本发明涉及木塑材料领域，具体涉及一种聚乙烯木塑微发泡复合材料及其制备方法。
背景技术：
：木塑复合材料是以热塑性塑料与植物纤维为主要原料，通过挤压、注塑或压制等方式制备的一种新型绿色环保型材料，具有使用寿命长、力学性能优异、可再生、成本低、易加工、类似木质外观等特点，可替代天然木材，广泛应用于家具、建筑、运输包装、汽车材料等领域，近年来备受研究者的关注。植物纤维由纤维素、半纤维素、木质素等组成且含有大量的极性羟基官能团，表现出强烈的极性和亲水性，较差的疏水性。当植物纤维添加到树脂基体中，使得材料极易吸水从而引起产生一系列问题，如木塑复合材料通过吸水变形显著，吸水后力学性能显著下降，耐真菌腐朽性能降低，材料中木粉易腐烂，材料使用寿命大大缩短等。在木塑复合材料的制备过程中，通常将发泡剂引入木塑基体中形成10～100μm的微孔不仅赋予材料高比强度，隔音隔热等特点，还能降低材料密度，有效节省材料，降低成本。随着减重降本的利好深入人心，轻量化材料备受青睐，微发泡木塑复合材料发展前景广阔。然而在制备聚乙烯微发泡木塑复合材料时，由于聚乙烯pe具有结晶结构，树脂熔体超过熔点后黏度急剧下降，发泡时产生的气体熔体造成破裂，加工过程中极易造成泡孔塌陷，泡孔分布不均等问题，从而影响pe基发泡木塑复合材料的机械性能，制约着发泡木塑复合材料的应用。技术实现要素：本发明为了解决上述技术问题，提供了一种聚乙烯木塑微发泡复合材料及其制备方法，该聚乙烯木塑微发泡复合材料具有低吸水率、密度小、泡孔均匀细密、成本低等优点。本发明为了实现上述目的，采用以下技术方案：一种聚乙烯木塑微发泡复合材料，由97～98wt％聚乙烯木塑复合材料和余量的化学发泡剂制备而成；其中，所述的聚乙烯木塑复合材料由下列原料按重量份制备而成：进一步方案，所述化学发泡剂以所述化学发泡剂是碳酸氢钠和低密度聚乙烯的复配物。进一步方案，所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的至少一种。进一步方案，所述的改性植物纤维由植物纤维经过改性剂改性制得。优选的，所述的植物纤维为剑麻、亚麻、黄麻、汉麻、木粉、竹粉、糠粉、秸秆粉中的至少一种；所述的改性剂为十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷的至少一种。优选的，所述的交联剂为过氧化二异丙苯。进一步方案，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种；所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、eva蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、石蜡和氧化聚乙烯蜡中的至少一种；所述的其他助剂为紫外光吸收剂、表面光亮剂、光稳定剂、抗静电剂或着色剂的至少一种。优选的，所述的受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂dltp，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。本发明的另一个目的提供一种聚乙烯木塑微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)改性植物纤维的制备：烘干植物纤维，保证植物纤维的含水量在1％以下，按照重量份称取92～97份植物纤维、3～8份改性剂，加入800～1200ml乙醇、超纯水和冰醋酸的混合溶液中，室温搅拌10～30min，升温至50～60℃恒温搅拌4～8h，离心分离，用无水乙醇洗涤，将洗涤后的产物离心后在50～80℃真空干燥24～48h，干燥后的产物研磨备用，最终得到改性植物纤维；(2)聚乙烯木塑复合材料的制备：按照配比将聚乙烯、相容剂、交联剂、抗氧剂、润滑剂、其他助剂在高速混合机中混合，混合物投入同向双螺杆挤出机的主喂料斗中，同时按照比例称取步骤(1)改性植物纤维加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出，造粒，制得聚乙烯木塑复合材料；(3)聚乙烯木塑微发泡复合材料的制备：将97～98％wt的聚乙烯木塑复合材料与余量的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机中，在二次开模条件下进行微发泡成型制备出聚乙烯木塑微发泡复合材料。优选的，所述步骤(1)中乙醇、超纯水和冰醋酸混合溶液各组分体积比为乙醇：超纯水：冰醋酸为90:8:2；所述步骤(2)中双螺杆挤出机的挤出温度为130～150℃，螺杆转速为350～400r/min，真空度为-0.06～-0.08mpa；所述步骤(3)中注塑机的注塑温度为145～165℃。本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本发明中采用的化学发泡剂为内部包覆有碳酸氢钠的低密度聚乙烯。反应过程中以碳酸氢钠为气源，分散产生二氧化碳，对环境无污染，属于环境友好型发泡剂，同时以低密度聚乙烯为载体，易于在树脂中均匀的分散，与复合材料有极佳的相容性，促进气源在树脂基体中极好的成核效果。(2)植物纤维改性剂采用含有长链基体，分子量大的十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷，硅烷水解与植物纤维表面反应，长链基体与聚乙烯链段相互缠结，促进含氟官能团接枝到植物纤维表面，利用含氟官能团的憎水特性降低植物纤维表面自由能，减少了水分子在植物纤维表面的吸附，从而实现了对植物纤维的疏水改性，继而有效降低聚乙烯木塑复合材料的吸水率。(3)通过过氧化二异丙苯为交联剂使聚乙烯产生交联，链段之间形成网状结构，获得交联程度高、黏度较大的熔体，从而对气核进行包覆，有效束缚气泡的生长，获得致密均匀的聚乙烯木塑微发泡复合材料。(4)在聚乙烯木塑复合材料的制备过程中，将改性植物纤维添加到侧喂料斗中，通过侧喂添加的方式来减少纤维在加工过程中的降解及剪碎，很大程度上保留其纤维长度，从而提高复合材料的力学强度。具体实施方式为了能更清楚的理解本发明的技术方案，下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例1本实施例中聚乙烯木塑微发泡复合材料由下列原料按重量份制备而成：按以下步骤制备聚乙烯木塑微发泡复合材料：(1)改性植物纤维的制备：烘干竹粉，保证竹粉的含水量在1％以下，按重量份称取97份竹粉、3份十七氟癸基三乙氧基硅烷加入800ml体积比为乙醇：超纯水：冰醋酸＝90:8:2的溶液中，室温搅拌10min，升温至50℃后恒温搅拌4h，离心分离，用无水乙醇洗涤，将洗涤后的产物离心后在50℃真空干燥24h，干燥后的产物研磨备用，最终得到改性竹粉；(2)聚乙烯木塑复合材料的制备：按照配比将低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、过氧化二异苯、抗氧剂1010、抗氧剂168和聚乙烯蜡在高速混合机中混合，将混合物投入同向双螺杆挤出机的主喂料斗中，同时按照比例称取步骤(1)改性竹粉加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出，造粒，制得聚乙烯木塑复合材料；其中，挤出机的挤出温度为130℃，螺杆转速为350r/min，真空度为-0.06mpa；(3)聚乙烯木塑微发泡复合材料的制备：将98wt％的聚乙烯木塑复合材料与2wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机中，在二次开模条件下进行微发泡成型制备出聚乙烯木塑微发泡复合材料，其中所述的化学发泡剂为碳酸氢钠和低密度聚乙烯的复配物，注塑机的注塑温度为145℃。实施例2本实施例中聚乙烯木塑微发泡复合材料由下列原料按重量份制备而成：按以下步骤制备聚乙烯木塑微发泡复合材料：(1)改性植物纤维的制备：烘干木粉，保证木粉的含水量在1％以下，按重量份称取92份木粉、8份硅烷加入1000ml体积比为乙醇：超纯水：冰醋酸＝90:8:2的溶液中，室温搅拌20min，升温至55℃后恒温搅拌6h，离心分离，用无水乙醇洗涤，将洗涤后的产物离心后在65℃真空干燥36h，干燥后的产物研磨备用，最终得到改性木粉；(2)聚乙烯木塑复合材料的制备：按照配比将线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异苯、抗氧剂1010、抗氧剂168和硬脂酸钙在高速混合机中混合，将混合物投入同向双螺杆挤出机的主喂料斗中，同时按照比例称取步骤(1)改性木粉加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出，造粒，制得聚乙烯木塑复合材料；其中，挤出机的挤出温度为140℃，螺杆转速为380r/min，真空度为-0.07mpa；(3)聚乙烯木塑微发泡复合材料的制备：将97wt％的聚乙烯木塑复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机中，在二次开模条件下进行微发泡成型制备出聚乙烯木塑微发泡复合材料，其中所述的化学发泡剂为碳酸氢钠和低密度聚乙烯的复配物，注塑机的注塑温度为155℃。实施例3本实施例中聚乙烯木塑微发泡复合材料由下列原料按重量份制备而成：按以下步骤制备聚乙烯木塑微发泡复合材料：(1)改性植物纤维的制备：烘干木粉，保证木粉的含水量在1％以下，按重量份数称取95份木粉、5份十七氟癸基三乙氧基硅烷加入1200ml体积比为乙醇：超纯水：冰醋酸＝90:8:2的溶液中，室温搅拌30min，升温至60℃后恒温搅拌8h，离心分离，用无水乙醇洗涤，将洗涤后的产物离心后在80℃真空干燥48h，干燥后的产物研磨备用，最终得到改性木粉；(2)聚乙烯木塑复合材料的制备：按照配比将线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异苯、抗氧剂dltp、抗氧剂168、石蜡、紫外光吸收剂、光稳定剂和着色剂在高速混合机中混合，将混合物投入同向双螺杆挤出机的主喂料斗中，同时按照比例称取步骤(1)改性木粉加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出，造粒，制得聚乙烯木塑复合材料；其中，挤出机的挤出温度为150℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.08mpa；(3)聚乙烯木塑微发泡复合材料的制备：将97wt％的聚乙烯木塑复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机中，在二次开模条件下进行微发泡成型制备出聚乙烯木塑微发泡复合材料，其中所述的化学发泡剂为碳酸氢钠和低密度聚乙烯的复配物，注塑机的注塑温度为165℃。对比例1本对比例中聚乙烯木塑微发泡复合材料由下列原料按重量份制备而成：按以下步骤制备聚乙烯木塑微发泡复合材料：(1)聚乙烯木塑复合材料的制备：按照配比将线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异苯、抗氧剂1010、抗氧剂168和硬脂酸钙在高速混合机中混合，将混合物投入同向双螺杆挤出机的主喂料斗中，同时按比例称取木粉加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出，造粒，制得聚乙烯木塑复合材料；其中，挤出机的挤出温度为140℃，螺杆转速为380r/min，真空度为-0.07mpa；(2)聚乙烯木塑微发泡复合材料的制备：将97wt％的聚乙烯木塑复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机中，在二次开模条件下进行微发泡成型制备出聚乙烯木塑微发泡复合材料，其中所述的化学发泡剂为碳酸氢钠和低密度聚乙烯的复配物，注塑机的注塑温度为155℃。对比例2本对比例中聚乙烯木塑微发泡复合材料由下列原料按重量份制备而成：按以下步骤制备聚乙烯木塑微发泡复合材料：(1)改性植物纤维的制备：烘干木粉，保证木粉的含水量在1％以下，按照重量份称取92份木粉、8份硅烷加入1000ml体积比为乙醇：超纯水：冰醋酸＝90:8:2的溶液中，室温搅拌20min，升温至55℃后恒温搅拌6h，离心分离，用无水乙醇洗涤，将洗涤后的产物离心后在65℃真空干燥36h，干燥后的产物研磨备用，最终得到改性木粉；(2)聚乙烯木塑复合材料的制备：按照配比将线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、改性木粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异苯、抗氧剂1010、抗氧剂168和硬脂酸钙在高速混合机中混合，将混合物投入同向双螺杆挤出机的主喂料斗中，经过熔融挤出，造粒，制得聚乙烯木塑复合材料；其中，挤出机的挤出温度为140℃，螺杆转速为380r/min，真空度为-0.07mpa；(3)聚乙烯木塑微发泡复合材料的制备：将97wt％的聚乙烯木塑复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机中，在二次开模条件下进行微发泡成型制备出聚乙烯木塑微发泡复合材料，其中所述的化学发泡剂为碳酸氢钠和低密度聚乙烯的复配物，注塑机的注塑温度为155℃。对比例3本实施例中聚乙烯木塑微发泡复合材料由下列原料按重量份制备而成：按以下步骤制备聚乙烯木塑微发泡复合材料：(1)改性植物纤维的制备：烘干木粉，保证木粉的含水量在1％以下，按照重量份称取92份木粉、8份硅烷加入1000ml体积比为乙醇：超纯水：冰醋酸＝90:8:2的溶液中，室温搅拌20min，升温至55℃后恒温搅拌6h，离心分离，用无水乙醇洗涤，将洗涤后的产物离心后在65℃真空干燥36h，干燥后的产物研磨备用，最终得到改性木粉；(2)聚乙烯木塑复合材料的制备：按照配比将线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、抗氧剂1010、抗氧剂168和硬脂酸钙在高速混合机中混合，将混合物投入同向双螺杆挤出机的主喂料斗中，同时按照比例称取步骤(1)改性木粉加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出，造粒，制得聚乙烯木塑复合材料；其中，挤出机的挤出温度为140℃，螺杆转速为380r/min，真空度为-0.07mpa；(3)聚乙烯木塑微发泡复合材料的制备：将97wt％的聚乙烯木塑复合材料与3wt％的化学发泡剂混合均匀后加入注塑机中，在二次开模条件下进行微发泡成型制备出聚乙烯木塑微发泡复合材料，其中所述的化学发泡剂为碳酸氢钠和低密度聚乙烯的复配物，注塑机的注塑温度为155℃。将上述实施例1～3以及对比例1～2制得的聚乙烯木塑微发泡复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其泡孔平均直径、密度、拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、吸水率的检测标准与检测结果如下表所示：其中，吸水率测定方法：每组选取5个直径为100mm，厚度为2mm的注塑圆片，在60℃烘箱中干燥4h后，冷却称其初始质量(m0)；然后将试样浸入23℃的超纯水中，放置10天后取出，用滤纸吸去试样表面附着的水，称其质量(mt)，计算所得吸水率并取平均值。吸水率(x)按下式计算x＝(m0-mt)/m0×100％，式中：x为吸水率，％；mt为吸水后质量，g；m0为吸水前质量，g。实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3泡孔平均直径(μm)726559156123176密度g/cm30.7410.7520.7930.8530.8130.877拉伸强度(mpa)1718.6322.616.317.117.5缺口冲击强度(kj/m2)4.36.15.52.33.64弯曲强度(mpa)19.620.821.815.617.517.8弯曲模量(mpa)96810441114604780772吸水率1.491.381.266.582.52.3注：以上检测项目采用检测标准为密度gb-t1033.1-2008，拉伸轻度gb/t1040-2006，缺口冲击强度gb/t1043-1993，弯曲强度gb/t9341-2000，弯曲模量gb/t9341-2000。根据上述表格，通过实施例2和对比例1结果对比可知，实施例2中对植物纤维进行了改性，采用长链含氟官能团的改性剂对植物纤维进行修饰，降低植物纤维表面自由能，减少了水分子在植物纤维表面的吸附，有效降低了聚乙烯木塑复合材料的吸水率；通过实施例2和对比例2结果对比可知，实施例2中改性植物纤维采用侧喂添加的方式最大限度保持纤维长度，纤维相互缠结，形成致密的网络状结构，提高了复合材料强度；通过实施例2和对比例3结果对比可知，实施例2中添加了交联剂过氧化二异丙苯，pe通过过氧化二异丙苯促进树脂交联，形成网状结构，熔体黏度增大，对气体进行包覆，有效束缚气体的生长，复合材料的泡孔小而细腻；综上所述，本发明的复合材料具有吸水率低、密度小、力学性能优异、泡孔均匀细腻等优点。上述的对实施例的描述是为便于该
技术领域：
的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。当前第1页12