製備木塑複合材料的方法與流程

2023-05-30 11:17:01 2

本發明涉及複合材料領域，更具體為製備木塑複合材料的方法。

背景技術：

木塑複合材料(WPC)研究己有80多年歷史，但一直未能工業化，直到1980年，才有很小量用於低值的吸聲製品。由於環境觀念的加強，美國建築工業尋找木材的替代材料(不腐蝕、不翹曲、維修方便，外觀與木材相似)，同時韓國和日本的紙、木材加工廠則尋找鋸木粉、廢木屑等的應用，都推動和加速了WPC的研究和應用開發。把木纖維填充配混料加工成建築和結構用型材是目前擠出行業最活躍的，新應用開發也層出不窮，所以儘管己有幾十年的研究歷史，但由於WPC巨大的潛在應用市場，正受到人們普遍關注。不少國家投入力量加快開發和應用步伐，尤其是型材的生產，被稱為是一個「熱門市場。

木塑複合材料具有比單獨的木質材料或塑料產品更優異的性能，是木材的理想代用品。用於木塑複合材料的熱塑性塑料主要為聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，包括新料、回收料以及二者的混合料，而木質纖維則為木屑、稻殼、麥秸等資源豐富、價格低廉的農業廢棄物和木材加工的廢棄物。由於兼有二者的特點，因而木塑複合材料製品具備以下優點：1.耐用、壽命長，有類似木質外觀；2.具有優良的物性，比木材尺寸穩定性好，不會產生裂縫、翹曲、無木材節疤、斜紋，加入著色劑、覆膜或複合表層可製成色彩絢麗的各種製品；3.具有熱塑性塑料的加工性，容易成型，用一般料加工設備或稍加改造後便可進行成型加工，加工設備新投入資金少，便於推廣應用等。

木塑複合材料既具有熱塑性塑料的易成型性，又有類似木材的二次加工性，粘接、可塗飾，且有抗蟲蛀、耐老化、吸水性小、可重複利用等優點，故被廣泛應用於各個領域。

然而，現有技術中仍然缺乏對使用廢舊PVC電纜料製備木塑複合材料的研究，特別是機械性能優良的木塑複合材料。

技術實現要素：

為了解決上述問題，發明人進行積極的研究，結果他們發現使用特定的配方，以及特定的工藝條件，能夠得到機械性能優良的木塑複合材料，可用於生產木塑託盤、貨架、地板等，尤其是地板，可用於化工車間，經久耐用。

因此，在一個方面中，本發明提供了一種製備木塑複合材料的方法，包括：將廢舊聚氯乙烯電纜料粉碎，從而得到粉碎料；將所述粉碎料、木粉、純聚氯乙烯以及任選的添加劑均勻混合，從而得到混合料；利用擠出機將所述混合料混煉成型，其中，聚氯乙烯與所述木粉與的混合比例為20-46，所述擠出機的機筒溫度為160-185℃，並且所述擠出機的主機轉速為17-30r/min。

在一個例子中，所述添加劑選自偶聯劑、改性劑、穩定劑、抗氧化劑和/或潤滑劑。

木粉/木纖維提高複合材料的剛度，並使之有木質感；偶聯劑提高木粉/木纖維和基體樹脂之間的界面結合力；穩定劑和抗氧化劑減緩塑料和木粉/木纖維在加工過程中的降解和碳化；潤滑劑提高體系的分散性和物料的流動性。

優選地，所述偶聯劑選自稀土鋁酸酯偶聯劑。

優選地，所述穩定劑選自鈣鋅複合穩定劑，並且所述潤滑劑選自硬脂酸鎂。優選地，所述改性劑選自ACR-201。

優選地，所述擠出機選自單螺杆擠出機、雙螺杆擠出機、同向(異向)旋轉平行雙螺杆擠出機或異向旋轉平行雙螺杆擠出機。

在使用上述擠出機時，材料的成型可採用兩步法和一步法兩種工藝路線。兩步法是最常用的工藝，即先將經乾燥處理和表面改性的木粉與PVC置於高速混合機中，經充分攪拌後由單螺杆或雙螺杆擠出機擠出造粒，該方法可提高木粉在PVC基體中的分散性，且造粒後加料也較容易，但會使整個工藝過程比較複雜。一步法即採用表面改性後的木粉與PVC粉經高速混合後直接加料擠出，可省去造粒工序，但這對設備要求很高。

在一個例子中，聚氯乙烯與所述木粉的混合比例為26.77，所述擠出機的機筒溫度為171℃，並且所述擠出機的主機轉速為25r/min。

在另一個例子中，聚氯乙烯與所述木粉的混合比例為24.73，所述擠出機的機筒溫度為172℃，並且所述擠出機的主機轉速為25r/min。

優選地，所述廢舊聚氯乙烯電纜料為廢舊聚氯乙烯外皮。

優選地，所述木粉為經鈦酸酯偶聯劑處理的木粉和/或丙烯酸酯表面接枝的木粉。

具體地，將粒度為60-100目的木粉在190-230℃加熱處理，再選擇相應的時間使木粉組成物減量達到技術要求。把乾燥後的木粉加入攪拌器中進行攪拌，溫度保持在90-100℃，加入鈦酸酯偶聯劑混合均勻即得到改性木粉。或者，將粒度為60-100目的木粉在190-230℃加熱處理，再選擇相應的時間使木粉組成物減量達到技術要求。把乾燥的木粉加入攪拌器中進行攪拌，將浸漬劑丙烯酸酯、聚合引發劑過氧化苯甲酞、聚合促進劑二甲基苯胺的混合物加入木粉中，再浸漬2h，使其混合均勻，然後升溫至100-400℃保持4h，使木粉中的浸漬劑硬化，從而得到改性木粉。

本發明的木塑複合材料具有優良的機械性能，可用於託盤、鐵路軌枕、建築行業(例如迴廊板、窗戶和門板、混凝土水泥模板等)、園林庭院(例如用於製造室外桌椅、庭院扶手及裝飾板、露天地板、廢物箱等)或汽車內飾件等。

具體實施方式

以下將描述實施本發明的實施方案。然而，本發明的範圍不局限於所述的實施方式，只要不損害主旨，可以對本發明進行各種更改。除非另有說明，否則以下的比例和％分別是指重量比和重量％。

通用程序

首先將篩選出的白色和透明的廢舊PVC電纜外皮，放入粉碎機中粉碎兩次，然後將粉碎後的顆粒過10目篩，進行清洗，在90℃下烘乾1h；將木粉在100℃下烘乾2h-3h，除去木粉中的水分、低分子有機物以及易揮發組分，提高木粉的穩定性；將烘乾好的PVC電纜顆粒、木粉、純PVC粉末和各種助劑按一定比例放入高速混合機中，在4500r/min的轉速下混合5min-10min，使樹脂、木粉和助劑混合均勻；將混合好的原料放入雙螺杆擠出機中，調節各參數，擠出條狀木塑材料。

木素複合材料力學性能的測定

將擠出的條狀材料粉碎，在雙輥煉塑機上於150-175℃下混煉，切割。將切割好的片狀木塑材料放入液壓機中，在150-175℃下預壓10min，然後分別在10MPa、15MPa壓力下各壓5min，取出後再在冷壓機中壓10min。然後將壓制好的木塑板材在萬能制樣機上製備拉伸樣條和衝擊樣條。

彎曲性能採用萬能力學實驗機，按GB/T 9341-2000將試樣製成8.0X10.0X4.0(單位：mm)的標準式樣。然後採取三點彎曲法測試彎曲強度，試驗結果為5個拉伸樣的平均值。

衝擊性能採用簡支梁衝擊試驗機，用缺口衝擊樣條按GB/T 1843-1996測定。試驗結果為10個衝擊樣的平均值。

實施例1和2

按照上述通用程序製備木塑複合材料，其中實施例1的工藝條件為：聚氯乙烯與所述木粉的混合比例為26.77，擠出機的機筒溫度為171℃，並且擠出機的主機轉速為25r/min；並且實施例2的工藝條件為：聚氯乙烯與木粉的混合比例為24.73，擠出機的機筒溫度為172℃，並且擠出機的主機轉速為25r/min。

結果，實施例1的衝擊強度為3.77KJ/m2，彎曲強度為60.68MPa，實施例2的衝擊強度為3.88KJ/m2，彎曲強度為70.68MPa。

工業生產可行性分析

按照年處理量為10萬噸廢舊PVC電纜外皮，設計了兩條木塑板材生產線，所需的生產設備為塑料企業常用設備。下表為工業生產所需的基建工程以及設備預算表。

下面是該項目的效益分析：

在設備表中，所設計的是採用塑料磨粉機進行電纜料的粉碎，可將電纜料粉碎成20目-120目的微細粉末。在電纜料的這種粒度下，同時保持木塑材料的力學性能不降低的情況下，木粉的添加量可提高到50份60份，而且新PVC的添加量可降低至10份20份。這樣，木塑材料的生產成本會進一步降低。

從下表我們可以看出，每生產銷售一噸木塑產品7000元，減去材料費、人員工資、製造費用、銷售費用、管理費用、財務費用等，總成本為5735元，再減去稅金600元，每噸塑木產品可獲利潤665元。若再進一步引進地板生產設備，將擠出的木塑複合材料直接製成室外用鋪地板，市場將更為廣闊，利潤空間將更大。