CN106003950B - 高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品及其制备方法 - Google Patents

高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品及其制备方法。该制品是由芯层和表层共挤而成，芯层是由以下原料组成：芯层聚合物树脂、纤维、增塑剂、润滑剂、抗氧剂、芯层稳定剂、界面改性剂；表层是由以原料组成：表层聚合物树脂、木粉、表层稳定剂、碳酸钙、发泡剂、发泡调节剂、增塑稳定剂。制备方法：1）将表层原料混合均匀；2）熔融挤出造粒得到表层粒料；3）将干燥后的芯层树脂与其他芯层原料混合均匀；4）熔融挤出造粒得到芯层粒料；5）将表层粒料和芯层粒料共挤得到纤维内增强木塑制品；或者将混合均匀的表层粉料与芯层粒料共挤得到纤维内增强木塑制品。本发明的木塑制品具有较好的抗冲击、抗弯性能，受热尺寸稳定性也较好。

Description

高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品及其制 备方法
技术领域
本发明涉及高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品及其制备方法。
背景技术
在中国，以木为原材料，制成房屋或家具，历史极其悠久。兴建于明朝永乐年间北京紫禁城太和殿，建于唐代中期的山西五台山佛光寺东大殿，建于清道光年间的福建永定福裕楼，都是极具特色的木制建筑物。而八仙桌、香案、鲁班凳等，则是极具中国风的木制家具。
木制房屋或家具，往往美观大方，纹理自然，气味芬芳，有种天人合一的感觉；尤其是其中的结构，更是精妙绝伦，例如古代中国木制家具中常见的榫卯结构，蕴含着阴阳相合、朴素辩证法的思想之美。
现代都市生活，节奏快，压力大，人们也越来越崇尚节能，环保，简约，自然的生活风格，木制家具，也再一次吸引了人们的眼球，以高档的黄花梨木，优雅的金丝楠木，色泽温润的黄杨木等制成的家具或制品，不断受到高端人士和收藏家的追捧。
然而，树木尤其稀有树木是有限的自然资源，开发利用受到极大的限制，且木制品本身容易受潮腐烂，滋生白蚁等，是容易消耗的物品，为满足广大消费群体的消费需求以及保护环境的时代要求，木塑制品应运而生，木塑制品通常是由树脂、木粉、填料以及其他助剂通过共混加工的方式制得，然而，常规木塑制品的力学性能相比实木而言，其强度和模量与实木相差甚远，因而目前的木塑制品作为结构件使用往往受到了严重限制，例如在家具、户外栈道等结构中使用，存在严重的安全隐患；另外，由于常规木塑制品含有大量的树脂基材，因此制品的耐热性能非常差，在高温使用环境中容易翘曲变形，其尺寸稳定性具有严重的缺陷。为了提高木塑制品的力学性能，通常是将硅灰石、纤维等和木粉、塑料等混合挤出成型，然而不同材料的界面并未形成相容连续的统一体，这样就会使得制品的抗冲击强度下降明显，并且制品的受热尺寸稳定性并不能得到优化提高。
发明内容
本发明的目的在于提供高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其是由芯层和表层共挤而成；所述的表层是由以下质量份的原料组成：100份的表层聚合物树脂、30～70份的木粉、4～8份的表层稳定剂、20～40份的碳酸钙、1.5～2.5份的发泡剂、5～8份的发泡调节剂、3～8份的增塑稳定剂；所述的芯层是由以下质量份的原料组成：芯层聚合物树脂20～50份、纤维20～60份、增塑剂4～8份、润滑剂1～3份、抗氧剂0.1～1份、芯层稳定剂0.1～1份、界面改性剂1～3份。
所述的表层聚合物树脂为PE、PP、PVC中的至少一种。
所述的发泡剂为偶氮类发泡剂。
所述的增塑稳定剂为环氧大豆油、环氧亚麻油、环氧妥尔油中的至少一种。
所述的芯层聚合物树脂为PBT、PET、AS、ABS、PA、PVC、PE、PP中的至少一种。
所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉、玄武岩纤维、植物纤维、钢纤维中的至少一种。
所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、复合抗氧剂中的至少一种。
所述的芯层稳定剂或表层稳定剂各自独立的选自铅盐稳定剂、金属皂类稳定剂、有机锡稳定剂、有机锑稳定剂、稀土稳定剂、环氧类稳定剂、多羟基化合物稳定剂、稀土热稳定剂、亚磷酸盐、β－二酮、二氢嘧啶中的至少一种。
所述的界面改性剂为ABS-g-MAH、AS-g-MAH、CPVC-g-MAH、PVC-g-MAH中的至少一种。
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品的制备方法，包括步骤：
1)将表层原料混合均匀；
2)熔融挤出造粒得到表层粒料；
3)将干燥后的芯层树脂与其他芯层原料混合均匀；
4)熔融挤出造粒得到芯层粒料；
5)将表层粒料和芯层粒料复合共挤得到纤维内增强木塑制品；
或者，制备方法包括步骤：
1)准备粉料状的表层原料；
2)将干燥后的芯层树脂与其他芯层原料混合均匀；
3)熔融挤出造粒得到芯层粒料；
4)将表层粉料和芯层粒料复合共挤得到纤维内增强木塑制品。
本发明的有益效果是：
本发明的木塑制品具有较好的抗冲击、抗弯性能，受热尺寸稳定性也较好。
具体的：
本发明利用纤维增强工程塑料与木塑多层共挤，通过合理的配方优化较好的改善了材料界面相容性，使得芯层与表层形成有效的有机体，其中增强芯层可以大大提高制品的抗冲击、抗弯，受热尺寸稳定性能，在保持了木塑制品的实木表面效果的同时，极大地优化了材料的使用性能。
附图说明
图1是本发明的实物图。
图2是本发明实施例、对比例的型材断裂形貌实物图。
具体实施方式
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其是由芯层和表层共挤而成；所述的表层是由以下质量份的原料组成：100份的表层聚合物树脂、30～70份的木粉、4～8份的表层稳定剂、20～40份的碳酸钙、1.5～2.5份的发泡剂、5～8份的发泡调节剂、3～8份的增塑稳定剂；所述的芯层是由以下质量份的原料组成：芯层聚合物树脂20～50份、纤维20～60份、增塑剂4～8份、润滑剂1～3份、抗氧剂0.1～1份、芯层稳定剂0.1～1份、界面改性剂1～3份。
优选的，所述的表层聚合物树脂为PE、PP、PVC中的至少一种。
优选的，所述的发泡剂为偶氮类发泡剂；进一步优选的，为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸钡、偶氮二甲酸酯中的至少一种。
优选的，所述的增塑稳定剂为环氧大豆油、环氧亚麻油、环氧妥尔油中的至少一种；更进一步优选的，为环氧大豆油。
优选的，所述的芯层聚合物树脂为PBT、PET、AS、ABS、PA、PVC、PE、PP中的至少一种。
优选的，所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉、玄武岩纤维、植物纤维、钢纤维中的至少一种；进一步优选的，为玻璃纤维；更进一步优选的，为硅烷偶联剂表面处理后的玻璃纤维。
优选的，所述的增塑剂为聚乙二醇、柠檬酸酯类增塑剂、合成植物酯类增塑剂、环氧类增塑剂(例如：环氧大豆油、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、环氧糠油酸丁酯、环氧蚕蛹油酸丁酯、环氧大豆油酸辛酯、9，10-环氧硬脂酸辛酯)、邻苯二甲酸酯类增塑剂中的至少一种；进一步优选的，为聚乙二醇、柠檬酸酯类增塑剂、合成植物酯类增塑剂中的至少一种；更进一步优选的，为聚乙二醇。
优选的，所述的润滑剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙、PE蜡、微晶石蜡、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸丁酯中的至少一种。
优选的，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、复合抗氧剂中的至少一种；进一步优选的，为抗氧剂1076、1010、168、264、1098、B215、B225、DLTP、DSTP、TNPP中的至少一种。
优选的，所述的芯层稳定剂或表层稳定剂各自独立的选自铅盐稳定剂、金属皂类稳定剂、有机锡稳定剂、有机锑稳定剂、稀土稳定剂、环氧类稳定剂、多羟基化合物稳定剂、亚磷酸盐、β－二酮、二氢嘧啶中的至少一种；进一步优选的，所述的芯层稳定剂或表层稳定剂各自独立的选自有机锡稳定剂、有机锑稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、稀土稳定剂、环氧大豆油、亚磷酸盐、β－二酮、二氢嘧啶、复合稳定剂(例如：液体钡锌复合物、液体钙锌复合物)中的至少一种。
优选的，所述的界面改性剂为ABS-g-MAH、AS-g-MAH、CPVC-g-MAH、PVC-g-MAH中的至少一种。
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品的制备方法，包括步骤：
1)将表层原料混合均匀；
2)熔融挤出造粒得到表层粒料；
3)将干燥后的芯层树脂与其他芯层原料混合均匀；
4)熔融挤出造粒得到芯层粒料；
5)将表层粒料和芯层粒料复合共挤得到纤维内增强木塑制品；
或者，制备方法包括步骤：
1)准备粉料状的表层原料；
2)将干燥后的芯层树脂与其他芯层原料混合均匀；
3)熔融挤出造粒得到芯层粒料；
4)将表层粉料和芯层粒料复合共挤得到纤维内增强木塑制品。具体的，以下实施例或对比例的制备工艺如下：
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品的制备方法，具体步骤如下：
1)将表层材料中除AC发泡剂以外的原料按配比加入高混机中混合至物料温度达到120℃后，加入AC发泡剂继续混合直至物料温度达到130℃后出料。
2)将混合好的物料加入挤出机中挤出造粒，其中挤出机机头温度为145～175℃，机身一区温度为125～135℃，机身二区温度为130～140℃；机身三区温度为140～145℃；机身四区温度为145～165℃；机身五区温度为150～170℃；螺杆转速：15～24rpm。
3)将芯层按照上述配方进行混合造粒，其步骤如下：
(1)将PBT在110℃～125℃下干燥2～3小时，待用；
(2)按质量份称取干燥处理后的PBT、增塑剂、润滑剂、抗氧剂和稳定剂，一起加入高速混合机中充分混合20～30分钟；
(3)再将上述混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，并将经过硅烷偶联剂处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口引入，加工温度控制在260℃～275℃，通过双螺杆挤出机的挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得玻纤增强PBT芯层材料。
4)实施例制品工艺：将上述制备的表层粒料和芯层粒料通过共挤挤出机挤出成型，其中表层挤出机机头温度为175～195℃，机身一区温度为115℃～125℃，机身二区温度为125℃～155℃，机身三区温度为155～180℃，机身四区温度为180～195℃，螺杆转速18～22rpm；芯层挤出机机头温度为185～195℃，机身一区温度为135℃～145℃，机身二区温度为140℃～165℃，机身三区温度为155～185℃，机身四区温度为185～195℃，螺杆转速18～22rpm，冷却水温度10℃；
或者，如果准备的表层料为均为粉料，则无需经过步骤1)-2)，直接将混合均匀的粉料与芯层粒料通过共挤挤出机挤出成型即可；
5)对比例1挤出成制品工艺：将1)中的粉料或者2)中所造粒子通过螺杆挤出机进行挤出，其中挤出机机头温度为175～195℃，机身一区温度为115℃～125℃，机身二区温度为125℃～155℃，机身三区温度为155～180℃，机身四区温度为180～195℃，螺杆转速18～22rpm，冷却水温度10℃。
6)对比例2挤出成制品工艺：将2)、3)中所造粒子按照质量比1:1共混通过螺杆挤出机进行挤出，其中表层挤出机机头温度为180～195℃，机身一区温度为120℃～125℃，机身二区温度为135℃～155℃，机身三区温度为165～185℃，机身四区温度为185～195℃，螺杆转速16～20rpm，冷却水温度10℃。
本发明所用的工艺(多层共挤)为本领域公知的共混加工手段。
如图1所示为本发明所制备的木塑制品的实物图。
下面结合实施例对本发明的配方做进一步的说明：
实施例1：
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品的原料是由以下成分组成的：
表1：内增强木塑制品的原料组成
表层料 质量份
PVC粉(SG-7) 100
木粉(120目) 55
碳酸钙(1200目) 15
钙锌复合稳定剂 5.5
环氧大豆油 5.2
AC发泡剂 2.0
发泡调节剂530 6.5
芯层料 质量份
PBT 58
无碱玻纤 30
聚乙二醇 5.5
抗氧剂1010 0.8
硬酯酸钙 2.2
钾锌稳定剂 1.5
界面改性剂ABS-g-MAH 2.0
实施例2：
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品的原料是由以下成分组成的：
表2：内增强木塑制品的原料组成
实施例3：
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品的原料是由以下成分组成的：
表3：内增强木塑制品的原料组成
表层料 质量份
PVC粉(SG-7) 100
木粉(120目) 55
碳酸钙(1200目) 15
稀土稳定剂 5.5
环氧大豆油 5.2
AC发泡剂 2.0
发泡调节剂530 6.5
芯层料 质量份
PBT 38
无碱玻纤 50
聚乙二醇 5.5
抗氧剂1010 0.8
硬酯酸钙 2.2
钾锌稳定剂 1.5
界面改性剂ABS-g-MAH 2.0
实施例4：
高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的木塑制品的原料是由以下成分组成的：
表4：内增强木塑制品的原料组成
表层料 质量份
PVC粉(SG-7) 100
木粉(120目) 55
碳酸钙(1200目) 15
稀土稳定剂 5.5
环氧大豆油 5.2
AC发泡剂 2.0
发泡调节剂530 6.5
芯层料 质量份
PBT 33
无碱玻纤 55
聚乙二醇 5.5
抗氧剂1010 0.8
硬酯酸钙 2.2
钾锌稳定剂 1.5
界面改性剂ABS-g-MAH 2.0
对比例1：
常规木塑制品的原料是由以下成分组成的：
表5：常规木塑制品的原料组成
原料一 质量份
PVC粉(SG-7) 100
木粉(120目) 55
碳酸钙(1200目) 15
稀土稳定剂 5.5
环氧大豆油 5.2
AC发泡剂 2.0
发泡调节剂530 6.5
对比例2：
常规增强木塑制品的原料是由以下成分组成的：
表6：常规增强木塑制品的原料组成
原料一 质量份
PVC粉(SG-7) 100
木粉(120目) 55
碳酸钙(1200目) 15
稀土稳定剂 5.5
环氧大豆油 5.2
AC发泡剂 2.0
发泡调节剂 6.5
原料二 质量份
PBT 48
无碱玻纤 40
聚乙二醇 5.5
抗氧剂1010 0.8
硬酯酸钙 2.2
钾锌稳定剂 1.5
界面改性剂ABS-g-MAH 2.0
实施例1-4、对比例1-2的产品性能如下表7：
表7：内增强木塑制品的性能对比
由表7可以发现，用本发明制备的内增强木塑制品与比较例中常规增强木塑制品相比较，本发明方法制备的内增强木塑制品采用多层共挤方式，芯层增强料的引入不仅不会影响制品的木质表面效果，同时制品的抗折强度、弯曲模量、高温下长度收缩及抗蠕变性能相比对比例1-2都具有明显的优势，其高温条件下的弯曲模量有较大的提升，极大地改善了制品的耐热性能；同时，采用多层共挤工艺简便易行，制品一次成型，具有较高的产品合格率，同时残次品能够破二次利用，更加经济环保。

Claims (9)

1.高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其特征在于：其是由芯层和表层共挤而成；所述的表层是由以下质量份的原料组成：100份的表层聚合物树脂、30～70份的木粉、4～8份的表层稳定剂、20～40份的碳酸钙、1.5～2.5份的发泡剂、5～8份的发泡调节剂、3～8份的增塑稳定剂；所述的芯层是由以下质量份的原料组成：芯层聚合物树脂20～50份、纤维20～60份、增塑剂4～8份、润滑剂1～3份、抗氧剂0.1～1份、芯层稳定剂0.1～1份、界面改性剂1～3份；
所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉、玄武岩纤维、植物纤维、钢纤维中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其特征在于：所述的表层聚合物树脂为PE、PP、PVC中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其特征在于：所述的发泡剂为偶氮类发泡剂。
4.根据权利要求3所述的高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其特征在于：所述的增塑稳定剂为环氧大豆油、环氧亚麻油中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其特征在于：所述的芯层聚合物树脂为PBT、PET、AS、ABS、PA、PVC、PE、PP中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其特征在于：所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、复合抗氧剂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其特征在于：所述的芯层稳定剂或表层稳定剂各自独立的选自铅盐稳定剂、金属皂类稳定剂、有机锡稳定剂、有机锑稳定剂、稀土稳定剂、β－二酮中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品，其特征在于：所述的界面改性剂为ABS-g-MAH、AS-g-MAH、CPVC-g-MAH、PVC-g-MAH中的至少一种。
9.权利要求1-8中任一项所述的高抗冲、高抗折、高尺寸稳定性的纤维内增强木塑制品的制备方法，其特征在于：包括步骤：
1）将表层原料混合均匀；
2）熔融挤出造粒得到表层粒料；
3）将干燥后的芯层树脂与其他芯层原料混合均匀；
4）熔融挤出造粒得到芯层粒料；
5）将表层粒料和芯层粒料复合共挤得到纤维内增强木塑制品；
或者，制备方法包括步骤：
1）准备粉料状的表层原料；
2）将干燥后的芯层树脂与其他芯层原料混合均匀；
3）熔融挤出造粒得到芯层粒料；
4）将表层粉料和芯层粒料复合共挤得到纤维内增强木塑制品。
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