CN1255427A - 塑料复合板材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料复合板材。其特点是以热塑性塑料特别是聚烯烃为主要组分,配合以有机填料(尤指木粉和废纸粉)和一种高分子热熔粘合剂等,经共混挤出压延,制备出高强度板材,由于在挤出过程中高分子热熔粘合剂较好地渗入到木粉颗粒的空隙中,可使木粉和热塑性塑料紧密结合成一体,大幅度提高了复合板材的强度,且配方中可加入阻燃剂使该板材具有阻燃性能,这种热塑性复合板材易于加工,可广泛用于制造汽车门板、顶棚、仪表板和包装、建筑材料等。

Description

塑料复合板材及其制造方法
本发明涉及一种塑料复合板材，特别是以热塑性塑料聚烯烃为主要组分，配合以有机填料(尤指木粉和废纸粉)和一种高分子热熔粘合剂等，经共混挤出压延，制备出高强度板材。
有机填料(尤指木粉和废纸粉)与热塑性塑料(特别是聚丙烯PP)之间的粘结制成的板材是一种新兴的汽车内饰材料，它具有优异的隔音隔热性能，价格低廉、加工方便、成型容易，是制造汽车的仪表盘、车门内板、杂物箱、遮阳板、顶篷、后备箱等内饰件的理想材料。在许多汽车工业发达的国家如德国和意大利这种材料的应用十分普遍，无论是在轿车还是货车都有应用，随着我国汽车工业的发展产业水平的提高，原先使用木纤维板作仪表盘、车门内衬的汽车生产厂家，也纷纷地改换成更具有优势的有机填料/热塑性塑料复合板材，特别是木粉/PP复合板材，以提高汽车的使用性能和内饰档次，这类材料要求强度高，成型性好，表面易装饰处理。目前，国内外这类材料的生产技术主要有两种：一是将木粉预先进行表面处理，即用表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠、偶联剂等与木粉一起在高速混合机中混合，使木粉表面成为非极性，易于与非极性的PP复合制成板材，这种方法虽然增加了板材的强度，但制成的复合板材强度有限。二是将木粉/PP复合板材的表面贴合含熔融纤维状热塑性塑料层，如中国专利(申请号：95107766.X)，该技术并未采取措施加强填充锯末和/或木粉和/或木刨花等所谓木质型材料与聚丙烯之间的粘接力，原材料成本高且方法工艺复杂。而我们欲从另一方法即采用基体改性的办法，将部分基体树脂制成带有极性的基团的热熔粘合剂，加入一定量的此类粘合剂，使树脂容易和木粉亲和，以增强体系基体与木粉的界面之间的粘合力。而关于用热熔粘合剂与有机填料制备热塑性复合板材，中国专利(申请号：90103063.5)公开了一种“高强度热熔胶人造板”的制造方法，所述的人造板是采用废旧塑料颗粒与水和粉碎助剂(其主体成份是十二烷基苯磺酸钠)在普通砂轮胶体磨上进行超细造粉，使废旧热塑性塑料的粒度降至80微米，即得到热熔胶，再将该热熔胶与有机填料混合模压制造热熔胶人造板，所用的有机填料需要定向粉碎，其板材成型工艺采用热压成型法，不能连续化生产。
本发明的目的在于针对上述制造热熔胶人造板的不足，提供一种用与无机填料和热塑性塑料同时具有良好粘结性能的热熔粘合剂和有机填料、热塑性塑料共同混合制备的高强度塑料复合板材。
本发明的目的还在于提供这种塑料复合板材的制造方法，该方法简单易行，便于工业化生产。
本发明是这样实现的：以热塑性塑料(优选聚烯烃)做为基材，木粉、锯末、木屑或经粉碎的谷糠、果实壳、废纸等有机物粉末做为填充剂，加入一种与基材有良好的相容性且对上述有机物填充剂有较好的粘结性的热熔粘合剂，热熔粘合剂将起到粘结基材树脂和有机填料的作用，这在很大程度上决定了塑料复合板材的各项性能，将上述物料按质量比例混合，再在一定的工艺条件下经挤出机挤出、压延机压延制得塑料复合板材。
木粉等有机填料从颗粒的微观形态上来说是疏松、多空隙的纤维状结构，从表面的物化性质来说，其比表面积大，有较强的吸附性，且表面还有许多的羟基、烷氧基团。要使热塑性塑料基材熔体对有机填料的润湿、铺展性好，基材的熔体在熔融加工过程中能够渗入到有机填料的空隙中去，待复合物冷却以后使热塑性基体紧紧地“嵌”在有机填料颗粒的空隙中，以提高二者的粘结强度，进而提高板材和其他制品的强度，这可以通过在基体中引入极性基团，降低基体与有机填料的表面张力，提高有机填料颗粒与基体之间的润湿，同时也要改善基体熔体的流动性来实现。为此本发明塑料复合板材包括：有机物粉末(重量份数)100；热塑性塑料(重量份数)25～200；热熔粘合剂(重量份数)1～100。所用有机物粉末通常为木粉、锯末、废纸粉等，其粉末粒度为20～120目，最佳为30～80目，粉末粒度过细则易聚集成团，不易分散，而粉末粒度过粗则会使复合材料孔隙大引起应力集中现象从而影响其力学性能；所用热塑性塑料通常为挤出级聚丙烯和(或)聚乙烯，其熔体流动速率范围最好为0.05～5g/10min，为使复合板材有较高的机械性能，特别是抗冲性能，可以使用聚丙烯和聚乙烯的混合物做为基体，聚丙烯与聚乙烯的比例最好为100∶5～100∶20。所用高分子热熔粘合剂包括：热塑性塑料(重量份数)100；过氧化物类引发剂(重量份数)0.1～1.5，过氧化物类引发剂选自过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TPB)或过氧化苯甲酰(BPO)；极性单体(重量份数)0.2～10，极性单体选用不饱和一元酸或不饱和二元酸或顺丁烯二酸酐；热熔粘合剂中还可加入0.1～5重量份数的交联助剂，交联助剂优选自三异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、液态聚丁二烯或二乙烯基苯(DVB)，将热熔粘合剂各组分在高速混合机中混合均匀，然后加入普通的单、双螺杆挤出机中，制成这种热熔粘合剂，热塑性粘合剂的熔体流动速率应大于10g/10min。复合板材中热熔粘合剂的最佳用量为5～50重量份数。为了使复合板材具有阻燃性能，还可在配方中再加入1～50重量份数的阻燃剂，根据使用要求，阻燃剂可选通用的含卤阻燃剂或无卤阻燃剂，特别地为使复合板材具有较佳的阻燃效果，可选氯化石蜡与氧化锑复合阻燃剂或全氯戊环癸烷与氧化锑复合阻燃剂，氯化石蜡或全氯戊环癸烷与氧化锑的比例为1∶5～5∶1。
这种塑料复合板材的制备方法，包括将有机物粉末、热塑性塑料和已制备好的热熔粘合剂等组分一起加入高速混合机中混合均匀，然后加入普通的单、双螺杆挤出机中，再经压延制得。挤出机温度范围160～280℃，压延机温度范围110～150℃，更佳的挤出机温度范围为200～260℃，更佳的压延机温度范围120～140℃。
本发明的塑料复合板材，可用于制造汽车门板、顶棚、仪表板或包装、建筑材料等。
本发明所用的热熔粘合剂具有良好的流动性，与纤维状的有机填料粉末(如木粉、废报纸粉)具有良好的浸润性能，能够渗透到纤维的沟槽甚至内部里去，又由于热熔粘合剂在基体树脂热塑性塑料中引入了极性基团，能够和木粉表面的羟基及烷氧基发生酯化反应，能够极大地增加木粉与热塑性塑料表面的粘合能力，所以本发明塑料复合板材，工艺简单，能够连续生产，具有优异的理化性能指标，特别是机械强度高，通常制成的塑料复合板材的弯曲强度大于48MPa，弯曲模量大于3000MPa。
下面以实施例说明本发明的效果。实施例1：(实施例中含量均为重量份数)设备和工艺条件：螺杆直径Φ120mm，长径比为25∶1的平行双螺杆挤出机挤出机，并带有片材挤出模头，温度设定：180～240℃，挤出机转速：35rpm。三辊压延机，温度设定：130℃。配方：木粉(45目)                             100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                      88
  热熔粘合剂                                          12
  热熔粘合剂组成：
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                     100
  过氧化二异丙苯(DCP)                                0.4
  顺丁烯二酸酐(MA)                                   1.5实施例2：设备和工艺条件：同实施例1。配方：木粉(45目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                      90
  热熔粘合剂                                          10
  热熔粘合剂组成：同实施例1。实施例3：设备和工艺条件：同实施例1。配方：木粉(45目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                     130
  热熔粘合剂                                          15
  热熔粘合剂组成：
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                     100
  过氧化苯甲酰(BPO)                                    1
  顺丁烯二酸酐(MA)                                     6
  三异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)                             1实施例4：设备和工艺条件：同实施例1。配方：木粉(45目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                      88
  热熔粘合剂                                          12
  热熔粘合剂组成：同实施例3。实施例5设备和工艺条件：同实施例1。配方：木粉(35目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                      90
  热熔粘合剂                                          10
  热熔粘合剂组成：同实施例3。实施例6设备和工艺条件：同实施例1。配方：木粉(40目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                     135
  热熔粘合剂                                          15
  热熔粘合剂组成：同实施例3。实施例7设备和工艺条件：同实施例1。配方：木粉(45目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                      88
  热熔粘合剂                                          12
  热熔粘合剂组成：
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                     100
  过氧化苯甲酰(BPO)                                  0.2
  顺丁烯二酸酐(MA)                                   1.2
  二乙烯基苯(DVB)                                    0.2实施例8设备和工艺条件：螺杆直径Φ120mm，长径比为25∶1的平行双螺杆挤出机挤出机，并带有片材挤出模头，温度设定：200～260℃，挤出机转速：35rpm。三辊压延机，温度设定：130℃。配方：木粉(45目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                      90
  热熔粘合剂                                          10
  热熔粘合剂组成：同实施例7。实施例9：设备和工艺条件：同实施例1。配方：木粉(45目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                     135
  热熔粘合剂                                          15
  热熔粘合剂组成：同实施例7
  阻燃剂                                              40
  阻燃剂组成：全氯戊环癸烷和氧化锑，其比例为3∶1实施例10：设备和工艺条件：同实施例1。配方：木粉(45目)                                         100
  聚丙烯(熔体流动速率3.2g/10min)                      83
  聚乙烯(熔体流动速率0.09g/10min)                      5
  热熔粘合剂                                          12
  热熔粘合剂组成：同实施例1。
本发明实施例的效果，及木粉与聚丙烯的比例为100∶100，市售，做为对比例的效果，其性能指标列入表1。
表1.本发明的效果
测试项目                       复合板材
 弯曲强度MPa  弯曲模量MPa   拉伸强度MPa  维卡软化点℃
  采用标准   GB9341   GB9341   GB1040   GB1634
  实施例1     55     3634     32     163
  实施例2     54     3549     33     161
  实施例3     49     3421     37     160
  实施例4     67     3800     35     167
  实施例5     65     3210     34     164
  实施例6     62     3148     36     163
  实施例7     66     3785     34     166
  实施例8     66     3420     34     162
  实施例9     62     3214     36     159
  实施例10     55     3594     32     165
  对比例     35     2800     28     157

Claims (14)

1.一种塑料复合板材，包括：
有机物粉末(重量份数)      100
热塑性塑料(重量份数)    25～200
热熔粘合剂(重量份数)    1～100
2.如权利要求1所述塑料复合板材，其特征在于所述热塑性塑料为聚烯烃，其熔体流动速率为0.05～5g/10min，重量份数为60～150。
3.如权利要求2所述塑料复合板材，其特征在于所述聚烯烃为聚丙烯或聚乙烯。
4.如权利要求2所述塑料复合板材，其特征在于所述聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯的混合物。
5.如权利要求4所述塑料复合板材，其特征在于所述聚丙烯和聚乙烯的比例为100∶5～100∶20。
6.如权利要求1所述塑料复合板材，其特征在于有机填料选自木粉、锯末、废纸粉，其粉末粒度为20～120目。
7.如权利要求6所述塑料复合板材，其特征在于有机填料的粒度为30～80目。
8.如权利要求1所述塑料复合板材，其特征在于热熔粘合剂的重量份数为5～50。
9.如权利要求1所述塑料复合板材，其特征在于该塑料复合板材还含有1～50重量份数的阻燃剂。
10.如权利要求9所述塑料复合板材，其特征在于所述阻燃剂选自氯化石蜡与氧化锑复合阻燃剂或全氯戊环癸烷与氧化锑复合阻燃剂，氯化石蜡或全氯戊环癸烷与氧化锑的比例为1∶5～5∶1。
11.如权利要求1～10所述之一塑料复合板材，其特征在于制成的塑料复合板材的弯曲强度大于48MPa，弯曲模量大于3000MPa。
12.如权利要求1所述塑料复合板材的制备方法，包括将各组分在高速混合机中混合均匀，然后加入挤出机中，并通过压延机压延制造出塑料复合板材，挤出机温度范围160～240℃，压延机温度范围110～150℃。
13.如权利要求12所述塑料复合板材的制备方法，其特征在于在高速混合机中混合时间为2～10min，挤出机温度范围为180～230℃，压延机温度范围120～140℃。
14.如权利要求1所述塑料复合板材，可用于制造汽车门板、顶棚、仪表板或包装、建筑材料。
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