本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，更具體為制備木塑復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
木塑復(fù)合材料(WPC)研究己有80多年歷史，但一直未能工業(yè)化，直到1980年，才有很小量用于低值的吸聲制品。由于環(huán)境觀念的加強(qiáng)，美國建筑工業(yè)尋找木材的替代材料(不腐蝕、不翹曲、維修方便，外觀與木材相似)，同時(shí)韓國和日本的紙、木材加工廠則尋找鋸木粉、廢木屑等的應(yīng)用，都推動(dòng)和加速了WPC的研究和應(yīng)用開發(fā)。把木纖維填充配混料加工成建筑和結(jié)構(gòu)用型材是目前擠出行業(yè)最活躍的，新應(yīng)用開發(fā)也層出不窮，所以盡管己有幾十年的研究歷史，但由于WPC巨大的潛在應(yīng)用市場，正受到人們普遍關(guān)注。不少國家投入力量加快開發(fā)和應(yīng)用步伐，尤其是型材的生產(chǎn)，被稱為是一個(gè)“熱門市場。
木塑復(fù)合材料具有比單獨(dú)的木質(zhì)材料或塑料產(chǎn)品更優(yōu)異的性能，是木材的理想代用品。用于木塑復(fù)合材料的熱塑性塑料主要為聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，包括新料、回收料以及二者的混合料，而木質(zhì)纖維則為木屑、稻殼、麥秸等資源豐富、價(jià)格低廉的農(nóng)業(yè)廢棄物和木材加工的廢棄物。由于兼有二者的特點(diǎn)，因而木塑復(fù)合材料制品具備以下優(yōu)點(diǎn)：1.耐用、壽命長，有類似木質(zhì)外觀；2.具有優(yōu)良的物性，比木材尺寸穩(wěn)定性好，不會(huì)產(chǎn)生裂縫、翹曲、無木材節(jié)疤、斜紋，加入著色劑、覆膜或復(fù)合表層可制成色彩絢麗的各種制品；3.具有熱塑性塑料的加工性，容易成型，用一般料加工設(shè)備或稍加改造后便可進(jìn)行成型加工，加工設(shè)備新投入資金少，便于推廣應(yīng)用等。
木塑復(fù)合材料既具有熱塑性塑料的易成型性，又有類似木材的二次加工性，粘接、可涂飾，且有抗蟲蛀、耐老化、吸水性小、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，故被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。
然而，現(xiàn)有技術(shù)中仍然缺乏對使用廢舊PVC電纜料制備木塑復(fù)合材料的研究，特別是機(jī)械性能優(yōu)良的木塑復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，發(fā)明人進(jìn)行積極的研究，結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)使用特定的配方，以及特定的工藝條件，能夠得到機(jī)械性能優(yōu)良的木塑復(fù)合材料，可用于生產(chǎn)木塑托盤、貨架、地板等，尤其是地板，可用于化工車間，經(jīng)久耐用。
因此，在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種制備木塑復(fù)合材料的方法，包括：將廢舊聚氯乙烯電纜料粉碎，從而得到粉碎料；將所述粉碎料、木粉、純聚氯乙烯以及任選的添加劑均勻混合，從而得到混合料；利用擠出機(jī)將所述混合料混煉成型，其中，聚氯乙烯與所述木粉與的混合比例為20-46，所述擠出機(jī)的機(jī)筒溫度為160-185℃，并且所述擠出機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速為17-30r/min。
在一個(gè)例子中，所述添加劑選自偶聯(lián)劑、改性劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑和/或潤滑劑。
木粉/木纖維提高復(fù)合材料的剛度，并使之有木質(zhì)感；偶聯(lián)劑提高木粉/木纖維和基體樹脂之間的界面結(jié)合力；穩(wěn)定劑和抗氧化劑減緩塑料和木粉/木纖維在加工過程中的降解和碳化；潤滑劑提高體系的分散性和物料的流動(dòng)性。
優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑選自稀土鋁酸酯偶聯(lián)劑。
優(yōu)選地，所述穩(wěn)定劑選自鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑，并且所述潤滑劑選自硬脂酸鎂。優(yōu)選地，所述改性劑選自ACR-201。
優(yōu)選地，所述擠出機(jī)選自單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、同向(異向)旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿擠出機(jī)或異向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿擠出機(jī)。
在使用上述擠出機(jī)時(shí)，材料的成型可采用兩步法和一步法兩種工藝路線。兩步法是最常用的工藝，即先將經(jīng)干燥處理和表面改性的木粉與PVC置于高速混合機(jī)中，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笥蓡温輻U或雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，該方法可提高木粉在PVC基體中的分散性，且造粒后加料也較容易，但會(huì)使整個(gè)工藝過程比較復(fù)雜。一步法即采用表面改性后的木粉與PVC粉經(jīng)高速混合后直接加料擠出，可省去造粒工序，但這對設(shè)備要求很高。
在一個(gè)例子中，聚氯乙烯與所述木粉的混合比例為26.77，所述擠出機(jī)的機(jī)筒溫度為171℃，并且所述擠出機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速為25r/min。
在另一個(gè)例子中，聚氯乙烯與所述木粉的混合比例為24.73，所述擠出機(jī)的機(jī)筒溫度為172℃，并且所述擠出機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速為25r/min。
優(yōu)選地，所述廢舊聚氯乙烯電纜料為廢舊聚氯乙烯外皮。
優(yōu)選地，所述木粉為經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑處理的木粉和/或丙烯酸酯表面接枝的木粉。
具體地，將粒度為60-100目的木粉在190-230℃加熱處理，再選擇相應(yīng)的時(shí)間使木粉組成物減量達(dá)到技術(shù)要求。把干燥后的木粉加入攪拌器中進(jìn)行攪拌，溫度保持在90-100℃，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑混合均勻即得到改性木粉?；蛘?，將粒度為60-100目的木粉在190-230℃加熱處理，再選擇相應(yīng)的時(shí)間使木粉組成物減量達(dá)到技術(shù)要求。把干燥的木粉加入攪拌器中進(jìn)行攪拌，將浸漬劑丙烯酸酯、聚合引發(fā)劑過氧化苯甲酞、聚合促進(jìn)劑二甲基苯胺的混合物加入木粉中，再浸漬2h，使其混合均勻，然后升溫至100-400℃保持4h，使木粉中的浸漬劑硬化，從而得到改性木粉。
本發(fā)明的木塑復(fù)合材料具有優(yōu)良的機(jī)械性能，可用于托盤、鐵路軌枕、建筑行業(yè)(例如回廊板、窗戶和門板、混凝土水泥模板等)、園林庭院(例如用于制造室外桌椅、庭院扶手及裝飾板、露天地板、廢物箱等)或汽車內(nèi)飾件等。
具體實(shí)施方式
以下將描述實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案。然而，本發(fā)明的范圍不局限于所述的實(shí)施方式，只要不損害主旨，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種更改。除非另有說明，否則以下的比例和％分別是指重量比和重量％。
通用程序
首先將篩選出的白色和透明的廢舊PVC電纜外皮，放入粉碎機(jī)中粉碎兩次，然后將粉碎后的顆粒過10目篩，進(jìn)行清洗，在90℃下烘干1h；將木粉在100℃下烘干2h-3h，除去木粉中的水分、低分子有機(jī)物以及易揮發(fā)組分，提高木粉的穩(wěn)定性；將烘干好的PVC電纜顆粒、木粉、純PVC粉末和各種助劑按一定比例放入高速混合機(jī)中，在4500r/min的轉(zhuǎn)速下混合5min-10min，使樹脂、木粉和助劑混合均勻；將混合好的原料放入雙螺桿擠出機(jī)中，調(diào)節(jié)各參數(shù)，擠出條狀木塑材料。
木素復(fù)合材料力學(xué)性能的測定
將擠出的條狀材料粉碎，在雙輥煉塑機(jī)上于150-175℃下混煉，切割。將切割好的片狀木塑材料放入液壓機(jī)中，在150-175℃下預(yù)壓10min，然后分別在10MPa、15MPa壓力下各壓5min，取出后再在冷壓機(jī)中壓10min。然后將壓制好的木塑板材在萬能制樣機(jī)上制備拉伸樣條和沖擊樣條。
彎曲性能采用萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，按GB/T 9341-2000將試樣制成8.0X10.0X4.0(單位：mm)的標(biāo)準(zhǔn)式樣。然后采取三點(diǎn)彎曲法測試彎曲強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果為5個(gè)拉伸樣的平均值。
沖擊性能采用簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，用缺口沖擊樣條按GB/T 1843-1996測定。試驗(yàn)結(jié)果為10個(gè)沖擊樣的平均值。
實(shí)施例1和2
按照上述通用程序制備木塑復(fù)合材料，其中實(shí)施例1的工藝條件為：聚氯乙烯與所述木粉的混合比例為26.77，擠出機(jī)的機(jī)筒溫度為171℃，并且擠出機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速為25r/min；并且實(shí)施例2的工藝條件為：聚氯乙烯與木粉的混合比例為24.73，擠出機(jī)的機(jī)筒溫度為172℃，并且擠出機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速為25r/min。
結(jié)果，實(shí)施例1的沖擊強(qiáng)度為3.77KJ/m2，彎曲強(qiáng)度為60.68MPa，實(shí)施例2的沖擊強(qiáng)度為3.88KJ/m2，彎曲強(qiáng)度為70.68MPa。
工業(yè)生產(chǎn)可行性分析
按照年處理量為10萬噸廢舊PVC電纜外皮，設(shè)計(jì)了兩條木塑板材生產(chǎn)線，所需的生產(chǎn)設(shè)備為塑料企業(yè)常用設(shè)備。下表為工業(yè)生產(chǎn)所需的基建工程以及設(shè)備預(yù)算表。
下面是該項(xiàng)目的效益分析：
在設(shè)備表中，所設(shè)計(jì)的是采用塑料磨粉機(jī)進(jìn)行電纜料的粉碎，可將電纜料粉碎成20目-120目的微細(xì)粉末。在電纜料的這種粒度下，同時(shí)保持木塑材料的力學(xué)性能不降低的情況下，木粉的添加量可提高到50份60份，而且新PVC的添加量可降低至10份20份。這樣，木塑材料的生產(chǎn)成本會(huì)進(jìn)一步降低。
從下表我們可以看出，每生產(chǎn)銷售一噸木塑產(chǎn)品7000元，減去材料費(fèi)、人員工資、制造費(fèi)用、銷售費(fèi)用、管理費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用等，總成本為5735元，再減去稅金600元，每噸塑木產(chǎn)品可獲利潤665元。若再進(jìn)一步引進(jìn)地板生產(chǎn)設(shè)備，將擠出的木塑復(fù)合材料直接制成室外用鋪地板，市場將更為廣闊，利潤空間將更大。