CN101544837A - 一种聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料及其热压制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚丙烯纤维－秸秆碎料复合材料及其热压制造方法，它涉及一种复合材料及其制造方法。它解决了现有木材－塑料复合材料生产存在秸秆原料易热解碳化、只能用细小植物原料且制品幅面较窄及制品性能差、颗粒状或粉末状聚丙烯塑料加热后局部集中现象严重、增加成本和不利于工业化生产的问题。聚丙烯纤维－秸秆碎料复合材料由纤维状聚丙烯塑料、秸秆碎料和马来酸酐接枝聚丙烯制成。方法：一、取原料混合后铺装成板坯；二、板坯预热后热压，经减压冷却和卸压后即得。本发明中聚丙烯纤维－秸秆碎料复合材料的原料混合均匀性好，消除了塑料局部集中现象，避免了秸秆碎料热解碳化，采用原料比现有原料大，产品幅面较大，生产成本降低且适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制造方法。
背景技术
木材-塑料复合材料是利用废弃木材(或农作物秸秆)和塑料制造出高性能的环保材料，生产技术主要为挤出方式，但由于挤出加工的剧烈条件，目前只有稻壳得到利用，而对于稻草、麦秸等大量秸秆原料还不能适应挤出工艺过程的高温、高压，容易发生热解碳化；挤出方式还存在所得制品幅面较窄，通常在240mm以内，植物纤维含量高时出料困难，只能采用细小纤维、颗粒或粉末形态(大小为40～100目)植物原料的问题；现在有利用热压工艺来改进挤出方式，所用聚丙烯塑料为颗粒状或粉末状，与秸秆碎料之间的堆积密度相差较大，所以原料混合均匀性差，且使聚丙烯塑料充分熔化时，秸秆就会长时间处于高温下，容易产生烧焦现象致使制品性能差，如要避免秸秆烧焦，就要缩短热压时间，聚丙烯塑料就不会充分熔化铺展，局部集中现象严重，不能使秸秆之间都有聚丙烯粘接介质分布；有时添加热固性树脂提高粘接强度，增加了制造成本，且不利于工业化生产。
发明内容
本发明目的是为了解决现有木材-塑料复合材料采用挤出方式生产中存在秸秆原料易热解碳化、只能采用细小植物原料且制品幅面较窄及采用热压工艺生产中存在原料混合均匀性差致使制品性能差，采用的颗粒状或粉末状聚丙烯塑料，加热后不充分熔化铺展，局部集中现象严重，添加热固性树脂会增加成本和不利于工业化生产的问题，而提供聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料及其热压制造方法。
聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料按重量份数比由30～50份的纤维状聚丙烯塑料、50～70份的秸秆碎料和0～6份的马来酸酐接枝聚丙烯制成；其中纤维状聚丙烯塑料的长度为1～5cm，宽度为0.3～0.8cm，厚度为0.001～0.4mm；秸秆碎料的长度为1～5cm，宽度为0.2～0.8cm，厚度为0.01～1mm。
聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法按以下步骤进行：一、按体积份数比称取30～50份的纤维状聚丙烯塑料、50～70份的秸秆碎料和0～6份的马来酸酐接枝聚丙烯，混合后铺装成板坯；二、将板坯放于两块金属垫板之间并在压力为1～2MPa、温度为140～160℃的条件下预热30～40min，然后送入热压机，在压力为2～6MPa、温度为175～190℃的条件下进行热压8～15min，再在压力为1～4MPa的条件下冷却到65～85℃后卸压，即得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料；其中步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为1～5cm，宽度为0.3～0.8cm，厚度为0.001～0.4mm；步骤一中秸秆碎料的长度为1～5cm，宽度为0.2～0.8cm，厚度为0.01～1mm。
本发明中聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造中，采用纤维状聚丙烯塑料的原料，与秸秆碎料的堆积密度接近，原料混合均匀性好，消除了塑料局部集中现象，聚丙烯充分熔化铺展，使秸秆之间都有聚丙烯粘接介质；采用预热方式，使秸秆碎料在送入热压机之前温度就提高到一定程度，并排除了水分，从而缩短在热压机里的停留时间，避免了秸秆碎料热解碳化；本发明中采用原料比现有原料大，且采用预热式热压所制得的产品幅面较大；本发明中聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的性能好，抗弯强度、弹性模量和内结合强度等性能指标均大幅度提高了。本发明中不添加热固性树脂，有效的利用各种农作物为原料，同时为木塑行业提供了新的加工技术，扩大产品序列和原料来源，且生产成本降低，适用于工业化生产，为广大群众提供物美价廉的实用产品。
附图说明
图1为具体实施方式十四中所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的横截面图；图2为具体实施方式十四中现有采用粉末状聚丙烯塑料为原料的复合材料的横截面图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料按体积份数比由30～50份的纤维状聚丙烯塑料、50～70份的秸秆碎料和0～6份的马来酸酐接枝聚丙烯制成；其中纤维状聚丙烯塑料的长度为1～5cm，宽度为0.3～0.8cm，厚度为0.001～0.4mm；秸秆碎料的长度为1～5cm，宽度为0.2～0.8cm，厚度为0.01～1mm。
本实施方式中秸秆碎料为现有的各种农作物秸秆碎料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料按体积份数比由30份的纤维状聚丙烯塑料、70份的秸秆碎料和2份的马来酸酐接枝聚丙烯制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料按体积份数比由50份的纤维状聚丙烯塑料、50份的秸秆碎料和4份的马来酸酐接枝聚丙烯制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法按以下步骤进行：一、按体积份数比称取30～50份的纤维状聚丙烯塑料、50～70份的秸秆碎料和0～6份的马来酸酐接枝聚丙烯，混合后铺装成板坯；二、将板坯放于两块金属垫板之间并在压力为1～2MPa、温度为140～160℃的条件下预热30～40min，然后送入热压机，在压力为2～6MPa、温度为175～190℃的条件下进行热压8～15min，再在压力为1～4MPa的条件下冷却到65～85℃后卸压，即得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料；其中步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为1～5cm，宽度为0.3～0.8cm，厚度为0.001～0.4mm；步骤一中秸秆碎料的长度为1～5cm，宽度为0.2～0.8cm，厚度为0.01～1mm。
本实施方式中金属垫板为铁板或钢板。
本实施方式中马来酸酐接枝聚丙烯为偶联剂，它的作用是改善极性植物纤维与非极性聚丙烯之间的相容性。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中按体积份数比称取40份的纤维状聚丙烯塑料、60份的秸秆碎料和5份的马来酸酐接枝聚丙烯。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中按体积份数比称取35份的纤维状聚丙烯塑料、70份的秸秆碎料和6份的马来酸酐接枝聚丙烯。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中按体积份数比称取50份的纤维状聚丙烯塑料、70份的秸秆碎料和1份的马来酸酐接枝聚丙烯。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四、五、六或七不同的是步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为3～5cm，宽度为0.4～0.7cm，厚度为0.005～0.3mm。其它步骤及参数与具体实施方式四、五、六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为4cm，宽度为0.5cm，厚度为0.05mm。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是步骤一中秸秆碎料的长度为3～5cm，宽度为0.4～0.7cm，厚度为0.05～0.8mm。其它步骤及参数与具体实施方式九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式九不同的是步骤一中秸秆碎料的长度为4cm，宽度为0.5cm，厚度为0.5mm。其它步骤及参数与具体实施方式九相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一不同的是步骤二中在压力为1MPa、温度为160℃的条件下预热30min，然后送入热压机，在压力为4MPa、温度为190℃的条件下进行热压8min，再在压力为3MPa的条件下冷却到85℃后卸压。其它步骤及参数与具体实施方式十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十一不同的是步骤二中在压力为2MPa、温度为150℃的条件下预热40min，然后送入热压机，在压力为6MPa、温度为175℃的条件下进行热压15min，再在压力为4MPa的条件下冷却到65℃后卸压。其它步骤及参数与具体实施方式十一相同。
具体实施方式十四：本实施方式聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法按以下步骤进行：一、按体积份数比称取50份的纤维状聚丙烯塑料、50份的秸秆碎料和0份的马来酸酐接枝聚丙烯，混合后铺装成板坯；二、将板坯放于两块金属垫板之间并在压力为2MPa、温度为150℃的条件下预热40min，然后送入热压机，在压力为6MPa、温度为180℃的条件下进行热压10min，再在压力为4MPa的条件下冷却到70℃后卸压，即得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料；其中步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为5cm，宽度为0.5cm，厚度为0.01mm；步骤一中秸秆碎料的长度为4cm，宽度为0.5cm，厚度为0.05mm。
本实施方式所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料与现有采用粉末状聚丙烯塑料为原料的复合材料对比，如图1和图2所示，本实施方式中所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的混合均匀性好，材料无局部集中现象，聚丙烯充分熔化铺展，使秸秆之间都有聚丙烯粘接介质，而对比用材料有聚集现象。
本实施方式所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料与现有采用粉末状聚丙烯塑料为原料的复合材料对比，如表1所示，本实施方式中所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的性能优于对比用材料；其中抗弯测试时跨距为120mm，试样厚度9mm。
表1
| 试验材料 | 密度(g/cm3) | 抗弯强度(MPa) | 弹性模量(GPa) | 内结合强度(MPa) | 2h吸水厚度膨胀率(％) | 24h吸水厚度膨胀率(％) |
| 对比材料 | 0.78 | 20 | 1.69 | 0.10 | 7.8 | 35％ |
| 聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料 | 0.788 | 29.05 | 2.52 | 0.42 | 1.22 | 3.23 |
具体实施方式十五：本实施方式聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法按以下步骤进行：一、按体积份数比称取40份的纤维状聚内烯塑料、60份的秸秆碎料和0份的马来酸酐接枝聚丙烯，混合后铺装成板坯；二、在板坯的上面和下面覆盖金属垫板并在压力为2MPa、温度为150℃的条件下预热40min，然后送入热压机，在压力为4MPa、温度为190℃的条件下进行热压10min，再在压力为3MPa的条件下冷却到75℃后卸压，即得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料；其中步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为4cm，宽度为0.5cm，厚度为0.1mm；步骤一中秸秆碎料的长度为4cm，宽度为0.5cm，厚度为0.05mm。
本实施方式所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料与现有采用粉末状聚丙烯塑料为原料的复合材料对比，如表2所示，本实施方式中所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的性能优于对比用材料；其中抗弯测试时跨距为120mm，试样厚度9mm。
表2
| 试验材料 | 密度(g/cm3) | 抗弯强度(MPa) | 弹性模量(GPa) | 内结合强度(MPa) | 2h吸水厚度膨胀率(％) | 24h吸水厚度膨胀率(％) |
| 对比材料 | 0.78 | 20 | 1.69 | 0.10 | 7.8 | 35％ |
| 聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料 | 0.714 | 26.71 | 2.60 | 0.37 | 1.48 | 3.64 |
具体实施方式十六：本实施方式聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法按以下步骤进行：一、按体积份数比称取30份的纤维状聚丙烯塑料、70份的秸秆碎料和0份的马来酸酐接枝聚丙烯，混合后铺装成板坯；二、将板坯放于两块金属垫板之间并在压力为2MPa、温度为160℃的条件下预热30min，然后送入热压机，在压力为4MPa、温度为190℃的条件下进行热压8min，再在压力为3MPa的条件下冷却到65℃后卸压，即得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料；其中步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为5cm，宽度为0.8cm，厚度为0.4mm；步骤一中秸秆碎料的长度为5cm，宽度为0.8cm，厚度为1mm。
本实施方式所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料与现有采用粉末状聚丙烯塑料为原料的复合材料对比，如表3所示，本实施方式中所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的性能优于对比用材料；其中抗弯测试时跨距为120mm，试样厚度9mm。
表3
| 试验材料 | 密度(g/cm3) | 抗弯强度(MPa) | 弹性模量(GPa) | 内结合强度(MPa) | 2h吸水厚度膨胀率(％) | 24h吸水厚度膨胀率(％) |
| 对比材料 | 0.78 | 20 | 1.69 | 0.10 | 7.8 | 35％ |
| 聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料 | 0.745 | 21.01 | 2.44 | 0.14 | 4.6 | 14.83 |
具体实施方式十七：本实施方式聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法按以下步骤进行：一、按体积份数比称取30份的纤维状聚丙烯塑料、70份的秸秆碎料和4份的马来酸酐接枝聚丙烯，混合后铺装成板坯；二、将板坯放于两块金属垫板之间并在压力为1MPa、温度为160℃的条件下预热30min，然后送入热压机，在压力为4MPa、温度为180℃的条件下进行热压15min，再在压力为4MPa的条件下冷却到65℃后卸压，即得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料；其中步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为3cm，宽度为0.5cm，厚度为0.05mm；步骤一中秸秆碎料的长度为3cm，宽度为0.2cm，厚度为0.04mm。
本实施方式所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料，经测试结果如表4所示，聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的性能好；其中抗弯测试时跨距为120mm，试样厚度9mm。
表4
| 试验材料 | 密度(g/cm3) | 抗弯强度(MPa) | 弹性模量(GPa) |
| 聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料 | 0.858 | 32.4 | 3.34 |
具体实施方式十八：本实施方式聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法按以下步骤进行：一、按体积份数比称取40份的纤维状聚丙烯塑料、60份的秸秆碎料和4份的马来酸酐接枝聚丙烯，混合后铺装成板坯；二、将板坯放于两块金属垫板之间并在压力为2MPa、温度为160℃的条件下预热35min，然后送入热压机，在压力为4MPa、温度为175℃的条件下进行热压15min，再在压力为3MPa的条件下冷却到85℃后卸压，即得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料；其中步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为5cm，宽度为0.8cm，厚度为0.2mm；步骤一中秸秆碎料的长度为5cm，宽度为0.4cm，厚度为0.06mm。
本实施方式所得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料，经测试结果如表5所示，聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的性能好；其中抗弯测试时跨距为120mm，试样厚度9mm。
表5
| 试验材料 | 密度(g/cm3) | 抗弯强度(MPa) | 弹性模量(GPa) |
| 聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料 | 0.878 | 40.7 | 3.5 |
Claims (10)
1、一种聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料，其特征在于聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料按重量份数比由30～50份的纤维状聚丙烯塑料、50～70份的秸秆碎料和0～6份的马来酸酐接枝聚丙烯制成；其中纤维状聚丙烯塑料的长度为1～5cm，宽度为0.3～0.8cm，厚度为0.001～0.4mm；秸秆碎料的长度为1～5cm，宽度为0.2～0.8cm，厚度为0.01～1mm。
2、根据权利要求1所述的一种聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料，其特征在于聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料按体积份数比由30份的纤维状聚丙烯塑料、70份的秸秆碎料和2份的马来酸酐接枝聚丙烯制成。
3、根据权利要求1所述的一种聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料，其特征在于聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料按体积份数比由50份的纤维状聚丙烯塑料、50份的秸秆碎料和4份的马来酸酐接枝聚丙烯制成。
4、热压制造如权利要求1所述聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的方法，其特征在于聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法按以下步骤进行：一、按体积份数比称取30～50份的纤维状聚丙烯塑料、50～70份的秸秆碎料和0～6份的马来酸酐接枝聚丙烯，混合后铺装成板坯；二、将板坯放于两块金属垫板之间并在压力为1～2MPa、温度为140～160℃的条件下预热30～40min，然后送入热压机，在压力为2～6MPa、温度为175～190℃的条件下进行热压8～15min，再在压力为1～4MPa的条件下冷却到65～85℃后卸压，即得聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料；其中步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为1～5cm，宽度为0.3～0.8cm，厚度为0.001～0.4mm；步骤一中秸秆碎料的长度为1～5cm，宽度为0.2～0.8cm，厚度为0.01～1mm。
5、根据权利要求4所述的聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤一中按体积份数比称取40份的纤维状聚丙烯塑料、60份的秸秆碎料和5份的马来酸酐接枝聚丙烯。
6、根据权利要求4所述的聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤一中按体积份数比称取50份的纤维状聚丙烯塑料、70份的秸秆碎料和1份的马来酸酐接枝聚丙烯。
7、根据权利要求4、5或6所述的聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤一中纤维状聚丙烯塑料的长度为4cm，宽度为0.5cm，厚度为0.05mm。
8、根据权利要求7所述的聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤一中秸秆碎料的长度为4cm，宽度为0.5cm，厚度为0.5mm。
9、根据权利要求8所述的聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤二中在压力为1MPa、温度为160℃的条件下预热30min，然后送入热压机，在压力为4MPa、温度为190℃的条件下进行热压8min，再在压力为3MPa的条件下冷却到85℃后卸压。
10、根据权利要求8所述的聚丙烯纤维-秸秆碎料复合材料的热压制造方法，其特征在于步骤二中在压力为2MPa、温度为150℃的条件下预热40min，然后送入热压机，在压力为6MPa、温度为175℃的条件下进行热压15min，再在压力为4MPa的条件下冷却到65℃后卸压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090930 |