CN86104938A - 塑化纤维模制品制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热固性塑料制造工艺的改进，其工艺包括(a)原料准备：(i)树脂的合成和(ii)植物纤维加工；(b)中间原料制备；和(c)热压过程；其特征在于树脂合成使用起始原料在碱催化下，经一级反应制成水溶性液态热固性树脂，中间原料制造树脂仅占20～30％使用边捏和边脱水过程，压制中采用140～400公斤/平方厘米的较高压力，模制品热固性一次成型，具有优良的力学和化学性能。本工艺除适应宜做一般性模制品外，还适宜制造整幅门窗台面和茶几面等大型构件。

Description

本发明涉及人造木制品的制造方法，特别涉及酚醛和脲醛类热固性工业塑料的制造方法的改进。本工艺除适宜制造酚醛和脲醛类热固性工业塑料模制品外，特别适宜模制如门、窗这样大幅建筑构件，又如台面，茶几面这类大幅家俱构件。采用此工艺制备的制品表里色润均一，外观仿如红木，又仿如牛角质，所以该制品又称之为“塑化纤维”制品。

目前同类的酚醛或脲醛类模压制品是用酚醛树脂或脲醛树脂作为粘合剂，粘合一定细度的植物纤维如木粉，棉布等填料经加热加压而成模制品，其工艺步骤大致分为：

（a）原料准备包括（ⅰ）树脂合成和（ⅱ）植物纤维粉加工。

（b）中间原料制备：把树脂与加工好的植物纤维进行配料和加工。

（c）压制过程：把加工好的中间原料在模型中加热加压，最后形成模压制品。

例如常规的酚醛塑料粉模制品制备工艺（a）原料准备步骤的（ⅰ）树脂合成一般采用苯酚和甲醛来合成树脂，以浓硫酸作催化剂，采用二级反应第一级是苯酚和甲醛在酸催化下合成热塑性树脂，第二级反应主要脱水与交联剂六次甲基四胺反应使热塑性树脂转化为热固性树脂，最后得到是固态树脂备用。（ⅱ）植物纤维粉加工要求使用的木粉为一定品种和规格如桦木等特定品种而且要把木粉加工成细度为100目到120目的精制木粉备用。

（b）中间原料制备：一般按如下配比固态树脂为45～55%，精制木粉为55～45%，色质2%（按混合料总重量计），硬脂酸钙0.5%（按混合料总重量计）进行配料，并要求均匀混合和大功率捏炼机中进行捏炼。

（c）压制过程：经过上述加工过的中间原料加入模具压制温度一般是150～175℃，压力为140～170公斤/平方厘米，压制时间一般要求每厚一毫米需要2分钟。

经过以上过程所制备的模制品表里均匀，适用做各种形状小型制品，表面光洁美观，而且还具有许多优良的物理与化学性能，这是人们所熟知的，因此随着科学技术发展，这类工程塑料品种也越来越多，但是由于工艺过程复杂，尤其是成本高，模压制品性质脆，不适合做大型大幅制品。

为此本发明的目的是为了改进酚醛或脲醛类热固性工业塑料制造工艺，简化工艺设备，降低生产成本。

另一个目的是为了提供一种制造方法能消除模制品的脆性提高它的抗拉、抗冲击性适应模制如门窗这样的大幅建筑构件，如台面、茶几面的大幅家俱构件。

还有一个目的就是要提供一种能较广泛而普遍利用天然植物纤维，甚至矿物纤维来制造仿木模制品。

本发明是这样实现的，基本上采取与经典的酚醛，脲醛类塑料粉模制品相类似的步骤：

（a）原料准备包括（ⅰ）树脂的合成和（ⅱ）植物纤维的加工;（b）中间原料制造;和（c）热压过程，其特征在于树脂合成步骤使用起始原料如苯酚和甲醛或者脲素、硫脲和甲醛或者脲素三聚氰胺和甲醛等在碱催化下，经过一级反应最后制成水溶性液态热固性树脂备用;中间原料制造中减少树脂配比到树脂仅占20～30%左右，或者用天然改性树脂部分代替合成树脂，中间原料制造步骤是采用配料混合，边捏和边脱水和干燥脱水过程;热压过程中采用较大的单位压力140～400公斤/平方厘米左右，在加热的模具和压台上一次成型。

由于本工艺的树脂合成选用碱性催化，碱性催化剂可以是氢氧化钠，氢氧化钾或氢氧化铵，最好是氢氧化钠。通过调整酚、醛或脲醛的配比（通过试验所取得的合适配比给出在以后）来制造液态热固性树脂作为粘合剂，与植物纤维混合和捏和，这样可以用水代乙醇作为必要的溶剂。树脂不需二次处理，中间原料不需大功率轧炼机来进行轧炼，这样简化工序，大量节约成本能避免酒精之类溶剂生产安全问题及化学污染问题。详见工艺与现有工艺及设备对比表（1）。

表1

对比项目	已有技术常规酚醛塑料粉模制品制造工艺	本发明塑化纤维模制品制造工艺
			树脂反应级数树脂一级反应制造用化工原料	二级反应苯酚甲醛硫酸（催化剂）	一级反应苯酚甲醛氢氧化钠（催化剂）
树脂二级反应制造增用化学原料	树脂（以上二级第一次反应物）六次甲基四胺（二级反应主要原料）石灰（中和剂）硬脂酸钙（脱模剂）	无
			以上反应所得树脂外观	固体树脂	液态水溶性树脂
树脂制造用设备	反应锅及其附属设备万能破碎机球磨机100～120目筛子机	反应锅及其附属设备。
			木粉或木屑原料	精加工100～120目	～100目最佳

	细木粉	0～40目粗木屑
			木粉或木屑加工设备	锉式破碎机100～120筛子机	锉式破碎机40目以下各档筛子机
中间原料加工原料及配比	树脂（以上二级反应物）45～55％精制100目以上木粉55～45％色质2％（总重量计）硬脂酸钙0.5%（总重量计）	树脂（一级反应物）20～30％粗制木屑80～70％色质0.02～0.2%（重量计）硬脂酸锌0.5%（总重量计）
			中间原料加工设备	大功率双滚筒练胶机	普通塑料捏和机干燥机
成品压制设备及单位压力	油压台每平方厘米140～170公斤	油压台每平方厘米140～400公斤

另外在本工艺中，采用增加植物纤维粉用量和粒度，减少树脂用量和相应增加压制过程热压的压力，来提高模压制品物理性能，尤其能提高抗拉和抗冲击性能，而且能比较满意地解决了模压制品的脆性问题。特别是成倍地降低了合成树脂用量和降低植物纤维粉加工要求这就是造成生产成本的显著下降。

而且由于本工艺制备的粘接剂树脂是液态的水溶性树脂，和对植物纤维粉粒度要求比已有技术要粗，因此对植物纤维规格和加工要求可大大降低，使其具有极为普遍的适应性，任何普通木屑木粉都可采用细度没有严格要求可细到几十目或上百目大至0目，纤维长达1～5公分亦可以用，最佳粒度为0-40目这正是普通木屑的粒度。这些木屑木粉只要适当分档使用;其品种也不受限制，除木屑木粉以外还可以广泛来源于植物的下脚或废科例如林业伐木生产中巨量不成材的如树枝、树根、材料加工的下脚废料如刨花;农作物的下脚如稻壳、麦、玉米、棉花杆、芦苇、废竹以及甘蔗渣等均可以利用作为“塑化纤维”模制品的植物纤维粉的原料。

本工艺制成的模制品不但基本保持了酚醛或脲醛塑料粉模制品原有性能，而且有些重要性能有了明显的改善和提高，见本发明工艺制备的塑化纤维模制品力学性能测试附表（2）。

塑化纤维模制品力学性能测试表（2）

从表（2）中看出塑化纤维模制品具有任何方向高的抗压能力、高的抗折能力（静弯曲）径向弦向抗拉能力和高硬度，除此之外它还具有不发脆的优良性能。

由于本发明工艺制备的“塑化纤维”模制品具有很多优越性能，因此“塑化纤维”模制品外表美观，光洁度高，仿红木色的表面无需上油漆，它的材质和色润表里一致，既不怕水，又不怕油，无老化开裂等缺陷，它不但能做高级代木制品，也能直接从模型中生产如整幅门，整扇窗架，拼花式楼梯，拼花地板等建筑构件，又适合做整幅台面，茶几面，五斗柜大立柜等拼装式家俱构件，还有缝纫机台板，抽水便器座圈及盖等建筑材料。

还是由于“塑化纤维”制品的特点，在代木材制品加工中，不需锯刨等加工省工省料美观无缝，又不因气候干、潮而收缩开裂，不变形和具有较高的耐热能力，常温100℃下使用不变形，用火红的香烟头在它的表面上压熄至灭后，而在制品上丝毫无痕迹。它的高耐磨性为石英的11.5倍，如用它来做复盖地板也是很理想的，不但适用于家庭铺地板而且也适用于火车、汽车和轮船上铺设地板，因此用本发明提供的工艺所制备的“塑化纤维”模制品具有非常广泛的用途。

以下通过本发明的实施例来进一步详细说明：

附图是本发明实施例所提供的工艺及设备流程示意图。

[1]树脂制造：

使用起始原料如苯酚和甲醛，脲素、硫脲和甲醛或脲素、三聚氰胺和甲醛等来制造热固性树脂经试验获得起始原料的合适配比为：

1.苯酚∶甲醛＝1∶1.25～1.3（分子量比）

2.脲素∶硫脲∶甲醛＝0.8∶0.2∶1.6（分子量比）

3.脲素∶三聚氰胺∶甲醛＝0.8∶0.097∶1.6（分子量比）

1    酚醛树脂的制造过程：苯酚和甲醛的合成反应一般是在装有冷凝装置的常用反应锅内进行，加料应以以下次序为宜按照上述的配比先把甲醛苯酚加入锅内，开动搅拌器搅拌约十分钟，搅拌均匀后再加催化剂碱如，氢氧化钠按实际投入苯酚量每克分子苯酚需要0.8克分子氢氧化钠计算催化剂氢氧化钠加入量，加完料充分搅拌后，可加温反应。注意温度上升时间和曲线，当反应锅内反应物温度达到65～70℃左右时，停止加温，并在冷凝装置内加冷却水冷却，因为这时反应锅内的化学放热反应将开始，要控制好反应锅内的反应速度。锅内反应物温度达到95～98℃，保持这一温度，进行回流反应约45～55分钟，在终止前5分钟抽样分析反应物所达到的固体含量，当固体含量接近48%立即停止并冷却。

2    脲-硫脲-甲醛树脂液的制造，例如1300克甲醛水（37%）加5克氢氧化钠（预溶于50CC水中），加40克浓氢氧化铵，搅拌以后再加入480克脲和150克硫脲，搅拌充分以后，加温100～105℃使反应物自回流开始计2小时冷却后测定含量备用。

3    脲素三聚氰胺和甲醛树脂制造过程与脲-硫脲-甲醛树脂的制造过程相类似。

[2]植物纤维粉加工：纤维原料的处理和加工比较简单，例如：木屑为原料只需通筛子分选，如8目、10目……40目各档，使其粒度粗细大小基本均匀，除去异物和泥土即可备用。又如：刨花、小木块、小条废材可先经锉式粉碎机破碎以后再筛选备用。

[3]中间原料制造第一步：

中间原料的配比和所用树脂的种类有关，是根据最终产品使用性质、使用场合和要求而变化，一般大型产品如整幅门窗台面等制造使用树脂含量较少，纤维的粗细度亦大;反之小件产品树脂用量略大，纤维也稍细。特别是模制品外观特性就要求要适当选用上述合成树脂的种类如酚醛树脂，或脲醛树脂，它们可分别可单独用也可以把它们有选择地混合使用，或者用改性的天然树脂来部分代替合成树脂。这样做的好处是既能对合成树脂进行改性从而达到满足模制品的特性需要，又能减少贵重合成树脂的用量。进一步降低成本。

改性的天然树脂如改性的松香或改性的虫胶，其制备过程是，工业用松香（或虫胶）置于容器中加温使其熔化，不断搅拌，加温升至约300℃再降至200℃左右，在此温度下继续搅拌并逐渐加入熟石灰，松香或虫胶∶石灰＝100∶6左右加完熟石灰以后，再升温至250℃赶去全部水份冷却割碎，经破碎机破碎成粉状，可采用此粉状同合成树脂一道与植物纤维粉混合使用，或者用溶剂如醇类把改性的天然树脂溶化后与合成树脂混合使用。合成树脂与改性的天然树脂混合比例是8～9∶2～1。

尽管最终产品不同，其中间原料配比略有波动，但是总的说来中间原料合适采用的配方如下：

合成树脂20～30%（干量计算）

纤维粉80～70%（干量计算）

脱模剂硬脂酸锌0.5%左右（按总量计）

颜料0.02～0.2%（按总量计）

中间原料的制造除了上述原料配方以外，关键在捏和机中捏和脱水程度来决定质量的好坏。

操作应先将脱模剂和颜料与纤维粉混合充分后，最后加入树脂液，在捏和机工作过程中，由于强力捏和作用，原料本身能产生磨擦热，加上在捏和机夹层中可以加入80～100℃，左右的热水使捏和物边捏和边蒸发脱水，可通过捏和机上部装集气罩或吸气排风扇管道等装置，将制成的中间原料大量脱水，约开机15～20分钟，主要根据捏和程度以达到含水率10%～8%左右为标准停止捏和开动翻斗马达，倒出捏和物，送至下道工序用干燥机或烘房进行干燥。

[4]中间原料制造第二步：

主要是将上捏和后仍含有一定水量的捏和物再通过干燥机或烘房进行干燥把制成的中间原料最后脱水至4～6%范围之内，随后，把它进行密封防潮储存如装入不透气的大塑料袋内备用。

[5]模压成品的制造：

总的来说，“塑化纤维”模制品因原料的极大部分成份是较粗的纤维，比市售一般酚醛压塑粉的流动性要小些，因此在模压加工时需要增加单位压力，又因压制产品的类型很多，即使是二个截面相同而几何形状不同，特别如平板型结构件和形状复杂轮廓凹凸面高低差别很大的产品，就得以不同的单位压力来压制，现列举几类产品与合宜的单位压力关系作分类说明如下：一凡制造的成品轮廓、线条多、凹凸面复杂工艺美术性强的中小件制品，例如古玩架托，盆景花托，人佛肖像，动物等美术工艺品需采用300～400公斤/平方厘米的单位压力，以制得密度较大，各种物理性能高，抗水耐湿性强耐磨和高绝缘性能的产品，其表面仿红木，质量仿如牛角质，如采用净洁或经漂白的纤维时，便能生产出微带透明的高级人造材制品，由于这类产品不大，使用300～400公斤/平方厘米的单位压力，压制截面积在150～250平方厘米的产品，可用一台最普通45～100吨小油压台就可以进行压制。

二.凡制造的产品属于日用，工业等中等大小的制品轮廓比较复杂例如卫生便器座圈和盖，高级衣架，矩形双面带装饰性花纹台几面等结构件，表面均需光洁细致，耐化学腐蚀和高机械强度，美观性强等要求因此此类产品适宜于采用200～300公斤/平方厘米的单位压力。以卫生便器座圈或盖为例压制截面约820平方厘米左右，用200公斤/平方厘米单位压力时，需要总压力约为164吨如用300公斤/平方厘米需总压力为246吨所以这类中等大小产品采用200～250吨总压力的设备已可完成。

三.凡制造的产品属于平板型大件，形状比较简单但压制截面较大宜采用140～200公斤/平方厘米单位压力例如：

例号    产品名称    产品尺寸    总截面积    可采用单位压力数

（厘米×厘米）（平方厘米）（公斤/平方厘米）

1    双人沙发    40×60    2400    333

用茶几面

2    小方桌台面    75×75    5625    142

3    大方桌台面    80×80    6400    145

4    圆台面    φ80′    5027    159

5    大半圆台面    φ120    5655    141

以上台桌面的压制单位压力平均在150公斤/平方厘米左右使用的液压台一般约600～800吨。

在确定了模制品品种以后，准备好相应的压力台和模具，再将上述制成的塑化纤维中间原料秤取产品需要的重量加入已经在压力台上预热到规定温度的模具内，立即加压压实，约经数拾秒钟，迅速松开压台上下板，进行一次快速放气，放气后立即再进行下压实，此时开始计算保压保温和压制时间。此三者关系如下：根据以上所述压力是根据产品平面面积计算，一般与厚度天关。温度一般根据采用的树脂种类而定，如苯酚-甲醛树脂则压台和模具温度应在155～175℃为宜，脲和硫脲、三聚氰胺-甲醛之类的树脂则压台和模具温度在125～135℃之间为宜。压制时间是保持上述压力和温度下的持续时间，又是合成树脂和纤维起硬化和塑化的必要过程时间，一般以产品每厚1毫米需维持压制时间二分钟来进行计数比较好。经过保压保温的压制时间以后就可以脱模取出成品。

Claims (13)

1、涉及热固性塑料制造工艺改进的一种塑化纤维模制品制造工艺，本工艺步骤包括(a)原料准备：(i)树脂的合成和(ii)植物纤维加工；(b)中间原料制备；和(c)热压过程；其特征在于树脂合成步骤使用起始原料，在碱催化下经一级反应，制成水溶性液态热固性树脂；中间原料制备是以树脂仅占20%～30%的配比进行配料混合，再经脱水的过程。

2、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于树脂合成步骤使用的起始原料配比是苯酚∶甲醛＝1∶1.25～1.3（分子量比）

3、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于树脂合成步骤使用的起始原料配比是脲素∶硫脲∶甲醛＝0.8∶0.2∶1.6（分子量比）

4、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于树脂合成步骤使用的起始原料配比是脲素∶三聚氰胺∶甲醛＝0.8∶0.097∶1.6（分子量比）

5、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于所述的中间原料制备过程中使用的配比为合成树脂20～30%，植物纤维粉80～70%（干量），脱模剂0.5%（按总重量计）和颜料0.02～0.2%（按总重量计）

6、根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于中间原料制造所使用的配比中合成树脂由改性的天然树脂部分所代替。

7、根据权利要求6所述的制造工艺，其特征在于树脂合成与改性的天然树脂混合比是8～9∶2～1。

8、根据权利要求6或7所述的制造工艺，其特征在于所述的改性天然树脂是松香或虫胶在高温下用熟石灰进行处理所取得的一种树脂。

9、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于所述的中间原料制备过程包括第一步先将脱模剂，颜料和纤维粉混合最后加入树脂溶液，再一边捏和一边加热脱水;第二步干燥脱水。

10、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于植物纤维粉加工粒度可为0到100目，最佳为0到40目。

11、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于所述的热压过程所使用单位压力是140～400公斤/平方厘米，以170～400公斤/平方厘米为比较好。

12、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于所述的热压过程在使用酚醛树脂的情况下，压力台和模具温度宜在155°～175°

13、根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于所述的热压过程在使用脲醛树脂的情况下，压力台和模具温度宜在125°～135℃

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