一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具和方法
2023-04-30 10:57:26
專利名稱：一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具和方法
技術領域：
本發明涉及一種共擠製備木塑複合材料的模具和方法。
背景技術：
目前共擠出木塑複合材料，其成型過程需在兩個模具中完成，先成型，後包覆，製備過程中在形成界面層時芯層物料的表層已處於冷卻狀態，且芯層和表層物料在模具中無相互壓力作用，導致芯層和表層界面結合強度較差，且成型過程需兩個設備，對螺杆的加工精度要求較高，費用成本較高，設備結構複雜。現有專利號為200420109040.1的中國專利《表層共擠芯層發泡擠出模具》，該專利公開了一種表面共擠芯層發泡共擠模具，它的口模包含發泡料擠出流道、發泡料發泡腔、隔熱腔、共擠料擠出流道、複合共擠流道，發泡擠出流道和共擠料擠出流道匯流口前設有發泡腔，可在熱熔體發泡過程完成後進行共擠。且冷卻裝置和共擠流道之間設置有隔熱腔，既保證了共擠和發泡的溫度不受冷卻裝置的影響，又保證能在共擠發泡之後順利完成共擠。該技術主要重點強調共擠模具中的發泡問題，對共擠界面問題沒有涉及，另有專利號為200810222658.1的中國專利《在塑料/木塑型材表面包覆木皮的複合型材及其製造方法》，該專利公開了一種在塑料/木塑型材表面包覆木皮的複合型材及其製造方法，界面結合採用在木皮的內表面塗布熱熔膠粘劑，並對進行去汙除塵處理的塑料/木塑型材的待包覆表面塗布界面親合劑，通過包覆機的造型輥輪將木皮輥壓包覆在塑料/木塑型材的表面上。該方法提高了木皮與塑料/木塑型材表面間的粘結力，但是雖然該技專利涉及了界面問題，但其表層和芯層結合採用的是傳統的膠接方式，須使用膠黏劑和親合劑，使得木塑複合材料界面強度低，一股為0.5 1.8MPa，因此對於如果製備得到高界面結合強度的木塑複合材料是必要的。
發明內容
本發明是為解決現有的木塑複合材料界面結合強度低的技術問題，而提供一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具和方法。本發明的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具由芯層流道1、表層流道2、共擠流道3、定型模4、冷卻模5、加長口模6、表層口模7、芯層口模8、法蘭9、溫控裝置10、冷卻裝置11、隔熱板12和螺杆13構成；其中芯層流道I的出口到表層流道2的入口之間的距離不小於5_，芯層流道I的出口和表層流道2的入口的匯合處設置成圓倒角，溫控裝置10位於表層口模7和芯層口模8內部,冷卻裝置11位於定型模4和冷卻模5內部，隔熱板12位於表層口模7和芯層口模8之間，螺杆13位於表層流道2內部。一種用本發明的模具共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於該製備方法按以下步驟進行:—、分別調節溫控裝置10和冷卻裝置11，使表層口模7和芯層口模8的溫度為135 180°C，使定型模4和冷卻模5的溫度為15 80°C，根據製備的高界面結合強度共擠出木塑複合材料所需表層厚度調節螺杆13，來調節壓力；二、使熔融狀態下的芯層物料在推動力作用下從芯層流道I依次通過法蘭9、芯層口模8和隔熱板12，在表層口模7處與表層流道2出擠出的熔融狀態的表層物料混合，然後再分別通過共擠流道3、加長口模6、冷卻模5和定型模4，得到高界面結合強度木塑複合材料。本發明的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具和方法，優點在於在同一個模具中製備高界面結合強度的共擠出木塑複合材料，實現了芯層和表層物料在熔融狀態、相互壓力作用下形成共擠出界面層，使得芯層和表層界面基質分子相互纏繞，削弱甚至消除界面，實現表、芯層高強度共擠複合，芯層流道I的出口和表層流道2的入口之間留有一定的距離，使得芯層物料和表層物料交匯前，通過一個緩衝區，增大芯層物料和表層物料間相互作用力，使表層物料和芯層物料在熔融狀態下充分接觸，同時將芯層流道I的出口和表層流道2的入口的匯合處設置成圓倒角，有利於芯層物料熔體的流動，避免物料在拐角處的積聚，此外可根據芯、表層配方不同，通過改變溫度和壓力來調控芯、表層熔體的粘度，以此控制界面的形態，及提高界面結合強度，解決了現有共擠木塑複合材料界面結合強度差的問題，本發明的一種高界面結合強度木塑複合材料，其界面結合強度為3.0MPa
3.5MPa，比現有的木塑複合材料提高了 0.7 6倍，還可通過改變表層物料流道內壓力調節表層厚度，包覆的表面還可根據不同模具的設計靈活改動，模具設計簡單，易於加工。
圖1為本發明的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具的結構示意圖；圖2為實施例1的高界面結合強度木塑複合材料的結構示意圖；其中15為表層，16為芯層,17為表層15和芯層16的界面。
具體實施例方式本發明的技術方案不局限於以下具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一:(結合圖1)本實施方式的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具由芯層流道1、表層流道2、共擠流道3、定型模4、冷卻模5、加長口模6、表層口模7、芯層口模8、法蘭9、溫控裝置10、冷卻裝置11、隔熱板12和螺杆13構成；其中芯層流道I的出口到表層流道2的入口之間的距離不小於5_，芯層流道I的出口和表層流道2的入口的匯合處設置成圓倒角，溫控裝置10位於表層口模7和芯層口模8內部，冷卻裝置11位於定型模4和冷卻模5內部,隔熱板12位於表層口模7和芯層口模8之間,螺杆13位於表層流道2內部。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:加長口模6長度為30 50mm，芯層流道I的出口到表層流道2的入口之間的距離為6 15mm，其它步驟與參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是:芯層流道I的出口和表層流道2的入口的匯合處的圓倒角直徑為共擠流道3寬度的0.5 1.5倍，其它步驟與參數與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於該製備方法按以下步驟進行:一、分別調節溫控裝置10和冷卻裝置11，使表層口模7和芯層口模8的溫度為135 180°C，使定型模4和冷卻模5的溫度為15 80°C，根據製備的高界面結合強度共擠出木塑複合材料所需表層厚度調節螺杆13，來調節壓力；二、使熔融狀態下的芯層物料在推動力作用下從芯層流道I依次通過法蘭9、芯層口模8和隔熱板12，在表層口模7處與表層流道2擠出的熔融狀態的表層物料混合，然後再分別通過共擠流道3、加長口模6、冷卻模5和定型模4，得到高界面結合強度木塑複合材料。本實施方式的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具和方法，優點在於在同一個模具中製備高界面結合強度的共擠出木塑複合材料，實現了芯層和表層物料在熔融狀態、相互壓力作用下形成共擠出界面層，使得芯層和表層界面基質分子相互纏繞，削弱甚至消除界面，實現表、芯層高強度共擠複合，芯層流道I的出口和表層流道2的入口之間留有一定的距離，使得芯層物料和表層物料交匯前，通過一個緩衝區，增大芯層物料和表層物料間相互作用力，使表層物料和芯層物料在熔融狀態下充分接觸，同時將芯層流道I的出口和表層流道2的入口的匯合處設置成圓倒角，有利於芯層物料熔體的流動，避免物料在拐角處的積聚，此外可根據芯、表層配方不同，通過改變溫度和壓力來調控芯、表層熔體的粘度，以此控制界面的形態，及提高界面結合強度，解決了現有共擠木塑複合材料界面結合強度差的問題，本實施方式的一種高界面結合強度木塑複合材料，其界面結合強度為
3.0MPa 3.5MPa，比現有的木塑複合材料提高了 0.7 6倍，還可通過改變表層物料流道內壓力調節表層厚度，包覆的表面還可根據不同模具的設計靈活改動，模具設計簡單，易於加工。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
四不同的是:步驟一中調節螺杆13，使壓力為3MPa 25MPa，其它步驟與參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
四或五不同的是:步驟二中芯層物料為木粉、廢舊塑料和填料，其它步驟與參數與具體實施方式
四或五相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
四至六之一不同的是:步驟二中所述填料為馬來酸酐接枝高密度聚乙烯、聚乙烯蠟、石蠟和鈣粉，其它步驟與參數與具體實施方式
四至六之一相同。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
四至七之一不同的是:步驟二中表層物料為木粉、塑料及功能化添加劑，其它步驟與參數與具體實施方式
四至七之一相同。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
四至八之一不同的是:步驟二中所述功能化添加劑為抗紫外老化劑、阻燃劑、抗菌劑、防水劑其中的一種或幾種按任意比的混合物，其它步驟與參數與具體實施方式
四至八之一相同。
具體實施方式
十:本實施方式與具體實施方式
四至九之一不同的是:所述的潤滑劑為聚乙烯蠟或石蠟中的一種或兩者按任意比的混合物，其它步驟與參數與具體實施方式
四至九之一相同。用以下試驗驗證本發明的有益效果:
實施例1、(結合圖1) 一種用圖1所示模具共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法按以下步驟進行:一、稱取芯層物料:按質量份數稱取60份木粉、32份回收高密度聚乙烯(HDPE)，其密度為0.95g/cm3、3份馬來酸酐接枝HDPE，其密度為0.95g/cm3、2份聚乙烯蠟和3份鈣粉，混合均勻後加熱至熔融狀態；二、稱取表層物料:按質量份數稱取40份木粉、52份HDPE，其密度為0.95g/cm3、3份馬來酸酐接枝HDPE，其密度為0.95g/cm3、2份聚乙烯蠟和3份抗紫外老化劑，混合均勻後加熱至熔融狀態；三、調節溫控裝置10和冷卻裝置11，使表層口模7和芯層口模8的溫度為165°C和160°C，使定型模4和冷卻模5的溫度為60°C和40°C，調節螺杆13使壓力為7MPa ；四、使步驟一的熔融狀態下的芯層物料在擠出作用下從芯層流道I依次通過法蘭
9、芯層口模8和隔熱板12，在表層口模7處與表層流道2擠出的步驟二的熔融狀態的表層物料混合，然後再分別通過共擠流道3、加長口模6、冷卻模5和定型模4，得到高界面結合強度木塑複合材料。本實施例的芯層流道I寬度為126mm ;表層流道2寬度為60mm ;共擠流道3寬度為130mm ;加長口模6長度為40mm ;芯層流道I的出口到表層流道2的入口之間的距離為IOmm ;芯層流道I的出口和表層流道2的入口的匯合處的圓倒角直徑為共擠流道3寬度的
0.6 倍。實施例2，(結合圖1) 一種用圖1所示模具共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法按以下步驟進行:一、稱取芯層物料:按質量份數稱取60份木粉、32份回收高密度聚乙烯(HDPE)，其密度為0.95g/cm3、3份馬來酸酐接枝HDPE，其密度為0.95g/cm3、2份聚乙烯蠟和3份鈣粉，混合均勻後加熱至熔融狀態；二、稱取表層物料:按質量份數稱取55份木粉、35份HDPE，其密度為0.95g/cm3、3份馬來酸酐接枝HDPE，其密度為0.95g/cm3、2份聚乙烯蠟、3份抗紫外老化劑和2份防水劑，混合均勻後加熱至熔融狀態；三、調節溫控裝置10和冷卻裝置11，使表層口模7和芯層口模8的溫度為165°C和160°C，使定型模4和冷卻模5的溫度為60°C和40°C，調節螺杆13使壓力為7MPa ；四、使步驟一的熔融狀態下的芯層物料在擠出作用下從芯層流道I依次通過法蘭
9、芯層口模8和隔熱板12，在表層口模7處與表層流道2擠出的步驟二的熔融狀態的表層物料混合，然後再分別通過共擠流道3、加長口模6、冷卻模5和定型模4，得到高界面結合強度木塑複合材料。本實施例的芯層流道I寬度為124mm ;表層流道2寬度為60mm ;共擠流道3寬度為130mm ;加長口模6長度為40mm ;芯層流道I的出口到表層流道2的入口之間的距離為IOmm ;芯層流道I的出口和表層流道2的入口的匯合處的圓倒角半徑為共擠流道3寬度的
1.2 倍。試驗一、對實施例1的一種高界面結合強度木塑複合材料進行界面強度檢測，測試過程如下:根據測試標準GB17657-1999，表面結合強度測定方法，對實施例1的一種高界面結合強度木塑複合材料進行界面強度檢測，得到其界面結合強度為3.0Mpa,比現有木塑複合材料的界面結合強度最高提高了 5倍，界面結合強度高。試驗二、對實施例2的一種高界面結合強度木塑複合材料進行界面強度檢測，測試過程如下:根據測試標準GB17657-1999，表面結合強度測定方法，對實施例2的一種高界面結合強度木塑複合材料進行界面強度檢測，得到其界面結合強度為3.5Mpa，比現有木塑複合材料的界面結合強度最高提高了 6倍，界面結合強度高。
權利要求
1.一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具，其特徵在於所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具由芯層流道(I)、表層流道(2)、共擠流道(3)、定型模(4)、冷卻模(5)、加長口模(6)、表層口模(7)、芯層口模(8)、法蘭(9)、溫控裝置(10)、冷卻裝置(11)、隔熱板(12)和螺杆(13)構成；其中芯層流道⑴的出口到表層流道(2)的入口之間的距離不小於5_，芯層流道(I)的出口和表層流道(2)的入口的匯合處設置成圓倒角，溫控裝置(10)位於表層口模(7)和芯層口模(8)內部，冷卻裝置(11)位於定型模(4)和冷卻模(5)內部，隔熱板(12)位於表層口模(7)和芯層口模⑶之間，螺杆(13)位於表層流道(2)內部。
2.根據權利要求1所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具，其特徵在於加長口模(6)長度為30 50mm，芯層流道⑴的出口到表層流道⑵的入口之間的距離為6 15mm。
3.根據權利要求1或2所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具，其特徵在於芯層流道(I)的出口和表層流道(2)的入口的匯合處的圓倒角直徑為共擠流道(3)寬度的0.5 1.5倍。
4.用權利要求1所述的模具共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於該製備方法按以下步驟進行: 一、分別調節溫控裝置(10)和冷卻裝置(11)，使表層口模(7)和芯層口模(8)的溫度為135 180°C，使定型模(4)和冷卻模(5)的溫度為15 80°C，根據製備的高界面結合強度共擠出木塑複合材料所需表層厚度調節螺杆(13)，來調節壓力； 二、使熔融狀態下的芯層物料在推動力作用下從芯層流道(I)依次通過法蘭(9)、芯層口模⑶和隔熱板(12)，在表層口模(7)處與表層流道⑵出擠出的熔融狀態的表層物料混合，然後再分別通過共擠流道(3)、加長口模(6)、冷卻模(5)和定型模(4)，得到高界面結合強度木塑複合材料。
5.根據權利要求4所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於步驟一中調節螺杆(13)，使壓力為3MPa 25MPa。
6.根據權利要求4或5所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於步驟二中芯層物料為木粉、廢舊塑料和填料。
7.根據權利要求6所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於步驟二中所述填料為馬來酸酐接枝高密度聚乙烯、潤滑劑和鈣粉。
8.根據權利要求6所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於步驟二中表層物料為木粉、塑料及功能化添加劑。
9.根據權利要求6所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於步驟二中所述功能化添加劑為抗紫外老化劑、潤滑劑、阻燃劑、抗菌劑或防水劑其中的一種或幾種按任意比的混合物。
10.根據權利要求6所述的一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法，其特徵在於所述的潤滑劑為聚乙烯蠟或石蠟中的一種或兩者按任意比的混合物。
全文摘要
一種共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的模具和方法，它涉及一種共擠製備木塑複合材料的模具和方法，它是為解決現有的木塑複合材料界面結合強度低的技術問題，用本發明的模具共擠製備高界面結合強度木塑複合材料的方法如下先調節模具溫控裝置、冷卻裝置及擠出機螺杆，控制壓力和溫度，然後使芯層和表層物料依次通過模具，共擠得到高界面結合強度木塑複合材料，其界面結合強度為3.0MPa～3.5MPa，比現有的木塑複合材料提高了0.7～6倍，還可通過改變表層物料流道內壓力調節表層厚度，包覆的表面還可根據不同模具的設計靈活改動，模具設計簡單，易於加工，可用於木塑複合材料加工領域。
文檔編號B29C47/12GK103144270SQ20131002136
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月21日 優先權日2013年1月21日
發明者謝延軍, 孫理超, 王海剛, 賀曉豔, 李澤文, 王清文 申請人:東北林業大學