CN104046050A - 一种木塑复合材料及型材制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种应用于建筑、园林、家具、包装、运输等领域中的木塑复合材料及型材制造工艺，木塑复合材料包括木粉、废弃塑料以及偶联剂、聚乙烯蜡、硬质酸锌、活性碳酸钙和抗氧剂、紫外线吸收剂、着色剂，其制造工艺是，应用混料机来配制木塑复合材料，混料机在低速运转下加入废弃塑料、木粉，加完后，提高搅拌速度，在62℃下加入偶联剂、着色剂，在74℃下加入聚乙烯蜡、硬质酸锌，在85℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、紫外线吸收剂，将混料机内的物料加热到110-120℃，并冷却至35℃，最后形成产品。该发明制造方法简单，有木材的外观，比塑料制品硬度高、刚性强、抗酸碱、防虫蛀、阻然性好，零甲醛、无污染、使用寿命长以及可循环利用。

Description

一种木塑复合材料及型材制造工艺

技术领域

本发明涉及建筑、园林、家具、包装、运输等领域中的一种木塑复合材料及型材制造工艺。

背景技术

木塑复合材料，英文缩写WPC。它主要是利用废弃塑料代替通常用的树脂胶粘剂与木粉等植物纤维作为原材料生产出来的一种新型改性环保木塑复合材料，广泛的应用于建筑、园林、家具、包装、运输等行业。

    由于这种复合材料兼备了木材和塑料的优点，有木材的外观、比塑料制品硬度高、刚性强、抗酸碱、防虫蛀、阻然性好，零甲醛、无污染、使用寿命长以及可循环利用等特点，使得它近来年在国内蓬勃兴起。由此可见这种新型复合材料是一种极具发展前途的“资源、环保、可循环利用”的材料。

然而，在木塑复合材料的加工中，由于木材纤维具有很强的极性、亲水性，而塑料为非极性、不亲水的，木材纤维与塑料两者间的相容性很差，界面粘合力也很小，所以要将具有较强吸水性的木材与具有疏水性的塑料结合在一起，是一件很困难的事情，也会影响木塑复合材料的机械性能。而且，由于木材纤维之间有很强的相互作用，使得其在塑料中的分散性极差，要达到均匀分散较为困难。同时，成型制造时，木粉填料易降解变色，塑料也会热降解，不适合的配混和制造工艺会导致木塑复合材料的性能下降。

    所以，生产木塑复合材料及其制品的关键技术，是在保证木粉高填充量的前提下，如何确保塑料与木粉之间的良好相容性和木塑复合材料的高加工流动性，以达到最佳力学性能，同时，正确运用和控制好制造工艺技术，最终用较低的生产成本，生产出具有较好的理化性能、机械性能、加工性能和使用性能的木塑复合材料及制品。 

为了提高木塑复合材料及制品，在制造过程中拥有良好的加工性能以及优越的使用性能，正确的选用添加剂及配置，对于木塑复合材料是至关重要的。同时，成型制造时，木粉填料易降解变色，塑料也会热降解，不适合的配混和制造工艺技术，会导致木塑复合材料及制品的质量与性能下降。因此研制一种木塑复合材料及型材制造工艺一直是急需解决的新课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种木塑复合材料及型材制造工艺，制造方法简单，有木材的外观，比塑料制品硬度高、刚性强、抗酸碱、防虫蛀、阻然性好，零甲醛、无污染、使用寿命长以及可循环利用。

本发明的目的是这样实现的：一种木塑复合材料，包括木粉、废弃塑料以及偶联剂、聚乙烯蜡、硬质酸锌、活性碳酸钙和抗氧剂、紫外线吸收剂、着色剂，其木塑复合材料配方是，木粉65-75公斤，废弃塑料15-25公斤，偶联剂2-4公斤，聚乙烯蜡1-2公斤，硬质酸锌1-2公斤，活性碳酸钙3-7公斤，抗氧剂0.1-0.3公斤，紫外线吸收剂0.1-0.3公斤，着色剂0.1-0.2公斤；所述的一种木塑复合材料的制造工艺，其制造工艺是，应用混料机来配制木塑复合材料，混料机在低速运转下加入废弃塑料、木粉，加完后，提高搅拌速度，在62℃下加入偶联剂、着色剂，在74℃下加入聚乙烯蜡、硬质酸锌，在85℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、紫外线吸收剂，将混料机内的物料加热到110-120℃，并冷却至35℃，最后形成产品；所述的一种木塑复合材料型材的制造工艺，其特征在于：所说木塑复合材料型材的制造工艺步骤如下，

（1）原材料的选择和处理：原材料的选择：选用残次软杂木粉和废弃塑料为主要原料，配置偶联剂、润滑剂、添充剂、着色剂；用助剂偶联剂、润滑剂来改性聚合物和木粉的表面，以提高木粉与树脂之间的相容性和界面亲合力，改善木粉在熔融的热塑性树脂中的分散性和熔体的流动性；原材料的处理：将废弃塑料干燥并粉碎成1-2公分的碎片，再将残次软杂木切割干燥后粉碎研磨成60-100目的木粉，处理后的木粉水气含量要低于1-2％；

（2）自动加料和混料过程的控制：自动定量上料：采用螺旋上料机强制加料装置以及自动定量上料方式，以保证物料挤出的稳定和挤出质量；混料过程控制：选用SHR500高速混料机，总容量340L，电机功率55KW，装料量在总容量的40-60%，物料混合温度控制在110-120℃，混料时间10-15分钟；

（3） 造粒机的选择和造粒工艺的控制：造粒机的选择:选用锥形双螺杆造粒机组；造粒的温度控制：机头温度设置180度，模具温度设置160 度；

（4）挤出机的选择和螺杆转速的控制：挤出机的选择：选用SJSZ65/132锥型双螺杆挤出机，电机功率37KW，最大挤出量每小时180公斤；螺杆转速的控制：上料机的转数控制在5-7转/秒，主机的转数控制在6-13转/秒；

（5）挤出机温度的控制：机头温度控制在160-200°C,连体温度控制在145-153°C,模具温度控制在160—175°C；

（6）模具和冷却定型：在压缩段和定型段采用双锥度结构，采用水冷定型，冷却流道合理，保证高效冷却；靠机头的压力将物料顶出，在口膜处用循环水冷却；

（7）产品质量的控制：产品表面质量符合设计标准，外型平直规则，无侧弯或上下弯曲；表面平整光滑，无凸出、凹陷和裂纹；颜色深浅一致，无花斑和条纹；产品截面密实，无缩松和气孔，内径光滑，无堆料和断裂；产品长度准确，与要求完全一致，外观合格率达到95%，含水率小于2%，24h吸水率小于2%，密度范围0.6-1.45g/cm3，浸入水中膨胀率3%，高湿环境中1%，硬度大于58Mpa，拉伸强度24Mpa，耐弯曲强度32Mpa，表面耐磨性≦0.08G/100r；最后，形成合格产品。

本发明的要点在于木塑复合材料及型材制造工艺。其工作原理是，原材料的选择：选用残次软杂木粉和废弃塑料为主要原料，配置适当的偶联剂、润滑剂等助剂和适量的添充剂与着色剂。应用适当的助剂来改性聚合物和木粉的表面，以提高木粉与树脂之间的相容性和界面亲合力，改善木粉在熔融的热塑性树脂中的分散性和熔体的流动性。原材料的处理：将废弃塑料干燥并粉碎成1-2公分的碎片，再将残次软杂木切割干燥后粉碎研磨成60-100目的木粉。处理后的木粉水气含量要低于1-2％。自动定量上料：采用螺旋上料机强制加料装置以及自动定量上料方式，以保证物料挤出的稳定和挤出质量。防止加料中断，使物料在机筒内停留时间延长，导致物料烧焦变色，影响制品的内在质量和外观。选用SHR500高速混料机，总容量340L，电机功率55KW，装料量在总容量的50%左右，物料混合温度控制在110-120℃。混料时间10—15分钟。造粒机的选择:选用锥形双螺杆造粒机组，是一种高效的混炼、挤出设备。具有温度自动控制***和调速***。高效低噪风冷***，真空排气***，强制定量加料***。造粒的温度控制：根据不同性质材料，按照工艺要求对各加热区温控仪表进行参数设定。温度设定顺序为摸头到下料。机头温度一般设在180度，连接体及模具温度一般设在160 度。挤出机的选择：选用SJSZ65/132锥型双螺杆挤出机，电机功率37KW，配有智能数显控制***和加热、冷却***，真空排气***，定量加料***及定型平台、切割机等装置，最大挤出量每小时180公斤。螺杆转速的控制：提高螺杆的转速,可增加挤出产量,降低生产成本与提高生产效率,是工业化生产的需要。但是随着转数增加,物料在口模中逐渐向滑流过渡,如果滑流不顺利和受阻,就会出现制品质量问题，继续增加螺杆转速,产量有一个突变的过程，但此时物料由于受热历程的缩短和在口模中融合效果变差,挤出的片材就会有内部应力,出口模后造成了制品表面粗糙甚至破裂。用较高的转速时，使物料来不及冷却好就被顶出来，这样就使制品的冷却不均匀，造成制品表面出现波纹，影响制品外观和挤出成型的质量，严重时造成制品不成型，使生产间断，严重影响了生产的连续性。当转数很低时，物料以层流向前推进，物料可以得到充分冷却定型，挤出物出口模后制品表面光滑，外观质量较好，制品均匀，只是产量很低。一般上料机的转数控制在5--7转/秒，主机的转数控制在6--13转/秒。挤出机温度控制：木塑复合材料在挤出加工过程中，主要受机筒温度和机头温度的影响。机筒温度主要对复合材料的混炼塑化效果具有决定性的影响。机头温度则对挤出成型有重要的影响。要求主机的温度应从整体来考虑，既要考虑螺杆和机筒外部加热器的加热，又要考虑螺杆挤出塑料时本身发热的热量外溢因素，要从控温仪表读数准确反映主机各段的实际温度。一般机头温度控制在160--200°C,连体温度控制在145--153°C,模具温度控制在160—175°C。模具和冷却定型：保证流道圆滑过渡与合理的流量分配，木塑复合材料由于对于建压能力与温度控制精度有更高的要求，要获得好的纤维取向和制品质量，就要确保机头有足够的建压能力和较长的定型段，甚至在压缩段和定型段采用双锥度结构，木塑复合材料的导热性差，且其制品多为异型材，冷却定型较困难。采用水冷定型，冷却流道合理，保证高效冷却。由于木塑材料不经冷却无法成型，所以不能采用牵引冷却，只能靠机头的压力将物料顶出，在口膜处用循环水冷却。因此，冷却的历程很短，如果冷却水量小，冷却速度慢，就很难使物料冷却好，物料就不容易成型，造成制品表面不均匀、出现分段现象，当制品不成型时产生断裂，使生产不能连续。冷却速度的控制：冷却***的布置以及冷却能力，对挤出成型具有重要的影响。冷却介质的流向与物料相反，介质温度上升，物料温度逐渐下降，热交换比较平和，挤出制品效果好。由于木塑材料不经冷却无法成型，靠机头的压力将物料顶出，在口膜处用循环水冷却，因此，冷却的历程很短。如果冷却水量小，冷却速度慢，就很难使物料冷却好，物料就不容易成型，造成制品表面不均匀、出现分段现象。机头压力的控制：挤出机温度高，机头压力小，使挤出的型材不密实，因此导致制品性能的缺陷，破坏纤维作为填充剂的优良性质，并且严重影响外观形象，影响了制品的机械性能和物理性能。压力越高挤出制品越密实，挤出质量就越好。当机头温度下降时，机头压力升高，这时挤出物料成型性较好，制品表面较光滑。但机头压力很大时，机头挤出的物料得到很好的冷却，制品较硬，后面还没冷却的物料较软，顶不动前面的硬制品，导致物料大部分在排气口溢出，使机头处供料不均匀，挤出不稳定，制品表面出现分段的条纹，影响外观质量。适当地降低挤出机的温度，提高机头压力，降低螺杆转速，可以有效地改善木塑复合体系的挤出加工性能。产品质量的控制：产品表面质量符合设计标准，外型平直规则，无侧弯或上下弯曲；表面平整光滑，无凸出、凹陷和裂纹；颜色深浅一致，无花斑和条纹。产品截面密实，无缩松和气孔，内径光滑，无堆料和断裂；产品长度准确，与要求完全一致，外观合格率，达到95%以上。含水率小于2%，24h吸水率小于2%，密度范围0.6-1.45g/cm3。浸入水中膨胀率3%，高湿环境中1%，硬度大于58Mpa，拉伸强度24Mpa，耐弯曲强度32Mpa，表面耐磨性≦0.08G/100r。

一种木塑复合材料及型材制造工艺与现有技术相比，具有制造方法简单，有木材的外观，比塑料制品硬度高、刚性强、抗酸碱、防虫蛀、阻然性好，零甲醛、无污染、使用寿命长以及可循环利用等优点，将广泛地应用于建筑、园林、家具、包装、运输等领域中。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

具体实施方式：

实施例一

木塑复合材料的制作，应用混料机来配制木塑复合材料，混料机在低速运转下加入废弃塑料22公斤、木粉68公斤，加完后，提高搅拌速度，在62℃下加入偶联剂2公斤、着色剂0.1公斤，在74℃下加入聚乙烯蜡1公斤、硬质酸锌1公斤，在85℃下加入活性碳酸钙6公斤、抗氧剂0.1公斤、紫外线吸收剂0.1公斤，将混料机内的物料加热到110-120℃，并冷却至35℃，最后形成产品。

实施例二

木塑复合材料的制作，应用混料机来配制木塑复合材料，混料机在低速运转下加入废弃塑料18公斤、木粉72公斤，加完后，提高搅拌速度，在62℃下加入偶联剂3公斤、着色剂0.1公斤，在74℃下加入聚乙烯蜡1.5公斤、硬质酸锌1.5公斤，在85℃下加入活性碳酸钙4公斤、抗氧剂0.1公斤、紫外线吸收剂0.1公斤，将混料机内的物料加热到110-120℃，并冷却至35℃，最后形成产品。

实施例三

木塑复合材料的制作，应用混料机来配制木塑复合材料，混料机在低速运转下加入废弃塑料16公斤、木粉74公斤，加完后，提高搅拌速度，在62℃下加入偶联剂3公斤、着色剂0.1公斤，在74℃下加入聚乙烯蜡1公斤、硬质酸锌1公斤，在85℃下加入活性碳酸钙5公斤、抗氧剂0.1公斤、紫外线吸收剂0.1公斤，将混料机内的物料加热到110-120℃，并冷却至35℃，最后形成产品。

实施例四

木塑复合材料型材的制作，（1）原材料的选择和处理：原材料的选择：选用残次软杂木粉和废弃塑料为主要原料1000公斤，配置偶联剂、润滑剂、添充剂、着色剂；用助剂偶联剂、润滑剂来改性聚合物和木粉的表面，以提高木粉与树脂之间的相容性和界面亲合力，改善木粉在熔融的热塑性树脂中的分散性和熔体的流动性；原材料的处理：将废弃塑料干燥并粉碎成1-2公分的碎片，再将残次软杂木切割干燥后粉碎研磨成60-100目的木粉，处理后的木粉水气含量要低于1-2％；

（2）自动加料和混料过程的控制：自动定量上料：采用螺旋上料机强制加料装置以及自动定量上料方式，以保证物料挤出的稳定和挤出质量；混料过程控制：选用SHR500高速混料机，总容量340L，电机功率55KW，装料量在总容量的40-60%，物料混合温度控制在110-120℃，混料时间10-15分钟；

（3） 造粒机的选择和造粒工艺的控制：造粒机的选择:选用锥形双螺杆造粒机组；造粒的温度控制：机头温度设置180度，模具温度设置160 度；

（4）挤出机的选择和螺杆转速的控制：挤出机的选择：选用SJSZ65/132锥型双螺杆挤出机，电机功率37KW，最大挤出量每小时180公斤；螺杆转速的控制：上料机的转数控制在5-7转/秒，主机的转数控制在6-13转/秒；

（5）挤出机温度的控制：机头温度控制在160-200°C,连体温度控制在145-153°C,模具温度控制在160—175°C；

（6）模具和冷却定型：在压缩段和定型段采用双锥度结构，采用水冷定型，冷却流道合理，保证高效冷却；靠机头的压力将物料顶出，在口膜处用循环水冷却；

（7）产品质量的控制：产品表面质量符合设计标准，外型平直规则，无侧弯或上下弯曲；表面平整光滑，无凸出、凹陷和裂纹；颜色深浅一致，无花斑和条纹；产品截面密实，无缩松和气孔，内径光滑，无堆料和断裂；产品长度准确，与要求完全一致，外观合格率达到95%，含水率小于2%，24h吸水率小于2%，密度范围0.6-1.45g/cm3，浸入水中膨胀率3%，高湿环境中1%，硬度大于58Mpa，拉伸强度24Mpa，耐弯曲强度32Mpa，表面耐磨性≦0.08G/100r。最后，形成合格产品。

Claims (3)

1.一种木塑复合材料，包括木粉、废弃塑料以及偶联剂、聚乙烯蜡、硬质酸锌、活性碳酸钙和抗氧剂、紫外线吸收剂、着色剂，其特征在于：其木塑复合材料配方是，木粉65-75公斤，废弃塑料15-25公斤，偶联剂2-4公斤，聚乙烯蜡1-2公斤，硬质酸锌1-2公斤，活性碳酸钙3-7公斤，抗氧剂0.1-0.3公斤，紫外线吸收剂0.1-0.3公斤，着色剂0.1-0.2公斤。

2.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料的制造工艺，其特征在于：其制造工艺是，应用混料机来配制木塑复合材料，混料机在低速运转下加入废弃塑料、木粉，加完后，提高搅拌速度，在62℃下加入偶联剂、着色剂，在74℃下加入聚乙烯蜡、硬质酸锌，在85℃下加入活性碳酸钙、抗氧剂、紫外线吸收剂，将混料机内的物料加热到110-120℃，并冷却至35℃，最后形成产品。

3.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料型材的制造工艺，其特征在于：所说木塑复合材料型材的制造工艺步骤如下，

（1）原材料的选择和处理：原材料的选择：选用残次软杂木粉和废弃塑料为主要原料，配置偶联剂、润滑剂、添充剂、着色剂；用助剂偶联剂、润滑剂来改性聚合物和木粉的表面，以提高木粉与树脂之间的相容性和界面亲合力，改善木粉在熔融的热塑性树脂中的分散性和熔体的流动性；原材料的处理：将废弃塑料干燥并粉碎成1-2公分的碎片，再将残次软杂木切割干燥后粉碎研磨成60-100目的木粉，处理后的木粉水气含量要低于1-2％；

（2）自动加料和混料过程的控制：自动定量上料：采用螺旋上料机强制加料装置以及自动定量上料方式，以保证物料挤出的稳定和挤出质量；混料过程控制：选用SHR500高速混料机，总容量340L，电机功率55KW，装料量在总容量的40-60%，物料混合温度控制在110-120℃，混料时间10-15分钟；

（3） 造粒机的选择和造粒工艺的控制：造粒机的选择:选用锥形双螺杆造粒机组；造粒的温度控制：机头温度设置180度，模具温度设置160 度；

（4）挤出机的选择和螺杆转速的控制：挤出机的选择：选用SJSZ65/132锥型双螺杆挤出机，电机功率37KW，最大挤出量每小时180公斤；螺杆转速的控制：上料机的转数控制在5-7转/秒，主机的转数控制在6-13转/秒；

（5）挤出机温度的控制：机头温度控制在160-200°C,连体温度控制在145-153°C,模具温度控制在160—175°C；

（6）模具和冷却定型：在压缩段和定型段采用双锥度结构，采用水冷定型，冷却流道合理，保证高效冷却；靠机头的压力将物料顶出，在口膜处用循环水冷却；

（7）产品质量的控制：产品表面质量符合设计标准，外型平直规则，无侧弯或上下弯曲；表面平整光滑，无凸出、凹陷和裂纹；颜色深浅一致，无花斑和条纹；产品截面密实，无缩松和气孔，内径光滑，无堆料和断裂；产品长度准确，与要求完全一致，外观合格率达到95%，含水率小于2%，24h吸水率小于2%，密度范围0.6-1.45g/cm3，浸入水中膨胀率3%，高湿环境中1%，硬度大于58Mpa，拉伸强度24Mpa，耐弯曲强度32Mpa，表面耐磨性≦0.08G/100r；最后，形成合格产品。