采取了以下技术措施予以克服该技术难题：

1.将金属构件进行表面处理。采用机械力，在构件表面压制沟槽，以增加金属构件与粘弹物料间的接触面积，从而在两者之间产生较大的摩擦力。

2.金属构件所用的金属材料选自铁、铜和铝等金属，最好为金属铁，金属构件形状可制成线状、层状、网状或螺旋状。

3.金属构件在本发明的塑木金属复合结构材料产品中位置为产品中边、角和应力集中部位，且在所述部位的几何中心呈轴对称放置，平衡了金属材料与塑木材料收缩率不一致而导致的内应力，消除了多元复合材料的卷曲现象。

4.在生产塑木金属复合结构材料的模具的模芯中，设置了金属材料构件的固定装置和嵌入装置。其中固定装置插入弹粘体物料的内部，使其对金属构件的锁紧力与金属构件可能滑动的推力相平衡，因而尽管模压时会产生高剪切力，但金属构件在模芯中的位置还是相对稳定的，不发生漂浮或移动。而当物料冷却后，嵌入装置则会消除这种锁紧力，以使金属构件能够置于本发明塑木金属复合结构材料制品的设计部位。

采用本发明的塑木金属复合结构材料可以用于制造承载物托盘、集装箱底板、玻璃器皿包装材料、弹药包装材料、大型塑木园林花盆和海滩休闲椅等等。

本发明的塑木金属复合结构材料包括：基体材料、增强粉粒、改性剂和金属构件，其中基体材料与增强粉粒的重量比例在90∶10～40∶60之间。

本发明所用基体材料为热塑性的塑料、废塑料或其混合物，更好为聚烯烃，最好为聚乙烯和/或聚丙烯。

本发明所用增强粉粒为木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰，最好为颗粒度在60～200目之间的木屑、植物杆茎或稻壳粉粒。

本发明所用改性剂选自由改性剂A、改性剂B、改性剂C、改性剂D和改性剂E组成的组。该改性剂A选自由弱酸性盐类和弱碱性盐类组成的组，弱酸性盐类最好为氯化铵，弱碱性盐类最好为碳酸氢钠或乙酸钠；该改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组，其中钛酸酯类偶联剂最好为单烷氧基焦磷酸酯类钛酸酯类偶联剂或螯合型钛酸酯类偶联剂，分散剂最好为聚烯烃蜡，偶联物质溶剂最好为矿物油；该改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组，其中稀土材料最好为钕或镨的氧化物，纳米材料最好为平均粒径在40nm～100nm之间的纳米碳酸钙，该纳米碳酸钙可经过硬脂酸表面有限钝化处理；该改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、成核剂、交联剂和阻燃剂组成的组；该改性剂E为金属钝化剂。

本发明所用金属材料为铁、铜或铝，最好为铁。

本发明的塑木金属复合结构材料生产方法，包括以下步骤：

a.将增强粉粒进行干燥预处理，所用干燥温度在40～100℃之间，最好在60～80℃之间，干燥5～60分钟，最好为10～30分钟，水分控制在重量百分比1～10％之间，最好为3～5％之间，其中该增强粉粒为木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰，木质纤维最好为颗粒度在60～200目之间的木屑、植物杆茎或稻壳粉粒；

b.将基体材料与步骤a得到的增强粉粒进行混合，同时加入改性剂A，调节酸碱平衡，其中该基体材料与增强粉粒加入量的重量比例为90∶10～40∶60，基体材料为热塑性的塑料、废塑料或其混合物，更好为聚烯烃，最好为聚乙烯和/或聚丙烯，改性剂A选自由弱酸性盐类和弱碱性盐类组成的组，弱酸性盐类最好为氯化铵，弱碱性盐类最好为碳酸氢钠或乙酸钠；

c.将步骤b所得混合物料放入高混机进行搅拌，温度升至80～140℃时，加入改性剂B，其中改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组，其中钛酸酯类偶联剂最好为单烷氧基焦磷酸酯类钛酸酯类偶联剂、或螯合型钛酸酯类偶联剂，分散剂最好为聚烯烃蜡，偶联物质溶剂最好为矿物油；

d.当温度升至120～160℃时，将步骤b所得物料放入低混机，在温度30～60℃之间进行冷却、搅拌，并加入改性剂C、改性剂D和改性剂E，其中改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组，稀土材料最好为钕或镨的氧化物，纳米材料最好为平均粒径在40nm～100nm之间的纳米碳酸钙，该纳米碳酸钙可进行硬脂酸表面有限钝化处理；该改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、成核剂、交联剂和阻燃剂组成的组；该改性剂E为金属钝化剂；

e.将步骤d所得到的改性混合物，放入塑木专用挤出机中，在100～200℃之间，最好在140～180℃之间进行加热、加压挤出物料，挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体；

f.将金属材料预制定型为金属构件，接着将该金属构件进行表面处理，在构件表面压制沟槽，然后将该金属构件置入模压模具或注射模具的模芯内，作为产品的增强构件，其中在模芯内设置有固定装置和嵌入装置，该金属材料为铁、铜或铝，最好为铁，所压制的沟槽为三维螺纹或螺旋形螺纹；

g.将步骤e所得到的弹粘体放入模芯中，接着启动液压机或注射泵，然后合模、加压、冷却定型取出产品，其中压力在5～50Mpa之间，最好在10～30MP之间，冷却温度在20～60℃之间，最好控制在30～40℃之间；

h.将步骤g所得的产品进行退模、顶出、修边和整理得到成品。

本发明的另外一种塑木金属复合结构材料生产方法，包括以下步骤：

a.将增强粉粒放入高混机进行搅拌，同时加入改性剂A和改性剂B，其中该增强粉粒为木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰，木质纤维最好为颗粒度在60～200目之间的木屑、植物杆茎或稻壳粉粒；该改性剂A选自由弱酸盐类和弱碱性盐类组成的组，弱酸性盐类最好为氯化铵，弱碱性盐类最好为碳酸氢钠或乙酸钠；该改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组，其中钛酸酯类偶联剂最好为单烷氧基焦磷酸酯类钛酸酯类偶联剂、或螯合型钛酸酯类偶联剂，分散剂最好为聚烯烃蜡，偶联物质溶剂最好为矿物油；

b.向基体材料中加入改性剂C、改性剂D和改性剂E，然后与步骤a所得物料进行搅拌混合，其中基体材料为热塑性的塑料、废塑料或其混合物，基体材料与所述增强粉粒加入量的重量比例为90∶10～40∶60；该改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组，稀土材料最好为钕或镨的氧化物，纳米材料最好为平均粒径在40nm～100nm之间的纳米碳酸钙，该纳米碳酸钙可进行硬脂酸表面有限钝化处理；该改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、成核剂、交联剂和阻燃剂组成的组；该改性剂E为金属钝化剂；

c.将步骤b所得到的改性混合物，放入塑木专用挤出机中，在100～200℃之间，最好在140～180℃之间，进行加热、加压挤出物料，其中口模压力在10～30Mpa之间，螺杆转速在30～50转/分之间，挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体；

d.将金属材料预制定型为金属构件，该金属构件重量占复合结构材料总重量的5～15％，接着将该金属构件进行表面处理，采用机械力在构件表面压制沟槽，然后将该金属构件置入模压模具或注射模具的模芯内，作为产品的增强构件，其中该模芯内设置有固定装置和嵌入装置，该金属材料为铁、铜或铝，最好为铁，所压制的沟槽为三维螺纹或螺旋形螺纹；

e.将步骤c所得到的弹粘体放入所述模芯中，接着启动液压机或注射泵，然后合模、加压、冷却定型取出产品，其中压力在5～50MPa之间，最好在10～30MPa之间，冷却温度在20～60℃之间，最好在30～40℃之间；

f.将步骤e所得的产品进行退模、顶出、修边和整理得到成品。

下面结合实施例，对本发明进行进一步阐述，并且不会因此限制本发明的保护范围。

采取下列实施例的方法生产出塑木金属复合结构材料A、B、C、D、E和F。

实施例1

a.将颗粒度为80目的木屑粉粒进行干燥预处理，在80℃温度下，干燥10分钟，水分控制在重量百分比为4％；

b.将聚乙烯废旧垃圾袋清洗破碎后与步骤a所得物料进行混合，同时加入氯化铵，其中聚乙烯废塑料与木屑的加入量重量比例为70∶30；

c.将步骤b所得混合物料放入高混机进行搅拌，温度升至90℃时，加入单烷氧基焦磷酸酯类钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、聚乙烯蜡和HK轻脱油；

d.当温度升至120℃时，将步骤c所得物料放入低混机，在温度30℃下进行冷却，并加入抗氧剂1010、光稳定剂-744、交联剂过氧化叔丁基异丙苯、阻燃剂磷酸三苯酯、金属纯化剂双苯基草酰二胺、颗粒度为400目的钕的氧化物、经硬脂酸改性的平均颗粒度为40nm纳米碳酸钙，搅拌8分钟；

e.将步骤d所得到的改性混合物，放入塑木专用挤出机中，在120℃下进行加热、加压挤出物料，该挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体，其中该挤出机的长径比为1∶32，压缩段温度为140℃，口模温度为165℃，螺杆转速为32转/分；

f.将金属铁预制定型为金属构件，金属构件重量占制品总重量的10％，接着将该金属构件进行表面处理，采用机械力在构件表面压制三维螺纹形的沟槽，然后将该金属构件置入模压模具的模芯内，作为产品的增强构件，其中在该模芯内设置有固定装置和嵌入装置；

g.将步骤e所得到的弹粘体放入模芯中，接着启动液压机，然后合模、加压、冷却定型取出产品，压力为20MPa，冷却温度为30℃；

h.将步骤g所得的产品进行退模、顶出、修边和整理得到成品。

由以上步骤制得塑木金属复合结构材料A，其为1100×100×60mm工字梁，堆码试验(1200kg，24小时)：抗弯强度挠曲度值为1.9mm、挠曲度残余值为0.76mm。

另外，经过长期使用后的废旧塑木金属复合结构材料A，可用鳄式破碎机破碎，铁构件分离后，回收利用，剩余物可作为聚乙烯加工的填料。

实施例2

a.将颗粒度为150目的植物杆茎粉粒进行干燥预处理，在60℃温度下，干燥50分钟，水分控制在重量百分比为3％；

b.将聚乙烯废农膜碎片与步骤a所得物料进行混合，同时加入碳酸氢钠，其中聚乙烯废塑料与植物杆茎粉粒的加入量重量比例为80∶20；

c.将步骤b所得混合物料放入高混机进行搅拌，温度升至95℃时，加入螯合型钛酸酯偶联剂、铝钛复合型偶联剂、聚乙烯蜡、环烷基YT-10矿物油；

d.当温度升至140℃时，将步骤c所得物料放入低混机，在温度40℃下进行冷却，并加入抗氧剂2246、辅助抗氧剂168、光热稳定剂770、阻燃剂TPP、金属铜钝化剂N-水杨酰-N’-乙酰肼、颗粒度为400目的镨的氧化物，以及经硬脂酸改性处理的颗粒度为80nm的纳米碳酸钙，搅拌15分钟；

e.将步骤d所得到的改性混合物，放入塑木专用挤出机中，在160℃下进行加热、加压挤出物料，所述挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体，其中所述挤出机的长径比为1∶32，螺杆转速为35转/分；

f.将金属铜预制定型为金属构件，该铜构件重量占制品总重量的12％。接着将所述金属构件进行表面处理，采用机械力在构件表面压制螺旋形沟槽，然后将所述金属构件置入模压模具的模芯内，作为产品的增强构件，其中在该模芯内设置有固定装置和嵌入装置；

g.将步骤e所得到的弹粘体放入所述模芯中，接着启动液压机，然后合模、加压、冷却定型取出产品，压力为15MPa，冷却温度为32℃；

h.将步骤g所得的产品进行退模、顶出、修边和整理得到成品。

由以上步骤制得塑木金属复合结构材料B，其为1100×100×60工字梁，堆码试验(1200kg，24小时)：抗弯强度挠曲度值为2.3mm，挠曲度残余值为0.36mm。

另外，经过长期使用后的废旧塑木金属复合结构材料B，可用鳄式破碎机破碎，铜构件分离后，回收利用，剩余物可作为聚乙烯加工的填料。

实施例3

a.将颗粒度为200目的稻壳粉粒进行干燥预处理，在60℃温度下，干燥20分钟，水分控制在重量百分比为7％；

b.将聚丙烯废包装袋破碎料与步骤a所得物料进行混合，同时加入乙酸钠，聚丙烯废塑料与稻壳粉粒的加入量重量比例为50∶50；

c.将步骤b所得混合物料放入高混机进行搅拌，温度升至140℃时，加入螯合型钛酸酯偶联剂、铝钛复合型偶联剂、聚丙烯蜡和环烷基YT-10矿物油；

d.当温度升至160℃时，将步骤c所得物料放入低混机，在温度60℃之间进行冷却，并加入抗氧剂1010、辅助抗氧剂618、成核剂EDBS、阻燃剂TPP，金属钝化剂DNP、颗粒度为400目的钕的氧化物，经硬脂酸表面有限钝化处理的平均粒度为100nm的纳米碳酸钙，搅拌45分钟；

e.将步骤d所得到的改性混合物，放入塑木专用挤出机中，在180℃进行加热、加压挤出物料，所述挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体，其中挤出机的压缩比为1∶32，螺杆转速为32转/分；

f.将金属铝预制定型为金属构件，铝构件重量占制品总重量的6％，接着将所述铝构件进行表面处理，采用机械力在构件表面压制螺旋形沟槽，然后将所述铝构件置入注射模具的模芯内，作为产品的增强构件，其中在该模芯内设置有固定装置和嵌入装置；

g.将步骤e所得到的弹粘体放入模芯中，接着启动注射泵，然后合模、加压、冷却定型取出产品，其中压力为10MPa，冷却温度为45℃；

h.将步骤g所得的产品进行退模、顶出、修边和整理得到成品。

由以上步骤制得塑木金属复合结构材料C，其为1100×100×60工字梁，堆码试验(1200kg，24小时)：抗弯强度挠曲度值为2.2mm，挠曲度残余值为0.9mm。

另外，经过长期使用后的废旧塑木金属复合结构材料C，可用鳄式破碎机破碎，铝构件分离后，回收利用，剩余物可作为聚丙烯加工的填料。

实施例4

a.将颗粒度为80目的木屑粉粒与颗粒度为200目的碳酸氢钙粉粒混合后，放入高混机进行搅拌，同时加入单烷氧基焦磷酸酯类钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型DL-1618偶联剂、聚乙烯蜡和HK轻脱油，搅拌10分钟；

b.向聚乙烯废垃圾袋清洗碎片中加入抗剂1010、光热稳定剂-770、交联剂DCP、阻燃剂TPP、金属钝化剂MD-1024、颗粒度为400目的氧化钕、经硬脂酸表面有限钝化处理的平均颗粒度为40nm的纳米碳酸钙，然后将其与步骤a所得物料进行搅拌混合，其中聚乙烯废塑料与木屑粉粒的加入量重量比例为70∶30；

c.将步骤b所得到的改性混合物，放入塑木专用挤出机中，在120℃下进行加热、加压挤出物料，所述挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体，其中所述挤出机的长径比为1∶32，螺杆转速为32转/分，口模温度为150℃；

d.将金属铁预制定型为金属构件，铁构件重量为制品总重量的12％，接着将所述铁构件进行表面处理，采用机械力在构件表面压制三维螺纹形沟槽，然后将所述铁构件置入模压模具的模芯内，作为产品的增强构件，其中在该模芯内设置有固定装置和嵌入装置；

e.将步骤c所得到的弹粘体放入模芯中，接着启动液压机，然后合模、加压、冷却定型取出产品，其中压力为20MPa，冷却温度为40℃；

f.将步骤e所得的产品进行退模、顶出、修边和整理得到成品。

由以上步骤制得塑木金属复合结构材料D，其为1100×200×30mm面板，堆码试验(300kg，24小时)：抗弯强度挠度值为1.8mm，挠曲值残余值为0.12mm。

另外，经过长期使用后的废旧塑木金属复合结构材料D，可用鳄式破碎机破碎，铁构件分离后，回收利用，剩余物可作为聚乙烯加工的填料。

实施例5

a.将颗粒度为150目的植物杆茎粉粒、粉煤灰与颗粒度为100目的碳酸氢钠粉粒混合后，放入高混机进行搅拌，植物杆茎粉粒与粉煤灰重量比为50∶50，同时加入整合型磷酸酯钛偶联剂TMC-200S、钛复合型偶联剂DL-1618、聚乙烯蜡和环烷基YT-10矿物油，搅拌20分钟；

b.向聚乙烯废电缆皮破碎料中加入抗氧剂1010、辅助抗氧剂618、光热稳定剂770、阻燃剂TPP、金属铜钝化剂N-水杨酰-N’-乙酰肼、颗粒度为400目的氧化镨、颗粒度为80目的纳米碳酸钙(经硬脂酸表面有限钝化处理)，然后将其与步骤a所得物料进行搅拌混合，其中聚乙烯废塑料与增强粉粒的加入量重量比例为40∶60；

c.将步骤b所得到的改性混合物，放入塑木专用挤出机中，在160℃下进行加热、加压挤出物料，挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体，其中挤出机的长径比为1∶32，螺杆转速为35转/分，口模温度为150℃；

d.将金属铜预制定型为金属构件，构件重量为制品总重量的12％，接着将该铜构件进行表面处理，采用机械力在构件表面压制螺旋形沟槽，然后将该铜构件置入模压模具的模芯内，作为产品的增强构件，其中在模芯内设置有固定装置和嵌入装置；

e.将步骤c所得到的弹粘体放入模芯中，接着启动液压机，然后合模、加压、冷却定型取出产品，其中压力为20MPa，冷却温度为35℃；

f.将步骤e所得的产品进行退模、顶出、修边和整理得到成品。

由以上步骤制得塑木金属复合结构材料E，其为1100×200×30面板，堆码试验(300kg，24小时)：抗弯强度挠曲度值为2.1mm，挠曲度残余值为0.1mm。

另外，经过长期使用后的废旧塑木金属复合结构材料E，可用鳄式破碎机破碎，铜构件分离后，回收利用，剩余物可作为聚乙烯加工的填料。

实施例6

a.将颗粒度为200目的稻壳粉粒和粉煤灰混合物放入高混机进行搅拌，稻壳粉粒与粉煤灰重量比为60∶40，同时加入颗粒度为200目的碳酸氢钠粉粒，搅拌2分钟，再加入单烷氧基焦磷酸酯类钛酸酯、铝钛复合型偶联剂DL-1618、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和HK轻脱油搅拌15分钟；

b.向聚乙烯和聚丙烯两种废垃圾袋清洗破碎后，加入抗氧剂1010、辅助抗氧剂618、光热稳定剂770、交联剂DCP、阻燃剂TPP、金属钝化剂DNP、颗粒度为400目的氧化钕、颗粒度为100目的纳米碳酸钙(经硬脂酸表面有限钝化处理)，然后将其与步骤a所得物料进行搅拌混合，搅拌时间为5分钟，聚乙烯和聚丙烯两种废塑料混合物与稻壳粉粒和粉煤灰的加入量重量比例为50∶50；

c.将步骤b所得到的改性混合物，放入塑木专用挤出机中，在180℃下进行加热、加压挤出物料，该挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体，其中挤出机的长径比为1∶32，螺杆转速为32转/分，压缩段温度为140℃；

d.将金属铝预制定型为金属构件，铝构件重量为制品总重量的6％，接着将该铝金属构件进行表面处理，采用机械力在构件表面压制螺旋形沟槽，然后将铝构件置入注射模具的模芯内，作为产品的增强构件，其中在该模芯内设置有固定装置和嵌入装置；

e.将步骤c所得到的弹粘体放入模芯中，接着启动注射泵，然后合模、加压、冷却定型取出产品，其中压力为25MPa，冷却温度为40℃；

f.将步骤e所得的产品进行退模、顶出、修边和整理得到成品。

由以上步骤制得塑木金属复合结构材料F，其为1100×200×30面板，堆码试验(300kg，24小时)：抗弯强度挠曲度值为2.8mm，挠曲度残余值为1mm。

另外，经过长期使用后的废旧塑木金属复合结构材料F，可用鳄式破碎机破碎，铝构件分离后，回收利用，剩余物可作为聚乙烯、聚丙烯加工的填料。

由上述实施例1至实施例6所得塑木金属复合结构材料产品的物化性质，更进一步体现出如下所述本发明的先进性：

1.实现了热塑性废旧塑料与增强粉粒、金属材料的多元复合，生产出了具有高抗压、高抗弯曲强度的环保型塑木金属复合结构材料。

2.采用经过改性处理的增强粉粒与金属材料构件共同形成了增强体系，提高了所生产出的塑木金属复合结构材料的抗压、抗弯曲强度。

3.采用模压工艺一次法生产塑木金属复合结构材料，在改性剂的作用下，将废旧聚烯烃塑料与增强粉粒共混，直接熔融为弹性物料，该工艺过程不需要造粒后，再加热熔融，从而减少了高聚物的降解，节约了生产成本。

4.从塑木金属复合结构材料的性能方面看，其可以完全替代木质材料，容易实现产业化，可大面积地保护我国森林资源。

5.提高了热塑性废旧塑料的利用程度，解决了废旧塑料造成的白色污染，具有显著的环保效益。

6.塑木金属复合结构材料的废旧制品经破碎后，可100％回收再利用，不会产生新的环境污染源。

尽管本发明已经结合优选实施例进行了说明，但是以上实施例仅是例示性的，对于本领域的普通技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改、变化和等同物由所附的权利要求书的内容涵盖。

Claims (17)

1.一种塑木金属复合结构材料，包括：

基体材料，所述基体材料为热塑性废塑料或热塑性塑料与热塑性废塑料的混合物；

增强粉粒，所述增强粉粒为木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰；

金属构件；以及

改性剂，所述改性剂由改性剂A、改性剂B、改性剂C、改性剂D和改性剂E组成，所述改性剂A选自由弱酸性盐类和弱碱性盐类组成的组，所述改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组，所述改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组，所述改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、成核剂、交联剂和阻燃剂组成的组，所述改性剂E为金属钝化剂。

2.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述热塑性废塑料为聚烯烃。

3.根据权利要求2所述的塑木金属复合结构材料，其中所述聚烯烃为聚乙烯和/或聚丙烯。

4.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述木质纤维为颗粒度在60～200目之间的木屑、植物杆茎或稻壳粉粒。

5.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述金属构件材料为铁、铜或铝，所述金属构件重量占所述复合结构材料总重量的5～15％。

6.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述金属构件材料为铁。

7.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述金属构件的形状为线状、层状、网状或螺旋状。

8.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述金属构件置于所述塑木金属复合结构材料产品的边、角和应力集中部位。

9.根据权利要求8所述的塑木金属复合结构材料，其中所述边、角和应力集中部位的几何中心呈轴对称放置。

10.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述弱酸性盐类为氯化铵，所述弱碱性盐类为碳酸氢钠或乙酸钠。

11.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述钛酸酯类偶联剂为单烷氧基焦磷酸酯类钛酸酯偶联剂或螯合型钛酸酯偶联剂。

12.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述分散剂为聚烯烃蜡，所述偶联物质溶剂为矿物油，所述稀土材料为钕或镨的氧化物，所述纳米材料为平均粒径在40nm～100nm之间的纳米碳酸钙。

13.根据权利要求1所述的塑木金属复合结构材料，其中所述基体材料与所述增强粉粒的重量比例在90∶10～40∶60之间。

14.一种塑木金属复合结构材料的生产方法，包括以下步骤：

a.将基体材料与增强粉粒进行混合，加入改性剂A，其中所述基体材料为热塑性的塑料、废塑料或其混合物，所述增强粉粒为木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰，所述基体材料与所述增强粉粒加入量的重量比例为90∶10～40∶60，所述改性剂A选自由弱酸性盐类和弱碱性盐类组成的组；

b.将步骤a所得混合物料放入高混机进行搅拌，温度升至80～140℃时，加入改性剂B，其中所述改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组；

c.当温度升至120～160℃时，将步骤b所得物料放入低混机，在温度30～60℃之间进行冷却、搅拌，并加入改性剂C、改性剂D和改性剂E，其中所述改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组，所述改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、交联剂、成核剂和阻燃剂组成的组，所述改性剂E为金属钝化剂；

d.将步骤c所得到的改性混合物，放入挤出机中，在100～200℃之间进行加热、加压挤出物料，所述挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体；

e.将金属材料预制定型为金属构件，所述金属构件重量占所述复合结构材料总重量的5～15％，接着将所述金属构件进行表面处理，在所述金属构件表面压制沟槽，然后将所述金属构件置入模压模具或注射模具的模芯内，作为产品的增强构件；

f.将步骤d所得到的弹粘体放入所述模芯中，接着启动液压机或注射泵，然后合模、加压、冷却定型取出产品。

15.根据权利要求14所述的塑木金属复合结构材料生产方法，其中步骤e中所述模芯内设置有固定装置和嵌入装置。

16.一种塑木金属复合结构材料的另一种生产方法，包括以下步骤：

a.将增强粉粒放入高混机进行搅拌，同时加入改性剂A和改性剂B，其中所述增强粉粒为木质纤维和/或工业废弃物粉煤灰，所述改性剂A选自由弱酸盐类和弱碱性盐类组成的组，所述改性剂B选自由钛酸酯类偶联剂、铝钛复合型偶联剂、分散剂和偶联物质溶剂组成的组；

b.向基体材料中加入改性剂C、改性剂D和改性剂E，然后与步骤a所得物料进行搅拌混合，其中所述基体材料为热塑性的塑料、废塑料或其混合物，所述基体材料与所述增强粉粒加入量的重量比例为90∶10～40∶60，所述改性剂C选自由稀土材料和纳米材料组成的组，所述改性剂D选自由抗氧剂、光热稳定剂、交联剂、成核剂和阻燃剂组成的组，所述改性剂E为金属钝化剂；

c.将步骤b所得到的改性混合物，放入挤出机中，在100～200℃之间进行加热、加压挤出物料，所述挤出物料经熔融塑化后呈弹粘体；

d.将金属材料预制定型为金属构件，所述金属构件重量占所述复合结构材料总重量的5～15％，接着将所述金属构件进行表面处理，在所述金属构件表面压制沟槽，然后将所述金属构件置入模压模具或注射模具的模芯内，作为产品的增强构件；

e.将步骤c所得到的弹粘体放入所述模芯中，接着启动液压机或注射泵，然后合模、加压、冷却定型取出产品。

17.根据权利要求16所述的塑木金属复合结构材料的生产方法，其中步骤d中所述模芯内设置有固定装置和嵌入装置。