专利名称：一种连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种塑木复合材料及其制备方法，具体的说是一种连续长纤维增强聚 烯烃塑木复合材料及其制备方法。
背景技术：
塑木复合材料是一种新兴的环保、低碳的复合材料。主要采用回收塑料和农林废 弃物作为原料，加工成为铺板、护栏围栏或者室内外装饰。但是由于塑木复合材料的力学性 能较低，无法广泛用于建筑领域，特别是受力件或者结构件。国内外对于纤维增强塑料已经有了很多的报道和相关专利，但是玻纤在产品中的 分布均为非连续相，产品受力时仍然是局部受力。如长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备 方法(申请号200810020936. 5)，是将长玻璃纤维浸渍在聚丙烯中切粒后使用，其缺点是玻 璃纤维仍然是非连续状态，对于产品的增强效果相对于连续纤维增强较差，玻璃纤维在产 品后续加工过程中会被继续剪断，同时对加工设备存在磨损。另外，普通的玻璃纤维增强材 料在回收时难度较大，玻璃纤维很难从材料中分离。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对以上现有技术存在的缺点，提出一种连续长 纤维增强聚烯烃塑木复合材料及其制备方法，可以大幅增强塑木复合材料的力学性能，拓 展塑木复合材料的应用领域。本发明解决以上技术问题的技术方案是
一种连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，按重量百分比由以下组分组成聚烯烃塑 料20-80%，木纤维0-80%，矿物填充物0-80%，润滑剂0_10%，抗氧化剂0_5%，紫外线吸收剂 0-5%,偶联剂 0-10%，颜料 0-10%,
增强纤维0-30% ；增强纤维为表面改性或未改性玻璃纤维、麻纤维或棕榈纤维；增强纤 维沿聚烯烃塑木复合材料长度方向连续延伸，数量至少为一束。本发明使增强纤维连续延伸的分布在聚烯烃塑木型材中，当塑木型材在使用过程 中受力时，连续延伸的纤维可以将局部受力迅速传递至型材整体，从而大幅提高塑木型材 的强度和抗冲击性。另外，增强纤维使用麻纤维或棕榈纤维，环保性更强；特别是棕榈纤维， 既能保证纤维的强度，又能保证环保性。本发明连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料的制备方法，按以下步骤进行 ⑴混料将聚烯烃塑料颗粒、木纤维、矿物填充、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，偶联
剂和颜料按比例倒入混料机混合3-5分钟；
⑵造粒将混合均勻后的原料加入平行双螺杆挤出机进行配混造粒，得到塑木粒料； ⑶挤出将塑木粒料加入挤出机，熔融后经模具挤出；骤⑶中，塑木粒料熔融后经模 具挤出的同时在模具侧向加入连续增强纤维，控制挤出机机身温度、模具温度和挤出速 度，使得塑木材料在成型的同时包覆玻纤一起挤出；机身温度为100-200°C，模具温度为100-200°C，挤出速度为 100-1000mm/min。本明科学的将增强纤维在模具侧向同时加入，使其与塑木粒料一起挤出，形成“共 挤”，可以保证增强纤维在塑木材料中连续延伸而不被剪断，达到提高塑木型材的强度和抗 冲击性的目的。另外，机身温度控制在100-200°C，模具温度控制在100-200°C，挤出速度控 制在lOO-lOOOmm/min，机身温度的设定主要是基于塑木复合材料的熔点，使塑木复合材料 充分熔融，促进木纤维在塑料中的分散，通过模具温度的控制使塑木复合材料在经模具挤 出时，一方面具有良好的结构保持能力，另一方面又可以包覆连续长纤维，使长纤维均勻的 分散在塑木型材中，提高增强效果，保证产品挤出的连续性。挤出速度过慢，生产效率低， 而挤出速度过快则导致连续长纤维与塑木材料的结合不紧密，很容易在使用中出现脱丝现 象。本发明进一步限定的技术方案是
前述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，木纤维为杨木粉、稻壳粉或竹粉，主要来 源于木材、竹材加工厂及大米加工厂中的废弃物磨粉，细度为20目-200目；矿物填充为碳 酸钙或滑石粉，来源于化工厂或石材加工场，细度为100目-2000目。前述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，纤维规格为200-4800Tex。前述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，增强纤维排布在聚烯烃塑木复合材 料的靠近表层处，这样可以提高增强效果。具体可以为以下技术方案聚烯烃塑木复合材料 型材截面为矩形，增强纤维沿型材宽度方向排布至少一排；可根据型材截面调整纤维的排 布方式。如型材厚度较小，可沿型材宽度方向排布一排纤维；如型材厚度较大，可沿型材宽 度方向排布数排纤维。聚烯烃塑木复合材料型材截面为异形(非矩形)，增强纤维沿型材外 沿形状排列。聚烯烃塑木复合材料型材为空心体，增强纤维在型材表层或支撑筋中排列。前述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，矿物填充物是滑石粉、碳酸钙或硅 灰石中的一种或几种混；润滑剂为乙撑双硬脂酰胺，PE蜡，褐煤酸，硬脂酸钙，硬脂酸中的 一种或几种混合；抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其 中亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量比1:0. 3 1:0. 7组成。前述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料的制备方法，步骤⑵中，平行双螺杆 加工温度 100-300°C，转速 100-400r/min。
具体实施例方式实施例一
一种连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，按重量百分比由以下组分组成聚烯烃塑 料50%，木纤维10%，矿物填充物12%，润滑剂1%，抗氧化剂5%，紫外线吸收剂1%，偶联剂10%， 颜料1%，增强纤维10% ；增强纤维为表面改性或未改性玻璃纤维、麻纤维或棕榈纤维；增强 纤维沿聚烯烃塑木复合材料长度方向连续延伸，数量至少为一束。木纤维为杨木粉、稻壳粉或竹粉，主要来源于木材、竹材加工厂及大米加工厂中的 废弃物磨粉，细度为20目；矿物填充为碳酸钙或滑石粉，来源于化工厂或石材加工场，细度 为100目。连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，纤维规格为200Tex。增强纤维排布在聚烯烃塑木复合材料的靠近表层处，这样可以提高增强效果。具体可以为以下技术方案聚烯烃塑木复合材料型材截面为矩形，增强纤维沿型材宽度方向 排布至少一排；可根据型材截面调整纤维的排布方式。如型材厚度较小，可沿型材宽度方向 排布一排纤维；如型材厚度较大，可沿型材宽度方向排布数排纤维。聚烯烃塑木复合材料型 材截面为异形(非矩形)，增强纤维沿型材外沿形状排列。聚烯烃塑木复合材料型材为空心 体，增强纤维在型材表层或支撑筋中排列。矿物填充物是滑石粉、碳酸钙或硅灰石中的一种或几种混；润滑剂为乙撑双硬脂 酰胺，PE蜡，褐煤酸，硬脂酸钙，硬脂酸中的一种或几种混合；抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧 剂和受阻酚类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其中亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量 比1:0. 3组成。连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料的制备方法，按以下步骤进行
⑴混料将聚烯烃塑料颗粒、木纤维、矿物填充、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，偶联 剂和颜料按比例倒入混料机混合3分钟；
⑵造粒将混合均勻后的原料加入平行双螺杆挤出机进行配混造粒，得到塑木粒料，平 行双螺杆加工温度300°C，转速lOOr/min ；
⑶挤出将塑木粒料加入挤出机，熔融后经模具挤出，塑木粒料熔融后经模具挤出的 同时在模具侧向加入连续增强纤维，控制挤出机机身温度、模具温度和挤出速度，使得塑木 材料在成型的同时包覆玻纤一起挤出；机身温度为100°C，模具温度为100°C，挤出速度为 100mm/mino实施例二
一种连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，按重量百分比由以下组分组成聚烯烃塑 料28%，木纤维20%，矿物填充物10%，润滑剂5%，抗氧化剂1%，紫外线吸收剂5%，偶联剂1%， 颜料10%，增强纤维20% ；增强纤维为表面改性或未改性玻璃纤维、麻纤维或棕榈纤维 ’增强 纤维沿聚烯烃塑木复合材料长度方向连续延伸，数量至少为一束。木纤维为杨木粉、稻壳粉或竹粉，主要来源于木材、竹材加工厂及大米加工厂中的 废弃物磨粉，细度为100目；矿物填充为碳酸钙或滑石粉，来源于化工厂或石材加工场，细 度为1000目。连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，纤维规格为2000Tex。增强纤维排布在聚烯烃塑木复合材料的靠近表层处，这样可以提高增强效果。具 体可以为以下技术方案聚烯烃塑木复合材料型材截面为矩形，增强纤维沿型材宽度方向 排布至少一排；可根据型材截面调整纤维的排布方式。如型材厚度较小，可沿型材宽度方向 排布一排纤维；如型材厚度较大，可沿型材宽度方向排布数排纤维。聚烯烃塑木复合材料型 材截面为异形(非矩形)，增强纤维沿型材外沿形状排列。聚烯烃塑木复合材料型材为空心 体，增强纤维在型材表层或支撑筋中排列。矿物填充物是滑石粉、碳酸钙或硅灰石中的一种或几种混；润滑剂为乙撑双硬脂 酰胺，PE蜡，褐煤酸，硬脂酸钙，硬脂酸中的一种或几种混合；抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧 剂和受阻酚类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其中亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量 比1:0. 5组成。连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料的制备方法，按以下步骤进行
⑴混料将聚烯烃塑料颗粒、木纤维、矿物填充、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，偶联剂和颜料按比例倒入混料机混合4分钟；
⑵造粒将混合均勻后的原料加入平行双螺杆挤出机进行配混造粒，得到塑木粒料，平 行双螺杆加工温度200°C，转速300r/min ；
⑶挤出将塑木粒料加入挤出机，熔融后经模具挤出，塑木粒料熔融后经模具挤出的 同时在模具侧向加入连续增强纤维，控制挤出机机身温度、模具温度和挤出速度，使得塑木 材料在成型的同时包覆玻纤一起挤出；机身温度为150°C，模具温度为150°C，挤出速度为 600mm/mino实施例三
一种连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，按重量百分比由以下组分组成聚烯烃塑 料20%，木纤维30%，矿物填充物10%，润滑剂10%，抗氧化剂2%，紫外线吸收剂3%，偶联剂5%， 颜料5%，增强纤维15% ；增强纤维为表面改性或未改性玻璃纤维、麻纤维或棕榈纤维；增强 纤维沿聚烯烃塑木复合材料长度方向连续延伸，数量至少为一束。木纤维为杨木粉、稻壳粉或竹粉，主要来源于木材、竹材加工厂及大米加工厂中的 废弃物磨粉，细度为200目；矿物填充为碳酸钙或滑石粉，来源于化工厂或石材加工场，细 度为2000目。连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，纤维规格为4800Tex。增强纤维排布在聚烯烃塑木复合材料的靠近表层处，这样可以提高增强效果。具 体可以为以下技术方案聚烯烃塑木复合材料型材截面为矩形，增强纤维沿型材宽度方向 排布至少一排；可根据型材截面调整纤维的排布方式。如型材厚度较小，可沿型材宽度方向 排布一排纤维；如型材厚度较大，可沿型材宽度方向排布数排纤维。聚烯烃塑木复合材料型 材截面为异形(非矩形)，增强纤维沿型材外沿形状排列。聚烯烃塑木复合材料型材为空心 体，增强纤维在型材表层或支撑筋中排列。矿物填充物是滑石粉、碳酸钙或硅灰石中的一种或几种混；润滑剂为乙撑双硬脂 酰胺，PE蜡，褐煤酸，硬脂酸钙，硬脂酸中的一种或几种混合；抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧 剂和受阻酚类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其中亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量 比1:0. 7组成。连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料的制备方法，按以下步骤进行
⑴混料将聚烯烃塑料颗粒、木纤维、矿物填充、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，偶联 剂和颜料按比例倒入混料机混合5分钟；
⑵造粒将混合均勻后的原料加入平行双螺杆挤出机进行配混造粒，得到塑木粒料，平 行双螺杆加工温度300°C，转速400r/min ；
⑶挤出将塑木粒料加入挤出机，熔融后经模具挤出，塑木粒料熔融后经模具挤出的 同时在模具侧向加入连续增强纤维，控制挤出机机身温度、模具温度和挤出速度，使得塑木 材料在成型的同时包覆玻纤一起挤出；机身温度为200°C，模具温度为200°C，挤出速度为 1000mm/mino本发明使增强纤维连续延伸的分布在聚烯烃塑木型材中，当塑木型材在使用过程 中受力时，连续延伸的纤维可以将局部受力迅速传递至型材整体，从而大幅提高塑木型材 的强度和抗冲击性。另外，增强纤维使用麻纤维或棕榈纤维，环保性更强；特别是棕榈纤 维，既能保证纤维的强度，又能保证环保性。在模具侧向加入纤维主要控制型材的挤出速度和模具温度。挤出速度过快容易导致增强纤维与塑木基材的结合不紧密。温度过低，产 品定型困难，对模具的磨损增大，增强纤维与塑木基材的结合不紧密，增强效果不好。模具 温度过高，塑木材料的熔体强度低，塑木材料无法包覆增强纤维挤出，容易出现塑木材料与 纤维脱离，无法起到增强作用。本明科学的将增强纤维在模具侧向同时加入，使其与塑木 粒料一起挤出，形成“共挤”，可以保证增强纤维在塑木材料中连续延伸而不被剪断，达到提 高塑木型材的强度和抗冲击性的目的。另外，机身温度控制在100-200°C，模具温度控制在 100-2000C，挤出速度控制在lOO-lOOOmm/min，机身温度的设定主要是基于塑木复合材料的 熔点，使塑木复合材料充分熔融，促进木纤维在塑料中的分散，通过模具温度的控制使塑木 复合材料在经模具挤出时，一方面具有良好的结构保持能力，另一方面又可以包覆连续长 纤维，使长纤维均勻的分散在塑木型材中，提高增强效果，保证产品挤出的连续性。挤出速 度过慢，生产效率低，而挤出速度过快则导致连续长纤维与塑木材料的结合不紧密，很容易 在使用中出现脱丝现象。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均 落在本发明要求保护的范围之内。
权利要求
1. 一种连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，其特征在于按重量百分比由以下组分组成聚烯烃塑料20-80%木纤维0-80%矿物填充物0-80%润滑剂0-10%抗氧化剂0-5%紫外线吸收剂0-5%偶联剂0-10%颜料0-10%增强纤维0-30%所述增强纤维为表面改性或未改性玻璃纤维、麻纤维或棕榈纤维；所述增强纤维沿聚烯烃塑木复合材料长度方向连续延伸，数量至少为一束。
2.如权利要求1所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，其特征在于所述木纤 维为杨木粉、稻壳粉或竹粉，细度为20目-200目；所述矿物填充为碳酸钙或滑石粉，细度为 100 目-2000 目。
3.如权利要求1所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，其特征在于所述增强 纤维规格为200-4800Tex。
4.如权利要求1所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，其特征在于所述增强 纤维排布在聚烯烃塑木复合材料的靠近表层处。
5.如权利要求4所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，其特征在于所述聚烯 烃塑木复合材料截面为矩形，所述增强纤维沿型材宽度方向排布至少一排。
6.如权利要求4所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，其特征在于所述聚烯 烃塑木复合材料截面为异形，所述增强纤维沿型材外沿形状排列。
7.如权利要求4所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，其特征在于所述聚烯 烃塑木复合材料为空心体，所述增强纤维在型材表层或支撑筋中排列。
8.如权利要求1所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料，其特征在于所述矿物 填充物是滑石粉、碳酸钙或硅灰石中的一种或几种混；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺，PE 蜡，褐煤酸，硬脂酸钙，硬脂酸中的一种或几种混合；所述抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂和 受阻酚类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其中亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量比 1:0. 3 1:0. 7 组成。
9.权利要求1-8中任一权利要求所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料的制备 方法，按以下步骤进行⑴混料将聚烯烃塑料颗粒、木纤维、矿物填充、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，偶联 剂和颜料按比例倒入混料机混合3-5分钟；⑵造粒将混合均勻后的原料加入平行双螺杆挤出机进行配混造粒，得到塑木粒料；⑶挤出将塑木粒料加入挤出机，熔融后经模具挤出；其特征在于所述步骤⑶中，塑木粒料熔融后经模具挤出的同时在模具侧向加入连续 增强纤维，控制挤出机机身温度、模具温度和挤出速度，使得塑木材料在成型的同时包覆玻纤一起挤出；所述机身温度为100-200°C，模具温度为100-200°C，挤出速度为IOO-IOOOmm/min。
10.如权利要求9所述的连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料的制备方法，其特征在 于所述步骤⑵中，平行双螺杆加工温度100-300°C，转速100-400r/min。
全文摘要
本发明涉及一种塑木复合材料及其制备方法和共挤模具，是一种连续长纤维增强聚烯烃塑木复合材料及其制备方法，按重量百分比由以下组分组成聚烯烃塑料20-80%，木纤维0-80%，矿物填充物0-80%，润滑剂0-10%，抗氧化剂0-5%，紫外线吸收剂0-5%，偶联剂0-10%，颜料0-10%，增强纤维0-30%；增强纤维为表面改性或未改性玻璃纤维、麻纤维或棕榈纤维；增强纤维沿聚烯烃塑木复合材料长度方向连续延伸，数量至少为一束。本发明使增强纤维连续延伸的分布在聚烯烃塑木型材中，当塑木型材在使用过程中受力时，连续延伸的纤维可以将局部受力迅速传递至型材整体，从而大幅提高塑木型材的强度和抗冲击性。
文档编号C08K13/04GK102002178SQ20101058297
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者吴青林, 朱方政, 杨英昌, 梁君, 闫武 申请人:南京聚锋新材料有限公司, 南京聚隆科技股份有限公司