專利名稱：一種木塑復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合材料技術，具體為一種以非織造布作為增強材料的木塑復合材料 及其制備方法。
背景技術：
木塑復合材料(WPC)是一類以木質纖維素材料為增強體，以熱塑型塑料為基體， 經復合而成的新型材料。它綜合了基體和增強體兩種材料的雙重優(yōu)勢，具有力學性能相對 較好，抗沖擊強度較高，耐水、耐潮，耐磨，耐化學腐蝕，尺寸穩(wěn)定性好等特點。木塑復合材料 在建筑和裝飾材料、交通運輸、園林景觀、家具等方面需求量巨大。但現有的木塑復合材料 存在密度偏大，抗沖擊性能差的缺陷。中國專利CN101486267號報道了一種采用兩層晶須改性塑料層、植物纖維增強塑 料層來制備一種表面阻燃木塑復合材料板材及其制備方法，其中植物纖維增強塑料層由塑 料粒子、植物纖維混合壓延而成。中國專利CN101629022號則利用改性芳綸纖維表面的碳 碳雙鍵和硅烷基與聚烯烴和木粉形成化學鍵，使得芳綸纖維與聚烯烴具有良好的相容性， 有效地增強了復合材料的界面結合力，使得芳綸纖維增強木塑復合材料同時具有高強度和 高韌性，綜合力學性能好，但改性芳綸纖維價格較高，相應的增加了生產成本，不利于普及 使用。中國專利CN101724190A號公開了一種石棉纖維增強的熱塑基木塑復合材料及其制 備方法，它采用石棉纖維增強木塑復合材料，取得了一定的效果。上述專利無論是植物纖維增強、改性芳綸纖維增強，還是石棉纖維增強，都采用的 是短纖維，并先采用共混的方式制備預混料，然后制備木塑復合材料。這些方法雖有一定的 增強效果，但是由于所采用的增強材料為短纖維，并且纖維在基體塑料中雜亂分布，并不均 勻，使得實際增強效果沒有達到理想值。

發(fā)明內容
針對現有技術的不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種木塑復合材料及其 制備方法，該復合材料以非織造布作為增強材料，具有低密度、高強度、抗沖擊、成本低等特 點；該制備方法具有工藝簡單，適于工業(yè)化應用等特點。本發(fā)明解決所述復合材料技術問題的技術方案是，設計一種木塑復合材料，其特 征在于該復合材料以克重為20 80g/m2的針刺非織造布作為增強材料，以包括100重量 份的熱塑型高聚物和10 60重量份的木粉為組成基體，經復合制成；所述的熱塑型高聚物 是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯；所述的木粉粒徑為20 300目。本發(fā)明解決所述制備方法技術問題的技術方案是，設計一種木塑復合材料的制備 方法，該制備方法采用本發(fā)明所述的木塑復合材料組成，先將所述的熱塑型高聚物和木粉 在單螺桿擠出機中混合均勻，熔融后，擠出到預先鋪設有所述針刺非織造布的模具中，再經 過模壓成型，即制得所述以非織造布作為增強材料的木塑復合材料。與現有技術相比，本發(fā)明木塑復合材料以針刺非織造布作為增強體，由于針刺非
3織造布具有三維網絡結構，纖維與纖維之間相互交纏、勾結，其強度遠遠大于單纖維的強 度，因此本發(fā)明木塑復合材料不僅具有高強的特點，而且具有高抗沖擊性能的優(yōu)點。試驗表 明本發(fā)明復合材料的拉伸強度可達到96MPa，彎曲強度可達到81. 4MPa，沖擊強度可達到 46KJ/m2(參見實施例)。本發(fā)明制備方法由于采用針刺非織造布作為增強體，纖維之間相 互交纏、勾結，其強度遠大于散纖維的強度，同時由于針刺非織造布具有三維網絡結構，因 此使制備的非織造布增強木塑復合材料具有高強度、高抗沖擊性能的特點。另外，本發(fā)明制 備方法采用了偶氮類發(fā)泡劑，使得所制備的非織造布增強木塑復合材料又具有低密度的特 點ο
具體實施例方式下面結合實施例進一步敘述本發(fā)明。本發(fā)明設計的木塑復合材料(簡稱復合材料)，其特征在于該復合材料以克重為 20 80g/m2的針刺非織造布作為增強材料，以包括100重量份的熱塑型高聚物和10 60 重量份的木粉為組成基體，經復合制成；所述的熱塑型高聚物是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯 或聚苯乙烯；所述木粉粒徑為20 300目。本發(fā)明同時設計了木塑復合材料的制備方法(簡稱制備方法)。該制備方法采用 本發(fā)明所述的木塑復合材料組成，先將所述的熱塑型高聚物和木粉在單螺桿擠出機中混合 均勻，熔融后，擠出到預先鋪設有所述針刺非織造布的模具中，再經過模壓成型，即制得所 述以非織造布作為增強材料的木塑復合材料。本發(fā)明復合材料的增強材料克重為20 80g/m2，小于20g/m2的增強材料由于其克 重過小，使得低克重的針刺非織造布產品的均勻性存在缺陷，其增強效果不佳，不宜采用， 而大于80g/m2的針刺非織造布雖然其本身強度優(yōu)異，但是由于克重相對過大，密度過大，使 得制備針刺非織造布增強木塑復合材料時，木塑預混料向針刺非織造布內部滲透困難，而 最終導致針刺非織造布增強木塑復合材料的整體力學性能下降；同時采用較大克重的針刺 非織造布也增加了成本，因此克重大于80g/m2針刺非織造布也不宜采用。本發(fā)明的增強材料之所以選擇針刺非織造布而沒有選擇其他類型非織造布的原 因是針刺非織造布通過刺針的作用使得針刺非織造布中的纖維相互交纏、勾結，使得針刺 非織造布的強度比其它類型的非織造布要大，同時由于針刺非織造布為三位網絡結構，使 木塑預混料能夠在針刺非織造布中進行很好的流動、滲透，為性能優(yōu)異的木塑復合材料的 制備奠定了基礎。對于適用克重的針刺非織造布而言，本發(fā)明優(yōu)選聚丙烯纖維針刺非織造 布、聚酯纖維針刺非織造布、尼龍針刺非織造布或麻纖維針刺非織造布。本發(fā)明復合材料的進一步特征是，所述的熱塑型高聚物是回收或棄用的聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯。本發(fā)明采用回收或棄用的熱塑型高聚物既降低了生產成本、 節(jié)約了資源，有利環(huán)保，也不影響產品質量和性能。本發(fā)明制備方法采用針刺非織造布做增強材料時，其加入方法是將所述克重的針 刺非織造布預先按照設計要求鋪設在模具中，然后將基體混合料直接擠出到鋪設有針刺非 織造布的模具中，進而模壓成型。本發(fā)明復合材料的增強工藝設計，可以大幅度提升復合材 料的力學性能，不僅增強效果明顯，抗沖擊性能提高，同時又可以省去昂貴的偶聯(lián)劑(參見 中國專利CN101486267)，使工藝簡單，成本下降。
本發(fā)明復合材料的進一步特征是在復合材料組成中加有5 15重量份的偶氮二 甲酰胺發(fā)泡劑。所述發(fā)泡劑的添加方法是與所述的熱塑型共聚物、木粉同時加入到單螺桿 擠出機中，混合、熔融后，擠出到預先鋪設有針刺非織造布的模具中，再經過模壓成型，即制 得所述非織造布增強的木塑復合材料。復合材料組成中加入偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑后，可使 得所制備的復合材料中含有大量的微孔，達到低密度的效果。目前生產的木塑復合材料普遍存在抗沖擊強度低、產品密度偏大的缺陷，產品密 度是普通木材的兩倍多，過高的密度不僅使其應用場合受到限制，還增加了生產的成本。本 發(fā)明的非織造布增強木塑復合材料以偶氮二甲酰胺為發(fā)泡劑，它在基體中的分散性好，分 解溫度較狹窄、容易控制，分解產生的氣體不燃、無毒、不會爆炸、不易液化、擴散速率低；而 現在使用最多的發(fā)泡劑是石油醚類和鹵代烴類物質，石油醚類物質具有可燃性，而鹵代烴 類物質有毒，尤其是氟代脂肪烴，其分解產生的氟化物會破壞地球外圍的臭氧層。試驗表明 本發(fā)明復合材料產品密度比常規(guī)復合材料產品可降低30 40%，同時，因材料特殊的泡孔 結構可以產生隔音保溫效果，加上針刺非織造布的增強作用，能有效阻止裂痕擴展，而提高 產品的延展性和抗沖擊能力。本發(fā)明復合材料不僅具有木材和塑料制品的雙重優(yōu)勢，而且通過針刺非織造布的 增強處理，賦予了產品高強度、高抗沖擊性能的功能，提高了產品附加值。特別是針刺非織 造布和發(fā)泡劑的綜合運用，使材料的綜合力學性能得到了更大程度的提高和改善，并使產 品密度得以較大幅度的降低。因此，本發(fā)明產品比普通的纖維增強木塑復合材料具有更廣 闊的應用范圍，特別是在高要求、高附加值的場所，如高檔賓館、酒店的天花板、地板、隔音 裝飾板及高檔的家具和辦公桌等，另外，還可用在高檔汽車、有特殊要求的托盤和集裝箱上 等處。本發(fā)明未述及之處適用于現有技術。下面給出本發(fā)明的具體實施例，本發(fā)明申請的權利要求保護范圍不受這些具體實 施例的限制。實施例1本實施例中所述的復合材料按重量份由100份聚乙烯、10份粒徑為20目的木粉、5 份偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑構成，經單螺桿擠出機混合、熔融后，注入到預先鋪設有克重為20g/ m2的聚丙烯纖維針刺非織造布的模具中，再經過模壓成型即得。復合材料制備的具體步驟為(1)將木粉放入鼓風式烘箱中，溫度設為100°C，烘 至其含水率低于； (2)在模具中按照設計的要求鋪設克重為20g/m2的聚丙烯纖維針刺 非織造布；⑶將100份聚乙烯、粒徑為20目的10份木粉、5份偶氮二甲酰胺經單螺桿擠出 機混合、熔融后，注入到預先鋪設有聚丙烯纖維針刺非織造布的模具中，模壓成型，即得到 所述的復合材料。經測試，該復合材料的拉伸強度為85MPa，彎曲強度為72. 5MPa，沖擊強度為38KJ/ m2，密度為 0. 68g/cm3。對比實施例1本實施例中纖維素材料增強塑料復合材料采用的原料只有木粉和聚乙烯兩種原 料，重量份與實施例1相同。復合材料制備的具體步驟為(1)將木粉放入鼓風式烘箱中， 溫度設為100°c，烘至其含水率低于； (2)將100份聚乙烯、粒徑為20目的10份木粉加
5入到單螺桿擠出機中熔融、混合后，注入到模具中，模壓成型，即得到所述的木塑復合材料。經測試，該復合材料的拉伸強度為41. 3MPa,彎曲強度為37MPa，沖擊強度為 9. 7KJ/m2，密度為 0. 94g/cm3。經對比可以看出，本發(fā)明復合材料(實施例1)的拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和 密度分別是常規(guī)纖維增強復合材料(實施例2)的2. 06倍、1. 96倍、3. 92倍和0. 72倍。實施例2本實施例與實施例1不同的是所述復合材料采用的木粉為30份，粒徑為50目，其 余同實施例1。經測試，該復合材料的拉伸強度為83.6MPa，彎曲強度為72. 8MPa，沖擊強度為 37. 5KJ/m2，密度為 0. 64g/cm3。實施例3本實施例與實施例1不同的是所述復合材料采用的木粉為40份，粒徑為100目， 非織造布為聚酯針刺非織造布，克重為50g/m2，其余同實施例1。經測試，該復合材料的拉伸強度為96MPa，彎曲強度為81. 4MPa，沖擊強度為46KJ/ m2，密度 0.71 為 g/cm3。實施例4本實施例與實施例1不同的是所述的復合材料加有15份偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑，其 余同實施例1。經測試，該復合材料的拉伸強度為80MPa，彎曲強度為71MPa，沖擊強度為36KJ/m2， 密度 0. 60 為 g/cm3。實施例5本實施例中所述的復合材料按重量份由100份聚乙烯和粒徑為300目的60份木 粉構成，非織造布為尼龍針刺非織造布，克重為80g/m2，其余同實施例1。經測試，該復合材料的拉伸強度為93MPa，彎曲強度為77. 8MPa，沖擊強度為41KJ/ m2，密度為 0. 65g/cm3。
權利要求
一種木塑復合材料，其特征在于該復合材料以克重為20～80g/m2的針刺非織造布作為增強材料，以包括100重量份的熱塑型高聚物和10～60重量份的木粉為組成基體，經復合制成；所述的熱塑型高聚物是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯；所述的木粉粒徑為20～300目。
2.根據權利要求1所述的木塑復合材料，其特征在于所述的針刺非織造布為聚丙烯纖 維針刺非織造布、聚酯纖維針刺非織造布、尼龍針刺非織造布或麻纖維針刺非織造布。
3.根據權利要求1所述的木塑復合材料，其特征在于所述的復合材料組成中加有5 15重量份的偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑。
4.一種權利要求1所述木塑復合材料的制備方法，該制備方法先將所述的熱塑型高聚 物和木粉在單螺桿擠出機中混合均勻，熔融后，擠出到預先鋪設有所述針刺非織造布的模 具中，再經過模壓成型，即制得所述以非織造布作為增強材料的木塑復合材料。
5.一種權利要求3所述木塑復合材料的制備方法，該制備方法先將所述的熱塑型高聚 物和木粉及發(fā)泡劑在單螺桿擠出機中混合均勻，熔融后，擠出到預先鋪設有所述針刺非織 造布的模具中，再經過模壓成型，即制得所述以非織造布作為增強材料的木塑復合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種木塑復合材料及其制備方法。該復合材料特征在于以克重為20～80g/m2的針刺非織造布作為增強材料，以包括100重量份的熱塑型高聚物和10～60重量份的木粉為組成基體，經復合制成；所述的熱塑型高聚物是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯；所述的木粉粒徑為20～300目。該制備方法先將所述的熱塑型高聚物和木粉在單螺桿擠出機中混合均勻，熔融后，擠出到預先鋪設有所述針刺非織造布的模具中，再經過模壓成型，即制得所述的木塑復合材料。
文檔編號C08J9/10GK101982488SQ20101051535
公開日2011年3月2日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者任元林, 劉曉輝, 劉玉桂, 康衛(wèi)民, 程博聞, 董二瑩, 金銀山 申請人:天津工業(yè)大學