CN109320139B - 一种高强度的砂塑复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料领域，具体提供了一种高强度的砂塑复合材料，本发明首创性的以价格低廉的硅砂作为主材质，通过第一粘接剂、第二粘接剂、增强材料与偶联剂的协同作用，有效地使复合材料的各个组分良好相容，并且使该新型复合材料获得了极好的机械性能，其弯曲强度、冲击强度和抗压强度均明显优于现有的木塑复合材料。本发明提供的砂塑复合材料的主材质硅砂具有极好的环保性能，且其它组分均为常见可购材质，制备成本低，工艺简单。该材料可进行多种塑型，能够适应多种领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种高强度的砂塑复合材料
背景技术
近年来，利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等替代传统的树脂胶粘剂，与木粉、稻壳、秸秆等废弃植物纤维混合而成的木塑复合材料备受关注。该材料兼有木材和塑料的性能与特征，且具有较好的环保性能，可以应用在建材、家具、装饰和物流包装等行业。
然而木塑复合材料存在一些无法避免的缺陷，比如强度不高，耐冲击性差，耐水性差，易燃等，这些都限制了木塑复合材料的应用。虽然目前该领域的技术人员针对上述的这些缺陷对木塑复合材料进行了改进研究，但是由于其自身组成材质的限制，这些改进都未能达到理想的效果。
为此，中国专利文献CN10684505A公开了一种新型石木塑复合材料，该技术将麦饭石粉作为主要材质加入木塑复合材料中，以期提高复合材料的阻燃性能和机械性能。虽然该材料的阻燃性能有所改进，但其机械性能仍欠佳，经测试，该石木塑复合材料的抗弯曲强度仅为6~8 MPa。并且，为了避免出现界面不相容的问题，在制备该复合材料时，还加入了多种添加剂，使得该材料成分复杂，制备成本高。所以，如何能够找到一种机械性能更优且成本更低的新型环保复合材料来代替木塑复合材料是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中木塑复合材料机械强度差使应用范围受限的缺陷，进而提供一种高强度的砂塑复合材料，具体的技术方案如下：
一种砂塑复合材料，按重量份计，包括硅砂60-90份、第一粘结剂10-60份、第二粘结剂0.5-15份、增强材料7-25份、偶联剂0.1-1.2份。
所述的砂塑复合材料按重量份计包括第一粘结剂30-55份、第二粘结剂6-13份、增强材料18-25份、偶联剂0.3-0.7份，优选的，所述第一粘结剂与第二粘结剂按重量比为7:1~5:1。
所述第一粘结剂为热塑性塑料，包括聚烯烃、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸类塑料和热塑性酚醛树脂中的一种或多种。
所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚1-丁烯、聚4-甲基-1-戊烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、乙烯丙烯共聚物中的一种或多种；所述丙烯酸类塑料为聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯的共聚物、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯和丁腈橡胶的共聚物、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯和顺丁橡胶的共聚物、聚α-氯代丙烯酸甲酯中的一种或多种。
所述第二粘接剂为聚氨酯、硅胶、醋酸乙烯基聚合物乳胶、环氧树脂和丙烯酸系列树脂中的一种或多种。
所述环氧树脂为环氧改性有机硅树脂、饱和缩水甘油脂型环氧树脂和双酚A型环氧树脂间苯二酚环氧树脂和有机硅改性二酚基丙烷环氧树脂中的一种或多种。
所述增强材料为纤维增强材料，包括聚芳酰胺纤维、玻璃纤维、石墨纤维和石棉纤维中的一种或多种。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆类偶联剂中的一种或多种。
所述硅砂为天然硅砂，包括河砂、湖砂、海砂、风积砂和山砂中的一种或多种，其粒径为40-100目。
所述的砂塑复合材料还包括按重量计的发泡剂2-8份、稳定剂0.8-2.2份。
一种制备砂塑复合材料的方法，包括以下步骤：
S1. 将按重量份计，60-90份的硅砂和0.1-1.2份的偶联剂混合制成A组分；将按重量份计，10-60份的第一粘结剂和0.5-15份的第二粘接剂混合制成B组分；
S2. 一定温度下，边搅拌所述A组分边加入按重量计的7-25份增强材料和所述B组分，混合均匀后成型即得到所述的砂塑复合材料。
所述成型为模压成型或冷却后造粒。
在步骤S1中，还在A组分中加入了按重量份计2-8份的发泡剂和0.8-2.2份的稳定剂。
本技术方案具有以下优点：
1.本发明首创性的提供了一种砂塑复合材料，通过第一粘结剂、第二粘结剂、增强材料与偶联剂的协同作用，有效地使复合材料各组分间良好相容，并且使得该新型复合材料具有极高的机械强度，其弯曲强度和冲击强度均明显优于现有的木塑复合材料。
硅砂具有良好的耐磨性，但其流动性大，且抗压强度很低，若利用其直接替换木塑材料中的木粉，由于界面不相容等问题并不能很好的提高机械强度，甚至出现无法成型的情况。而本发明通过对第一粘结剂、第二粘接剂和偶联剂的筛选，并对其在复合材料中所占比例进行限定，有效地避免了上述情况。
2. 本发明还通过特定的混合步骤，进一步使得硅砂和增强材料在组合材料中分布均匀，并被两种粘结剂同时良好包裹，从而获得了机械强度极高的砂塑复合材料。
3.本发明提供的砂塑复合材料采用价格低廉，绿色环保的硅砂作为主材质，其它组分也均为常见可购的材料。该砂塑复合材料制备工艺简单，成本低，易于工业生产。并且可以进行热塑造型，能够广泛应用于多个领域。
本发明为天然硅砂的利用开拓了新的领域，赋予了天然硅砂更高的利用价值，且该原料取之不竭，不会造成对环境的负担。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将40目的硅砂60g、硅烷偶联剂0.3g、水玻璃6g和苯甲酸0.8g混合并搅拌均匀制成A组分；将60g的聚乙烯和0.5g的环氧树脂AB胶混合制成B组分；180℃下，边搅拌边将B组分和25g聚芳酰胺纤维加入A组分中，搅拌均匀后模压成型。
实施例2
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将60目的硅砂75g、硅烷偶联剂1.2g混合并搅拌均匀制成A组分；将30g的聚丙烯和0.5g的间苯二酚环氧树脂胶粘剂15g混合制成B组分；220℃下，边搅拌边将B组分和7g玻璃纤维加入A组分中，搅拌均匀后冷却造粒。
实施例3
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将100目的硅砂90g、硅烷偶联剂0.1g混合并搅拌均匀制成A组分；将聚氯乙烯10g和有机硅改性二酚基丙烷环氧树脂的胶粘剂7.5g混合制成B组分；220℃下，边搅拌边将B组分和18g石墨纤维加入A组分中，搅拌均匀后冷却造粒。
实施例4
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将50目的硅砂80g、钛酸酯偶联剂0.7g混合并搅拌均匀制成A组分；将聚酰胺50g和硅胶10g混合制成B组分；90℃下，边搅拌边将B组分和23g石棉纤维加入A组分中，搅拌均匀后模压成型。
实施例5
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将70目的硅砂77g、铝酸酯偶联剂1g混合并搅拌均匀制成A组分；将聚偏氟乙烯20g和聚氨酯12g混合制成B组分；175℃下，边搅拌边将B组分和7g玻璃纤维加入A组分中，搅拌均匀后模压成型。
实施例6
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将30目的硅砂60g、锆酸酯偶联剂1.1g混合并搅拌均匀制成A组分；将聚1-丁烯60g和乳白胶7.5g混合制成B组分；140℃下，边搅拌边将B组分和7g玻璃纤维加入A组分中，搅拌均匀后冷却造粒。
实施例7
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将90目的硅砂90g、硅烷偶联剂0.7g混合并搅拌均匀制成A组分；将聚甲基丙烯酸甲酯55g和有机硅改性二酚基丙烷环氧树脂的胶粘剂3g、聚氨酯5g混合制成B组分；110℃下，边搅拌边将B组分和23g聚芳酰胺纤维加入A组分中，搅拌均匀后模压成型。
实施例8
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将100目的硅砂90g、硅烷偶联剂0.1g、钛酸酯偶联剂0.6g混合并搅拌均匀制成A组分；将聚4-甲基-1-戊烯20g和乳白胶2g混合制成B组分；160℃下，边搅拌边将B组分和10g玻璃纤维加入A组分中，搅拌均匀后冷却造粒。
实施例9
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将100目的硅砂90g、硅烷偶联剂0.1g、钛酸酯偶联剂0.6g、聚4-甲基-1-戊烯20g和乳白胶2g和10g玻璃纤维在160℃下搅拌均匀，冷却后造粒。
对比例1
本实施例提供的砂塑复合材料，包括100目的硅砂90g、聚氯乙烯10g、石棉纤维18g、硅烷偶联剂0.1g。将上述所有组分加入高低速混合机中，在130℃下混合均匀后挤出并固化，即得所述砂塑复合材料。
对比例2
本实施例提供的砂塑复合材料，其制备方法如下：将40目的硅砂60g、硅烷偶联剂0.3g、钛酸酯偶联剂0.3g混合并搅拌均匀制成A组分；将聚依稀20g和环氧树脂AB胶0.5g混合制成B组分；160℃下，边搅拌边将B组分和10g玻璃纤维加入A组分中，搅拌均匀后冷却造粒。
对比例3
本实施例提供的砂塑复合材料，包括80目的硅砂80g、聚乙烯23g、ABS树脂3份、玻璃纤维10g、硅灰石纤维10g、偶联剂8g、水玻璃6g。将上述所有组分加入高低速混合机中并加热到一定温度，在180℃混合均匀后挤出并固化，即得所述砂塑复合材料。
对上述实施例提供的砂塑复合材料进行性能测试，结果如表1所示：
表1 实施例与对比例的砂塑复合材料性能测试
由表1可知，本技术方案所提供的砂塑复合材料具有很好的机械性能，其弯曲强度、冲击强度和抗压强均明显优于现有木塑复合材料。对比例1中不含第二粘结剂，所制得的复合材料弯曲强度仅为27MPa；对比例2中含有的增强材料比例超过本技术方案所限定的范围，导致组合材料的弯曲强度要低于本方案所得组合材料；对比例3为将现有技术中木塑材料中的木粉组分直接替换为硅砂，导致硅砂与复合材料其他组分之间互不相容，界面明显，所得到的复合材料机械性能极差。可见，本技术方案所提供的砂塑复合材料不仅组分的材质重要，各组分所占比例也对材料的机械强度带来很大的影响。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种砂塑复合材料，其特征在于，按重量份计，包括硅砂60-90份、第一粘结剂10-60份、第二粘结剂0.5-15份、增强材料7-25份、偶联剂0.1-1.2份；
其中，所述第一粘结剂为聚氯乙烯、聚酰胺或聚偏氟乙烯；
所述第二粘结剂为聚氨酯、硅胶、醋酸乙烯基聚合物乳胶、环氧树脂和丙烯酸系列树脂中的一种或多种；
所述增强材料为纤维增强材料，包括聚芳酰胺纤维、玻璃纤维、石墨纤维和石棉纤维中的一种或多种；
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆类偶联剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的砂塑复合材料，其特征在于，按重量份计包括硅砂75-90份、第一粘结剂30-55份、第二粘结剂6-13份、增强材料18-25份、偶联剂0.3-0.7份。
3.根据权利要求2所述的砂塑复合材料，其特征在于，所述第一粘结剂与第二粘结剂按重量比为7:1~5:1。
4.根据权利要求1所述的砂塑复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为环氧改性有机硅树脂、饱和缩水甘油脂型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、间苯二酚环氧树脂和有机硅改性二酚基丙烷环氧树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的砂塑复合材料，其特征在于，所述硅砂为天然硅砂，包括河砂、湖砂、海砂、风积砂和山砂中的一种或多种，其粒径为40-100目。
6.根据权利要求5所述的砂塑复合材料，其特征在于，还包括发泡剂2-8份、稳定剂0.8-2.2份。
7.一种制备权利要求1-6中任一项所述的砂塑复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将按重量份计，60-90份的硅砂和0.1-1.2份的偶联剂混合制成A组分；将按重量份计，10-60份的第一粘结剂和0.5-15份的第二粘接剂混合制成B组分；
S2. 一定温度下，边搅拌所述A组分边加入按重量计的7-25份增强材料和所述B组分，混合均匀后成型即得到所述的砂塑复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备砂塑复合材料的方法，其特征在于，所述成型为模压成型或冷却后造粒。
9.根据权利要求7或8所述的制备砂塑复合材料的方法，其特征在于，在步骤S1中，还在A组分中加入了按重量份计2-8份的发泡剂和0.8-2.2份的稳定剂。
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