CN105670322A - 一种基于橡胶混炼方法制造木质-橡胶复合材料的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用橡胶混炼方法制造木质-橡胶复合材料及其制作工艺，以木粉、木材纤维和轮胎合成橡胶为原料，采用橡胶制品的加工工艺：混炼，开炼和硫化成型，制得木质-橡胶复合材料，本发明工艺简单，操作方便，整个过程不掺入胶黏剂，直接采用橡胶交联成型，经济且环保，制得的木质-橡胶复合材料强度好，弹性高，硬度大，吸水膨胀率低，无甲醛释放。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用橡胶混炼方法制造木质-橡胶复合材料，及其制备工艺。
技术背景
木质-橡胶复合材料是近几年才提出来的一种新型多功能环保材料，而国内外研究者主要研究利用人造板热压工艺制造木质-橡胶多功能环保复合材料，主要利用胶黏剂完成两种材料的黏合成型，工艺复杂，成本较高，且胶黏剂中甲醛的释放量也较高，不够环保。本发明主要探讨用橡胶混炼方法制造木质-橡胶复合材料，借鉴橡胶加工工艺，利用橡胶的交联完成成型加工，省去了胶粘剂的填入，开拓了木质-橡胶加工工艺的新思路。
发明内容
本发明解决的技术问题是，以木材的枝桠材、小径木以及加工剩余物制备出符合规格的木粉、木材纤维和轮胎合成橡胶为原料，制造木质-橡胶复合材料，其工艺流程是先将合成橡胶切成一定规格的小块，然后放入密炼机中塑炼，待橡胶软化后，再放入一定量的烘干后的木质材料进行混炼，之后将混炼后的物料放在开炼机上开炼成片材，铺模，在硫化机中硫化成型，冷却，最终制成木质-橡胶复合材料。
本发明采用橡胶的混炼加工方法，以枝桠材及加工废弃物制备的木粉和优选的木材纤维以及具有室外耐候性可直接使用的轮胎合成橡胶为原料，采用橡胶制品的加工工艺：混炼，开炼和硫化成型，制得的不含胶黏剂，无甲醛释放，工艺简化的木质-橡胶环保复合材料。
其工艺流程及工艺控制条件如下：
一、备料工艺：
(1)木粉制备：利用木材粉碎机与木粉机将枝桠材、小径木以及加工剩余物制备成符合规格的木粉，并经过网筛筛选出80-100目的木粉备用，使用前木粉含水率需烘干到3-5％。
(2)木材纤维制备：优选中密度纤维板厂家生产的木材纤维备用，使用前木材纤维含水率需烘干到3-5％。
(3)胶料制备：优选轮胎生产厂家购置的轮胎合成橡胶，主要成分有：天然橡胶，丁苯橡胶，顺丁橡胶，硫磺，炭黑，硬脂酸，防老剂和操作油，比例已知，将合成橡胶切割成50mm×50mm的橡胶块备用。
(4)比例控制：根据材料的硬度、弹性等性能要求，以及材料的成型要求，调节橡胶与木质材料的比例为：9:1-5:5之间范围。
二、混炼工艺：
将切割好的备用胶料按照比例放入实验室用3L密炼机中，混炼温度过低则橡胶分子链不易流动，胶料不易塑化，温度过高则橡胶容易预硫化，通过水冷控制混炼温度为60-70℃；转速过低则橡胶不易剪切塑化，转速过高，剪切过激烈则容易局部生热，造成橡胶的局部预硫化，通过调速器控制转子转速为20-30r/min，塑炼合成橡胶3min；暂停机器，加入一定比例的木质材料，混炼时间的控制是基于物料混合均匀，且为避免橡胶预硫化，混炼时间不易过长，控制两种材料混炼时间为5-7min，之后将物料从密炼机中取出。
三、开炼工艺：
控制开炼机间距为2mm，将取出的物料放到开炼机上开炼，开炼次数过多，则胶料会发粘，且硫化胶的力学性能会降低，控制每片片材开炼次数为3-5次。
四、硫化工艺：
将开炼好的片材进行剪裁放入模具中，控制硫化温度为155-165℃，硫化方式为分段加压，二次硫化，分段加压有利于胶料的前期预热流动和后期加压定型，二次加压有利于胶料的排气，避免材料鼓泡。
按上述工艺流程及控制条件制出的木质-橡胶复合材料，材质均匀，硫化成型的材料外观为有光泽的黑色，材料弹性好，尺寸稳定性好，吸水膨胀率比木基材料低，硬度较橡胶高，无甲醛释放，是良好的室外用复合材料。
附图说明
图1为木粉-橡胶复合材料的立体截面图，其中标注：1-橡胶，2-木粉。
图2为木材纤维-橡胶复合材料的立体截面图，其中标注：1-橡胶，3-木材纤维，木材纤维非定向排列。
图3为本发明工艺流程示意图。
图3所示工艺流程，以下用两个实施例，选择两种不同的木质材料：木粉和木材纤维，进行实施具体说明。
具体实施方式
实施例1：木粉-橡胶复合材料，按以下四个步骤实施：
一、备料工艺：
(1)木粉制备：利用木材粉碎机将枝桠材、小径木以及加工剩余物制备成符合规格的木粉，并经过网筛筛选出80-100目的木粉备用，使用前木粉需在103℃下烘干8-16h,控制含水率为3-5％。
(2)胶料制备：优选轮胎生产厂家购置的轮胎合成橡胶，主要成分有：天然橡胶，丁苯橡胶，顺丁橡胶，硫磺，炭黑，硬脂酸，防老剂和操作油，比例已知，将轮胎合成橡胶切割成50mm×50mm的橡胶块备用。
(3)比例控制：确定橡胶与木粉的比例范围为9:1-5:5，根据密炼机的体积要求，将总质量定在1600g。
二、混炼工艺：
将切割好的备用胶料按照比例放入实验室用3L密炼机中，控制密炼温度为60-70℃，控制转子转速为20-30r/min，先塑炼合成橡胶3min；之后暂停机器，加入一定比例的木质材料，与橡胶混炼5-7min，将物料从密炼机中取出。
三、开炼工艺：
控制开炼机间距为2mm，将取出的物料放到开炼机上开炼，每片片材开炼3-5次。
四、硫化工艺：
将开炼好的片材进行剪裁放入模具中，控制硫化温度为155-165℃，硫化方式为分段加压，二次硫化，先预压1-2min，压力为2-4MPa,再加压3-5min,压力为13-15MPa,之后下压板下降泄压，再加压5-7min，压力为13-15MPa；之后将材料于室温下冷却陈放24h，既为成品。
实施例2：木材纤维-橡胶复合材料，按以下四个步骤实施：
一、备料工艺：
(1)木材纤维制备：优选中密度纤维板生产厂家的木材纤维，使用前木材纤维需在103℃下干燥8-16h，控制含水率为3-5％。
(2)胶料制备：优选轮胎生产厂家购置的轮胎合成橡胶，主要成分有：天然橡胶，丁苯橡胶，顺丁橡胶，硫磺，炭黑，硬脂酸，防老剂和操作油，比例已知，将轮胎合成橡胶切割成50mm×50mm的橡胶块备用。
(3)比例控制：确定橡胶与木纤维的比例范围为9:1-5:5，根据密炼机的体积要求和木材纤维的蓬松性，将总质量定在1200g。
二、混炼工艺：
将切割好的备用胶料按照比例放入实验室用3L密炼机中，控制密炼温度为60-70℃，控制转子转速为20-30r/min，先塑炼合成橡胶3min；之后暂停机器，加入一定比例的木粉，与橡胶混炼5-7min，将物料从密炼机中取出。
三、开炼工艺：
控制开炼机间距为2mm，将取出的物料放到开炼机上开炼，每片片材开炼3-5次。
四、硫化工艺：
将开炼好的片材进行剪裁放入模具中，控制硫化温度为155-165℃，硫化方式为分段加压，二次硫化，先预压1-2min，压力为2-4MPa,再加压3-5min,压力为13-15MPa,之后下压板下降泄压，再加压5-7min，压力为13-15MPa；之后将材料于室温下冷却陈放24h，既为成品
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种木质-橡胶复合材料的特征在于：利用木材加工剩余物制备的木粉和优选的木材纤维与具有室外耐候性可直接使用的轮胎合成橡胶为原料，制得的不含胶黏剂，材质均匀，强度好，弹性高，吸水膨胀率低，无甲醛释放的环保多功能木质-橡胶复合材料，制备工艺简单，操作方便。
2.如权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于：直接利用橡胶作为粘合剂硫化成型，没有胶黏剂的引入，无甲醛释放。
3.如权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于：利用制造橡胶的方法混炼木质材料与橡胶，使材质更加均匀，材料力学强度好。
4.如权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于：橡胶自身弹性好，且不吸水，赋予材料弹性的同时，将木质材料包裹，克服木质材料吸水膨胀率高的缺点。
5.如权利要求1所述的一种橡胶复合材料的制作工艺，其特征在于包含以下步骤：
一、备料工艺：
(1)木粉制备：利用木材粉碎机与木粉机将枝桠材、小径木以及加工剩余物打成符合规格的木粉，并经过网筛筛选出80-100目的木粉备用，使用前木粉含水率需烘干到3-5％。
(2)木材纤维制备：优选中密度纤维板厂家生产的木材纤维备用，使用前木材纤维含水率需烘干到3-5％。
(3)胶料制备：优选轮胎生产厂家购置的轮胎合成橡胶，主要成分有：天然橡胶，丁苯橡胶，顺丁橡胶，硫磺，炭黑，硬脂酸，防老剂和操作油，比例已知，将轮胎合成橡胶切割成50mm×50mm的橡胶块备用。
(4)比例控制：根据材料的硬度、弹性等性能要求，以及材料的成型要求，调节橡胶与木质材料的比例为：9:1-5:5之间范围。
二、混炼工艺：
将切割好的备用胶料按照比例放入实验室用3L密炼机中，混炼温度过低则橡胶分子链不易流动，胶料不易塑化，温度过高则橡胶容易预硫化，通过水冷控制混炼温度为60-70℃；转速过低则橡胶不易剪切塑化，转速过高，剪切过激烈则容易局部生热，造成橡胶的局部预硫化，通过调速器控制转子转速为20-30r/min，塑炼合成橡胶3min；暂停机器，加入一定比例的木质材料，混炼时间的控制是基于物料混合均匀，且为避免橡胶预硫化，混炼时间不易过长，控制两种材料混炼时间为5-7min，之后将物料从密炼机中取出。
三、开炼工艺：
控制开炼机间距为2mm，将取出的物料放到开炼机上开炼，开炼次数过多，则胶料会发粘，且硫化胶的力学性能会降低，控制每片片材开炼次数为3-5次。
四、硫化工艺：
将开炼好的片材进行剪裁放入模具中，控制硫化温度为155-165℃，硫化方式为分段加压，二次硫化，分段加压有利于胶料的前期预热流动和后期加压定型，二次加压有利于胶料的排气，避免材料鼓泡，材料先预压1-2min，压力为2-4MPa,再加压3-5min,压力为13-15MPa,之后下压板下降泄压，再加压5-7min，压力为13-15MPa；之后将材料于室温下冷却陈放24h，既为成品。
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