一种长玻纤增强塑木复合型材及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种复合型材及其制备方法，尤其涉及一种长玻纤增强塑木复合型材及其制备方法。
背景技术
在国内国外，塑木成型发展比较快的是挤出成型，由于受挤出量的限制，产品多以窄面积的板和条为主，所用设备为锥形双螺杆、同向或异向双螺杆挤出机，产品多为用于门窗框、装饰材料等窄面、长条的材料。由于这些材料的截面面积较小，相比于同样截面面积的木材而言，其强度和刚性方面都低于木材，无法用作结构材料。因此，如何提高塑木材料的强度和刚性，拓宽塑木产品的应用范围，将是今后塑木行业研究的重要课题。通过长玻璃纤维增强塑木复合材料，目前存在以下技术难题：1、解决玻璃纤维与植物纤维、塑料三者间的相容性问题，降低界面间的表面能；2、长玻璃纤维的加入方式，保证材料表面的光滑和玻纤在材料中的取向；3、玻璃纤维的含量和长度；4、由于塑木挤出过程中的熔体压力很大，如何保证材料中玻璃纤维的长径比，获得最佳的材料强度和刚性。目前公开的玻纤增强塑木的专利中，专利CN 1912299A将造好的塑木颗粒放进铺装机设定好的模框内，铺装过程中加入玻璃纤维1-3层对材料进行补强，将铺装好的材料移入热压机进行热压熟化，熟化好后移入液压机冷却定型。此种方法工艺复杂，自动化生产难度高，而且热压时玻纤分布错位，无法保证玻纤在材料中的均匀分布，影响材料的强度与刚性。专利CN101016791A采用混凝土和植物纤维填充塑料管状物用于街道护栏和高速路隔离栏，该塑木复合杆重量大，而且不便于生产和回收。同时该专利没有阐明如何解决两种比热相差较大的材料由于热胀冷缩而导致的应力问题。专利CN101269554A在塑木基板上压贴复合耐磨层、装饰层、石英纤维层和涤纶纤维层，可用于墙板、瓷砖、地砖或外墙板的装饰。该方法工艺复杂，生产出塑木板材后仍需再次加工，成本很高。
【发明内容】
针对以上问题，本发明提供了一种成本低，性能优异的长玻纤增强塑木复合型材及其工艺简单、合理的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种长玻纤增强塑木复合型材，其质量百分比组成为：高密度聚乙烯25％～45％、植物纤维30％～50％、玻璃纤维10％～39.8％、矿物填充物3％～10％、润滑剂1％～4％、稳定剂0.2％～1％、其他助剂1％～5％。
进一步：在上述长玻纤增强塑木复合型材中，所述的植物纤维为80～200目的谷糠或者木粉中的一种或两种的混合物。所述的玻璃纤维是经过偶联剂处理的无碱玻纤。所述的矿物填充物是滑石粉、碳酸钙和煤灰粉中的一种或两种的混合物，或者是这三种物质的全部混合物。所述的润滑剂是聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸酯、硬脂酸酰胺等中的一种或几种的混合物，或者是这些物质的全部混合物。所述的其它助剂是本领域技术人员常用的着色剂、偶联剂和相容剂。着色剂有本领域技术人员常用的机色粉或无机色粉等。偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂，优选硅烷偶联剂是南京道宁化工有限公司出品的KH550或KH560型硅烷偶联剂。优选的相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或两种的混合物，或者是这三种物质的全部混合物，更优选的是马来酸酐接枝聚乙烯。
本发明还提供了上述长玻纤增强塑木复合型材的制备方法，步骤为；(1)用高搅机将植物纤维、占植物纤维0.5％～1％的偶联剂搅拌均匀，搅拌30±5min后加入矿物填充物继续搅拌15±5min左右得处理过的植物纤维；(2)用溶剂稀释的剩余偶联剂，再浸渍玻璃纤维，在60～80℃下烘干玻璃纤维，所蒸发的溶剂通过冷却回收循环利用；(3)在高搅机中将高密度聚乙烯HDPE、步骤(1)中处理过的植物纤维、步骤(2)中处理过的玻璃纤维和矿物填充、润滑剂、稳定剂、着色剂、相容剂搅拌均匀，再把该搅拌均匀的物料加入平行双螺杆中初次造粒，然后转移到锥形双螺杆中挤出成型制得长玻纤增强的塑木复合型材所述步骤(1)的搅拌温度是85±5℃下，高搅机的转速为1000～2000转/分。
本发明相比现有技术具有以下优点：
上述长玻纤增强塑木复合型材中，其质量百分比组成为：高密度聚乙烯25％～45％、植物纤维30％～50％、玻璃纤维10％～40％、矿物填充物3％～10％、润滑剂1％～4％、稳定剂0.2％～1％、其他助剂1％～5％。本发明与现有的技术有如下优点：1、通过填充长玻璃纤维，大大提高材料的强度，使塑木材料往结构型材发展，将能运用于建筑结构材料；2、长玻璃纤维在挤出过程中经过特设的模具，在一定程度上保证长纤维的纵向分布，大大提高材料的力学性能；3、通过添加助剂和挤出压力的调整保证了材料表面不出现浮纤现象。本发明提供的长玻纤增强塑木复合型材的制备方法，具有工艺简单、原料易得、成本低、污染小、可大批量生产等优点，易于产业化。
【具体实施方式】
本发明的主旨是在通过填充长玻璃纤维，大大提高材料的强度，使塑木材料往结构型材发展，将能运用于建筑结构材料；2、长玻璃纤维在挤出过程中经过特设的模具，在一定程度上保证长纤维的纵向分布，大大提高材料的力学性能；3、通过添加助剂和挤出压力的调整保证了材料表面不出现浮纤现象。本发明提供的长玻纤增强塑木复合型材的制备方法，具有工艺简单、原料易得、成本低、污染小、可大批量生产等优点，易于产业化。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，方法中的时间和温度的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。
实施例1
按照以下质量百分比进行添加：高密度聚乙烯35％(由博罗县东城塑胶有限公司提供)，植物纤维45％(由浙江省德清林木粉有限公司提供，木粉中位径为100目)，玻璃纤维10％(由巨石集团有限公司提供，型号：910)，滑石粉填充料5％(由浙江嘉兴华宇塑胶原料有限公司提供，中位径为250目)，润滑剂2％(由广州龙沙有限公司提供)，复合稳定剂1％(由瑞士汽巴公司提供)，余量是其它助剂(由德国Baelocher公司提供)。将植物纤维放入70℃的高速搅拌机中，设定1200转/min的转速进行强烈搅拌30min，在搅拌的过程中均匀添加1％的偶联剂，然后加入滑石粉填料，再强烈搅拌15min。用作溶剂将偶联剂配成0.5％的溶液对玻璃纤维进行浸泡处理，在60℃下对其烘干，所蒸发的溶剂冷却回收循环利用。处理好的植物纤维、矿物填充料、润滑剂、稳定剂和着色剂在高速搅拌机中搅拌3min，加入平行双螺杆料斗中进行初次造粒，温度设定为160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃、170℃、175℃、175℃、175℃，主机转速为225r/min。将初次造粒物料加入锥形双螺杆，中进行成型加工，温度设定为185℃、195℃、145℃、145℃，主机转速为15r/min，喂料转算为8r/min，长玻纤经自行设计的模具与塑木熔体共同挤出并按挤出方向取向排布，冷却，按照要求切割成产品。将该实施例的产品通过各种性能测试，测试结构如表1所示，得出该产品的强度高、力学性能好等。
实施例2
按照以下质量百分比进行添加：高密度聚乙烯35％(由博罗县东城塑胶有限公司提供)，植物纤维35％(由浙江省德清林木粉有限公司提供，木粉中位径为100目)，玻璃纤维20％(由巨石集团有限公司提供，型号：910)，滑石粉填充料5％(由浙江嘉兴华宇塑胶原料有限公司提供，中位径为250目)，润滑剂2.5％(由广州龙沙化工有限公司)，复合稳定剂0.5％(由瑞士汽巴公司提供)，余量是其它助剂(由德国Baelocher公司提供)。将植物纤维放入80℃的高速搅拌机中，设定1500转/min的转速进行强烈搅拌30min，在搅拌的过程中均匀添加1％的偶联剂，然后加入滑石粉填料，再强烈搅拌10min。用作溶剂将偶联剂配成1.0％的溶液对玻璃纤维进行浸泡处理，在65℃下对其烘干，所蒸发的溶剂冷却回收循环利用。处理好的植物纤维、滑石粉填充料、润滑剂、稳定剂和着色剂在高速搅拌机中搅拌3min，加入平行双螺杆料斗中进行初次造粒，温度设定为160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃、170℃、175℃、175℃、175℃，主机转速为240r/min。将初次造粒物料加入锥形双螺杆，中进行成型加工，温度设定为185℃、205℃、155℃、145℃，主机转速为12r/min，喂料转算为6r/min，长玻纤经自行设计的模具与塑木熔体共同挤出并按挤出方向取向排布，冷却，按照要求切割成产品。将该实施例的产品通过各种性能测试，测试结构如表1所示，得出该产品的强度高、力学性能好等。
实施例3
按照以下质量百分比进行添加：高密度聚乙烯30％(由博罗县东城塑胶有限公司提供)，植物纤维30％(由浙江省德清林木粉有限公司提供，木粉中位径为100目)，玻璃纤维30％(巨石集团有限公司，型号：910)，滑石粉填充料5％(由浙江嘉兴华宇塑胶原料有限公司提供，中位径为250目)，润滑剂2％(由广州龙沙化工有限公司提供)，复合稳定剂0.5％(由瑞士汽巴公司提供)，余量是其它助剂(由德国Baelocher公司提供)。将植物纤维放入85℃的高速搅拌机中，设定1800转/min的转速进行强烈搅拌30min，在搅拌的过程中均匀添加1％的偶联剂，然后加入煤灰粉填料，再强烈搅拌10min。用作溶剂将偶联剂配成1.0％的溶液对玻璃纤维进行浸泡处理，在70℃下对其烘干，所蒸发的溶剂冷却回收循环利用。处理好的植物纤维、矿物填充料、润滑剂、稳定剂和着色剂在高速搅拌机中搅拌3min，加入平行双螺杆料斗中进行初次造粒，温度设定为160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃、170℃、175℃、175℃、175℃，主机转速为220r/min。将初次造粒物料加入锥形双螺杆，中进行成型加工，温度设定为195℃、215℃、165℃、155℃，主机转速为18r/min，喂料转算为12r/min，长玻纤经自行设计的模具与塑木熔体共同挤出并按挤出方向取向排布，冷却，按照要求切割成产品。将该实施例的产品通过各种性能测试，测试结构如表1所示，得出该产品的强度高、力学性能好等。
实施例4
按照以下质量百分比进行添加：高密度聚乙烯25％(由博罗县东城塑胶有限公司提供)，植物纤维23％(由浙江省德清林木粉有限公司提供，木粉中位径为100目)，玻璃纤维39.8％(由巨石集团有限公司提供，型号：910)，滑石粉填充料5％(由浙江嘉兴华宇塑胶原料有限公司提供，中位径为250目)，润滑剂3％(由广州龙沙化工有限公司)，复合稳定剂1％(由瑞士汽巴公司提供)，余量是其它助剂(由德国Baelocher公司提供)。将植物纤维放入80℃的高速搅拌机中，设定1900转/min的转速进行强烈搅拌27min，在搅拌的过程中均匀添加1％的偶联剂，然后加入煤灰粉填料，再强烈搅拌12min。用作溶剂将偶联剂配成1.0％的溶液对玻璃纤维进行浸泡处理，在75℃下对其烘干，所蒸发的溶剂冷却回收循环利用。处理好的植物纤维、矿物填充料、润滑剂、稳定剂和着色剂在高速搅拌机中搅拌4min，加入平行双螺杆料斗中进行初次造粒，温度设定为160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃、170℃、175℃、175℃、175℃，主机转速为220r/min。将初次造粒物料加入锥形双螺杆，中进行成型加工，温度设定为215℃、225℃、185℃、175℃，主机转速为9r/min，喂料转算为6r/min，长玻纤经自行设计的模具与塑木熔体共同挤出并按挤出方向取向排布，冷却，按照要求切割成产品。将该实施例的产品通过各种性能测试，测试结构如表1所示，得出该产品的强度高、力学性能好等。
实施例5
按照以下质量百分比进行添加：高密度聚乙烯35％(由博罗县东城塑胶有限公司提供)，植物纤维35％(由浙江省德清林木粉有限公司提供，木粉中位径为100目)，玻璃纤维20％(由巨石集团有限公司提供，型号：910)，碳酸钙填充料5％(由山东白石化工股份有限公司提供，中位径为1000目)，润滑剂3％(由广州龙沙化工有限公司提供)，复合稳定剂1％(由瑞士汽巴公司提供)，余量是其它助剂(由德国Baelocher公司提供)。将植物纤维放入75℃的高速搅拌机中，设定2000转/min的转速进行强烈搅拌25min，在搅拌的过程中均匀添加1％的偶联剂，然后加入煤灰粉填料，再强烈搅拌15min。用作溶剂将偶联剂配成1.0％的溶液对玻璃纤维进行浸泡处理，在75℃下对其烘干，所蒸发的溶剂冷却回收循环利用。处理好的植物纤维、矿物填充料、润滑剂、稳定剂和着色剂在高速搅拌机中搅拌5min，加入平行双螺杆料斗中进行初次造粒，温度设定为160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃、170℃、175℃、175℃、175℃，主机转速为225r/min。将初次造粒物料加入锥形双螺杆，中进行成型加工，温度设定为165℃、175℃、135℃、135℃，主机转速为16r/min，喂料转算为10r/min，长玻纤经自行设计的模具与塑木熔体共同挤出并按挤出方向取向排布，冷却，按照要求切割成产品。将该实施例的产品通过各种性能测试，测试结构如表1所示，得出该产品的强度高、力学性能好等。
实施例6
按照以下质量百分比进行添加：高密度聚乙烯30％(由博罗县东城塑胶有限公司提供)，植物纤维37％(由浙江省德清林木粉有限公司提供，木粉中位径为100目)，玻璃纤维20％(由巨石集团有限公司提供，型号：910)，煤灰粉填充料5％(由广东省韶关韶港能源有限公司提供，中位径为1200目)，润滑剂4％(由广州龙沙化工有限公司提供)，复合稳定剂1％(由瑞士汽巴公司提供)，余量是其它助剂(由德国Baelocher公司提供)。将植物纤维放入65℃的高速搅拌机中，设定1700转/min的转速进行强烈搅拌20min，在搅拌的过程中均匀添加1％的偶联剂，然后加入煤灰粉填料，再强烈搅拌20min。用作溶剂将偶联剂配成1.0％的溶液对玻璃纤维进行浸泡处理，在80℃下对其烘干，所蒸发的溶剂冷却回收循环利用。处理好的植物纤维、矿物填充料、润滑剂、稳定剂和着色剂在高速搅拌机中搅拌5min，加入平行双螺杆料斗中进行初次造粒，温度设定为160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃、170℃、175℃、175℃、175℃，主机转速为235r/min。将初次造粒物料加入锥形双螺杆，中进行成型加工，温度设定为175℃、205℃、155℃、155℃，主机转速为15r/min，喂料转算为9r/min，长玻纤经自行设计的模具与塑木熔体共同挤出并按挤出方向取向排布，冷却，按照要求切割成产品。将该实施例的产品通过各种性能测试，测试结构如表1所示，得出该产品的强度高、力学性能好等。
表1
名称 冲击强度 [KJ/m2] 拉伸强度 [MPa] 硬度 弯曲强度 [MPa] 弯曲模量 [MPa] 密度 (g/cm3)
测试标准 ASTM D256 ASTM D638 GB2411-2008 ASTM D790 ASTM D790 ASTMD792-2008
实施例1 6.73 18.24 76 28.87 2192 1.273
实施例2 7.89 21.79 80 30.04 2387 1.295
实施例3 7.21 20.17 82 32.15 2479 1.329
实施例4 6.11 19.85 85 34.49 2610 1.403
实施例5 6.52 18.14 73 28.70 2239 1.269
实施例6 6.39 17.92 71 28.46 2291 1.251