本發(fā)明涉及一種木塑復(fù)合材料及其制造方法，特別是一種輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板及其制備方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
木塑復(fù)合材料是采用木粉和熱熔性塑料為主要原料制備的復(fù)合材料，具有一系列優(yōu)于木材和塑料的特殊性能：有木質(zhì)外觀以及類(lèi)似木材的二次加工性，但尺寸穩(wěn)定性比木材好，且吸水性小、不怕蟲(chóng)蛀、不會(huì)像木材那樣產(chǎn)生裂縫和翹曲變形；具有熱塑性塑料的加工性，但硬度比塑料高，耐磨、耐老化、耐腐蝕。具有優(yōu)良的耐水性、尺寸穩(wěn)定性和可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)。但由于其密度較大、塑料含量較高，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于木質(zhì)材料，不利于其代替木質(zhì)材料。
為了降低木塑復(fù)合材料的密度，通過(guò)采用發(fā)泡劑將非常小的泡孔引入到木塑復(fù)合材料中，形成的微發(fā)泡木塑復(fù)合材料。微發(fā)泡木塑復(fù)合材料除具備普通木塑復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)外，因材料內(nèi)部存在良好的泡孔結(jié)構(gòu)可以鈍化裂紋尖端，阻止裂紋的擴(kuò)展；從而可有效地克服一般木塑復(fù)合材料脆性大、延展性和抗沖擊應(yīng)力低的缺點(diǎn)，并且降低了材料的密度, 不僅節(jié)省原料，而且隔音、隔熱性能也較好。在建筑結(jié)構(gòu)材料、汽車(chē)內(nèi)飾、航天、物流、園林、室內(nèi)裝潢等方面得到極為廣泛的應(yīng)用。
目前，已出現(xiàn)了眾多的微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的研究和應(yīng)用，例如：公開(kāi)號(hào)為CN102229728A的發(fā)明專(zhuān)利，將聚氯乙烯、納米蒙脫土、碳酸鈣粉、白油、熱穩(wěn)定劑、云母粉攪勻后擠出造粒,得到改性塑料粒子；再將其與木粉、偶氮二甲酰胺、發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、氯化聚乙烯、紫外線吸收劑攪勻，經(jīng)擠出、發(fā)泡成型微發(fā)泡木塑板材。
公開(kāi)號(hào)為CN103554626A的發(fā)明專(zhuān)利，將基體聚乙烯樹(shù)脂、改性硅灰石粉和滑石粉、交聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、熱平衡型發(fā)泡劑、抗氧化劑、抗紫外線劑、顏料、改性植物纖維攪拌升溫、混合均勻后冷卻卸料,制得預(yù)混料,改性植物纖維選自木粉、竹粉、稻殼粉中的一種或兩種以上以任意比例構(gòu)成的混合物；將預(yù)混料放入擠出機(jī)中造粒、擠出發(fā)泡、冷卻定型。
公開(kāi)號(hào)為CN1948384的發(fā)明專(zhuān)利，將聚氯乙 烯樹(shù)脂,砂光粉,化學(xué)(AC)發(fā)泡劑，增塑劑、助發(fā)泡劑等各種加工助劑，將 各組份按比例在高速混合機(jī)中混合均勻，在單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)中擠 出造粒,制備的顆粒通過(guò)單、雙螺桿擠出機(jī)及發(fā)泡模具成型為一種連續(xù)均勻發(fā) 泡的微發(fā)泡木塑復(fù)合材料制品。
公開(kāi)號(hào)為CN102167872A的發(fā)明專(zhuān)利，該木塑復(fù)合材料組成為：聚氯乙烯、木粉、輕質(zhì)活性碳酸鈣、發(fā)泡劑、發(fā)泡穩(wěn)定劑、聚乙烯蠟、鈦酸酯偶聯(lián)劑、氯化聚乙烯、吸附劑納米氧化鈣、助發(fā)泡劑納米氧化鋅、硅酮加工助劑、增強(qiáng)纖維無(wú)堿玻璃纖維。先將木粉與納米氧化鈣粉末高速混合后,加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后高速混合,最后加入其余物料,經(jīng)高速混合后,再經(jīng)低速混合得到預(yù)混料,經(jīng)擠出機(jī)擠出、急速冷卻即可。
但是上述專(zhuān)利都是采用木粉作為填充劑，木粉含量均低于40%，產(chǎn)品成本較高；且木粉都為顆粒狀，木粉纖維已被破壞，強(qiáng)度下降；都采用擠出法生產(chǎn)，產(chǎn)品的幅面較小，不適合高木塑比的木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而提供一種輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板及其制備方法，本發(fā)明制備的輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板是采用木纖維，經(jīng)堿活化、異氰酸酯接枝處理、高混造粒、模壓發(fā)泡以及冷卻制取而成。該輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板具有木材含量高、強(qiáng)重比高、尺寸穩(wěn)定性好、抗沖擊性能高、保溫和隔音性能好等優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一方面提供一種輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板，板材厚度為3~20mm，寬度為50 ~2240 mm，密度為700~900 kg/m3。
其中，所述的輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板，其特征是木纖維為原料總重量的50~70%、高密度聚乙烯為30~50%、DOP增塑劑為0.2~1.0%、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯為0.5~2.0%、AC發(fā)泡劑0.5~1.5%、二鹽基亞磷酸鉛3~8%；
特別是，木纖維為熱磨法制取的木纖維，木纖維的平均長(zhǎng)度為0.8~1.2 mm、長(zhǎng)徑比為40~45；板材具有均勻的泡孔結(jié)構(gòu)；
尤其是，所述木纖維為速生材木纖維，優(yōu)選為楊木、松木、桉木混合纖維，進(jìn)一步優(yōu)選為楊木、松木；所述泡孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑低于50μm、孔隙率為10%~30%，進(jìn)一步優(yōu)選為平均孔徑低于30μm、孔隙率為10%~20%。
另一方面提供一種輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板的制備方法，包括如下順序進(jìn)行的步驟：
1）木纖維的活化處理
將木纖維與水、活化劑進(jìn)行混合，控制混合后的活化劑含量和纖維含水率，然后放入干燥箱內(nèi)，控制活化溫度對(duì)木纖維進(jìn)行活化處理，干燥至絕干即可；
2）木纖維的接枝處理
將活化后的木纖維噴灑異氰酸酯丙酮溶液，放入滾筒干燥機(jī)內(nèi)使得異氰酸酯固化；
3）高混處理
先后將改性處理的木纖維、高密度聚乙烯、DOP增塑劑、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、AC發(fā)泡劑、二鹽基亞磷酸鉛加入高混機(jī)攪拌15~30分鐘；
4）擠出造粒
將高混后的物料放入擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，得到木塑復(fù)合材料預(yù)混料，為了使混料均勻，反復(fù)擠出2-3次；
5）模壓、冷卻
在磨具中放入脫模紙，將預(yù)混粒料加入到模具中，再在上表面覆蓋脫模紙，控制在一定溫度，加壓至設(shè)定壓力并保持一定時(shí)間，使分散的預(yù)混料熔結(jié)成密實(shí)材料，冷卻至室溫使其定型即可。
其中，步驟1）中所述活化劑選擇堿木素、氫氧化鈉或者碳酸鈉中一種或幾種；
特別是，木纖維中活化劑含量為2%~10%，優(yōu)選為2%~5%；
尤其是，活化前纖維含水率為50%~100%，優(yōu)選為80%~100%；活化溫度為100℃~180℃，優(yōu)選為150~170℃。
其中，步驟2）中所述異氰酸酯膠黏劑選擇4,4一二苯甲烷二異氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯、水性高分子異氰酸酯膠粘劑中的一種，優(yōu)選為異氰酸酯膠黏劑選擇4,4一二苯甲烷二異氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯中的一種；
特別是，異氰酸酯膠為木纖維絕干量的0.5%~2%，優(yōu)選為1%~1.5%；
其中，步驟3）中所述的木纖維為原料總重量的50~70%、高密度聚乙烯為30~50%、DOP增塑劑為0.2~1.0%、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、AC發(fā)泡劑0.5~1.5%、二鹽基亞磷酸鉛3~8%。
特別是，步驟3）中高混機(jī)的工作溫度為80~180℃，優(yōu)選為160~180℃；攪拌速率為500~1000轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選為800~1000轉(zhuǎn)/分鐘。
其中，步驟4）中所述擠出機(jī)可以為單螺旋擠出機(jī)、也可以是雙螺旋擠出機(jī)；
特別是，擠出機(jī)溫度在140~180℃，轉(zhuǎn)速為50~100轉(zhuǎn)/分鐘。
其中，步驟5）中所述脫模紙為PES、PET、PTFE中一種或幾種；模壓溫度為160~220℃，優(yōu)選為180~200℃；模壓時(shí)間為10~40 秒/min（每毫米成板所需的熱壓時(shí)間），優(yōu)選為15~20 s/mm；壓力為4~7 MPa。
特別是，熱壓壓力中壓縮段壓力為4 ~5Mpa，優(yōu)選為4.5 ~5Mpa；傳熱段壓力為0.8 ~1.5Mpa，優(yōu)選為1.0 ~1.5Mpa；定厚段壓力為1 .5~2.5Mpa，優(yōu)選為2.0~2.5Mpa。
本發(fā)明的MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1微發(fā)泡木塑復(fù)合纖維板是采用熱磨木纖維和塑料經(jīng)高混造粒和模壓發(fā)泡制取的木質(zhì)復(fù)合材料，兼具纖維板和木塑復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，性價(jià)比高、用途廣泛，是一種可循環(huán)利用的環(huán)保型新材料。
2與普通纖維板相比，微發(fā)泡木塑復(fù)合纖維板用塑料代替脲醛膠黏劑，不僅可以減少甲醛污染的問(wèn)題，還可以提高纖維板的尺寸穩(wěn)定性、抗腐蝕、抗蟲(chóng)蛀性。
3與普通木塑復(fù)合材料相比，微發(fā)泡木塑復(fù)合纖維板采用木纖維代替木粉，提高板材的強(qiáng)度；采用的微發(fā)泡技術(shù)賦予板材多孔結(jié)構(gòu)，不僅降低板材的平均密度和生產(chǎn)成本，還提高材料的隔音、保溫和抗沖擊性能。
附圖說(shuō)明
圖1是輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板理化性能測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而更為清楚。但這些實(shí)施例僅是范例性的，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
本發(fā)明實(shí)施例以生產(chǎn)厚度為12±0.5mm、平均密度為750±20Kg/m3的成品木塑復(fù)合纖維板為例進(jìn)行說(shuō)明，其中木纖維原料來(lái)源于2014年12月份北京某公司的中纖板生產(chǎn)線上取出的松木和楊木混合纖維、木纖維的平均長(zhǎng)度為0.8~1.2 mm、長(zhǎng)徑比為40~45。
實(shí)施例1
1）木纖維的活化處理
將去離子水和活化劑進(jìn)行混合，利用噴霧嘴和攪拌機(jī)均勻噴灑活化劑于木纖維上，使得含有活化劑的木纖維中活化劑含量為5%、含水率為70%，然后放入干燥箱內(nèi)，在活化溫度為160℃時(shí)對(duì)木纖維進(jìn)行活化處理，當(dāng)木纖維干燥至含水率為1%時(shí)，即可；
2）木纖維的接枝處理
將活化后的木纖維噴灑二甲基三苯基甲烷異氰酸酯丙酮溶液，施膠量為1.5%，放入滾筒干燥機(jī)內(nèi)使得異氰酸酯固化；
3）高混處理
將改性處理后的木纖維、高密度聚乙烯、DOP增塑劑、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、AC發(fā)泡劑、二鹽基亞磷酸鉛按6：3：0.1：0.1：0.1：0.7的比例加入高混機(jī)，在溫度為160℃、攪拌速率為800轉(zhuǎn)/分鐘條件下攪拌20分鐘；
4）擠出造粒
將高混后的物料放入單螺旋擠出機(jī)，在溫度為160℃、攪拌速率為80轉(zhuǎn)/分鐘條件下進(jìn)行擠出造粒，得到木塑復(fù)合材料預(yù)混料，為了使混料均勻，反復(fù)擠出2-3次；
5）模壓、冷卻
在磨具中放入PTFE脫模紙，將預(yù)混粒料加入到模具中，再在上表面覆蓋脫模紙，在模壓溫度為190℃、模壓時(shí)間為20 秒/min（每毫米成板所需的熱壓時(shí)間）條件下，熱壓壓力采用中壓縮段壓力為5Mpa、傳熱段壓力為1.0 Mpa、定厚段壓力為2.0Mpa，使分散的預(yù)混料熔結(jié)成密實(shí)材料，在恒壓條件冷卻至室溫使其定型即可。
板材的物理力學(xué)性能檢測(cè)參照GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》、GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定》、GB/T18696.1-2004《聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量第一部分：駐波比法》，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。
實(shí)施例2
1）木纖維的活化處理
將去離子水和活化劑進(jìn)行混合，利用噴霧嘴和攪拌機(jī)均勻噴灑活化劑于木纖維上，使得含有活化劑的木纖維中活化劑含量為5%、含水率為70%，然后放入干燥箱內(nèi)，在活化溫度為160℃時(shí)對(duì)木纖維進(jìn)行活化處理，當(dāng)木纖維干燥至含水率為1%時(shí)，即可；
2）木纖維的接枝處理
將活化后的木纖維噴灑二甲基三苯基甲烷異氰酸酯丙酮溶液，施膠量為1%，放入滾筒干燥機(jī)內(nèi)使得異氰酸酯固化；
3）高混處理
將改性處理后的木纖維、高密度聚乙烯、DOP增塑劑、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、AC發(fā)泡劑、二鹽基亞磷酸鉛按6：3：0.15：0.15：0.1：0.6的比例加入高混機(jī)，在溫度為160℃、攪拌速率為800轉(zhuǎn)/分鐘條件下攪拌20分鐘；
4）擠出造粒
將高混后的物料放入單螺旋擠出機(jī)，在溫度為170℃、攪拌速率為70轉(zhuǎn)/分鐘條件下進(jìn)行擠出造粒，得到木塑復(fù)合材料預(yù)混料，為了使混料均勻，反復(fù)擠出2-3次；
5）模壓、冷卻
在磨具中放入PTFE脫模紙，將預(yù)混粒料加入到模具中，再在上表面覆蓋脫模紙，在模壓溫度為190℃、模壓時(shí)間為20 秒/min（每毫米成板所需的熱壓時(shí)間）條件下，熱壓壓力采用中壓縮段壓力為4.5Mpa、傳熱段壓力為1.0 Mpa、定厚段壓力為2.5Mpa，使分散的預(yù)混料熔結(jié)成密實(shí)材料，在恒壓條件冷卻至室溫使其定型即可。
板材的物理力學(xué)性能檢測(cè)參照GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》、GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定》、GB/T18696.1-2004《聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量第一部分：駐波比法》，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。
實(shí)施例3
板材的物理力學(xué)性能檢測(cè)參照GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》、GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定》、GB/T18696.1-2004《聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量第一部分：駐波比法》，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。
對(duì)照組1
與實(shí)施例1比較，減少木纖維的活化處理這一步驟，其他工藝和配方與實(shí)施例1一致。
板材的物理力學(xué)性能檢測(cè)參照GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》、GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定》、GB/T18696.1-2004《聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量第一部分：駐波比法》，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。
對(duì)照組2
與實(shí)施例1比較，減少木纖維的接枝處理這一步驟，其他工藝和配方與實(shí)施例1一致。
板材的物理力學(xué)性能檢測(cè)參照GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》、GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定》、GB/T18696.1-2004《聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量第一部分：駐波比法》，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。
對(duì)照組3
與實(shí)施例1比較，在高混處理中不添加AC發(fā)泡劑，其他工藝和配方與實(shí)施例1一致。
板材的物理力學(xué)性能檢測(cè)參照GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》、GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定》、GB/T18696.1-2004《聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量第一部分：駐波比法》，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。
對(duì)照例4
與實(shí)施例1比較，選擇100目的楊木木粉代替木纖維，其他工藝和配方與實(shí)施例1一致。
板材的物理力學(xué)性能檢測(cè)參照GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》、GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定》、GB/T18696.1-2004《聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量第一部分：駐波比法》，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。
對(duì)照例5
檢測(cè)結(jié)果表明：
1) 本發(fā)明制備的木塑復(fù)合纖維板具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，靜曲強(qiáng)度達(dá)到38.9~42.4MPa，彈性模量達(dá)到3.8~4.2GPa；
2) 本發(fā)明制備的木塑復(fù)合纖維板保溫性能和隔音性能良好，導(dǎo)熱系數(shù)為0.055~0.065 W/mK，吸聲系數(shù)為0.65~0.70，均優(yōu)于普通木塑復(fù)合材料和纖維板；
采用該技術(shù)生產(chǎn)的輕質(zhì)木塑復(fù)合纖維板基本上不存在甲醛污染，物理力學(xué)性能均超過(guò)國(guó)標(biāo)GB/T11718-2009對(duì)普通中密度纖維板和LY/T1616-2004中的木塑復(fù)合材料的要求。