阻燃型木塑復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種阻燃型木塑復合材料及其制備方法，由以下原料制備而成：木質粉末：25～50kg；塑料粒子：36～65kg；添加劑8.8～13.8kg和玄武巖纖維：0.2～1.2kg；其中添加劑包括偶聯劑1.2～1.5kg、光穩定劑0.8～1.5kg、潤滑劑0.9～1.3kg、增塑劑0.6～1.1kg、著色劑0.7～1.2kg、防菌劑0.8～1.6kg、紫外線吸收劑0.8～1.5kg、分散劑1.3～1.8kg、抗氧劑1.0～1.4kg、交聯劑0.7～0.9kg。本發明專利技術生產成本不高，但在耐老化性能、力學性能、阻燃性能方面有顯著的提高，可開發木塑屋、木塑別墅、裝飾材料、室內家具、地板等用途，是一種良好的工程材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種木塑復合材料，特別是涉及一種阻燃型木塑復合材料板材及其制備方法。
技術介紹
近年來，隨著人們環境保護意識的增強和森林資源的日益減少，環境友好、可再生、可循環使用的木塑復合材料(Wood Plastic Composites,簡稱WPC)越來越受到人們的重視。木塑復合材料是以聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等熱塑性塑料以及多種組分的共聚物為基體材料，木粉、植物秸桿粉等木質纖維為增強材料，添加一定的助劑條件下，經擠壓法、模壓法、注塑法等成型工藝制備而成的一種新型復合材料。其中，熱塑性塑料還可采用各種廢棄的塑料，木質纖維可以采用木質粉料(木材加工的剩余物)、廢舊木材制品等，也可采用麥秸、亞麻桿、稻殼等加工而成。木塑復合材料具有實木材料的木質感和塑料基體的耐候性、耐微生物性的優點， 而且在生產和使用過程中不會散發對人類健康產生危害的氣體，即不會對環境造成污染， 材料本身可重復循環使用，是一種全新的綠色環保產品，也是一種生態潔凈的復合材料。目前，木塑復合材料的應用領域已涉及建筑裝修、汽車工業(轎車內裝飾材料)、包裝運輸(托盤)、園林景觀(桌椅、涼棚、花架等)和日常生活用具等方面。熱塑性塑料和木質纖維均為碳氫化合物，在遇明火或在加熱的情況均可燃燒，因此木塑復合材料易于燃燒(單體燃燒FIGRA ( 750-780W/S臨界熱輻射通量 CHF彡3. 0-3. 5kw/m2)，這大大限制了其應用。木塑復合材料的阻燃十分復雜，涉及木材阻燃和塑料阻燃以及二者的相互作用問題。目前，借鑒木材及塑料阻燃改性的研究成果，對于木塑復合材料的阻燃問題主要采用兩種方法來實現一是采用將阻燃劑與木塑復合材料共混的方式，雖然有一定的阻燃效果， 但是會明顯地降低木質纖維的熱降解溫度，使材料的力學性能大幅降低；二是在木塑復合材料表面進行涂層形成阻燃體系，可以在不降低材料性能的條件下提高其阻燃效果，但無法進行復合材料的二次加工，不能實現產品的多樣性。這兩種方法還有一個共同的特點，就是由于添加了阻燃劑而推高成本，不利于產業化推廣。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供了一種在耐老化性能、力學性能、阻燃性能方面有顯著的提高的阻燃型木塑復合材料。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案為提供一種阻燃型木塑復合材料，由以下原料制備而成木質粉末25 50kg ;塑料粒子36 65kg ;添加劑8. 8 13. 8kg和玄武巖纖維0. 2 I. 2kg ;其中添加劑包括偶聯劑I. 2 I. 5kg、光穩定劑O. 8 I. 5kg、潤滑劑 O. 9 I. 3kg、增塑劑O. 6 I. 1kg、著色劑O. 7 I. 2kg、防菌劑O. 8 I. 6kg、紫外線吸收劑O. 8 I. 5kg、分散劑I. 3 I. 8kg、抗氧劑I. O I. 4kg、交聯劑O. 7 O. 9kg。所述玄武巖纖維直徑7 25um,長度3 12mm,密度2000 3000kg/m3。所述的木質粉末由木材、竹材、農作物秸桿以及稻殼等加工而成，粒徑目數為 60 80目。所述的塑料粒子采用聚乙烯粒子、聚丙烯粒子、聚氯乙烯粒子中的一種。所述偶聯劑為硅烷偶聯劑或馬來酸酐接枝偶聯劑；紫外線吸收劑為硬脂酸鋅或硬脂酸鈣；潤滑劑為石蠟或硬脂酸；增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯(DBP);抗氧劑為二丁羥基甲苯。本專利技術的另一目的在于提供阻燃型木塑復合材料的制備方法，該方法制備出木塑復合材料室內用木塑板的阻燃防火性能符合GB8624相應等級要求，大大優于木材及其他普通木塑復合材料。制備方法包括以下步驟(I)收集廢棄的木材、竹材、農作物秸桿以及稻殼，經干燥脫水、研磨、篩分制備基本粒度在60 80目的木質粉末；(2)收集廢棄的飲料瓶、沐浴露瓶塑料廢品，清洗干凈、粉碎，經加熱熔融后，通過單螺桿擠出，過孔槽，切粒，水洗冷卻，制備成塑料粒子；(3)玄武巖纖維的脫硅烷處理；(4)按配方量稱取各原料；(5)先將木質粉末、添加劑和經過脫硅烷處理的玄武巖纖維置于機械攪拌釜內攪拌5 15分鐘；(6)將塑料粒子加入步驟(5)混合料中，混勻后，采用擠出機進行熔融共混并造粒， 得到木塑復合材料粒子；(7)采用模壓、注塑、擠出三種成型工藝中的一種機器將所得木塑復合材料粒子加工成型產品即可。玄武巖纖維(BF)是一種無機纖維，是用火山爆發形成的一種玻璃態的玄武巖礦石，經高溫熔融(1450-1500°C)后快速拉制而成的纖維，其外觀為金褐色。BF具有耐高溫、 耐燒蝕、耐化學性能好和熱穩定性優越等優點。玄武巖纖維屬于高科技纖維。目前已廣泛應用在飛機制造、軍工業、陶瓷制作等領域。玄武巖纖維本身具有優異的力學性能、穩定的化學性能、突出的耐高溫特性和良好的介電性能。木塑復合材料是一種多相復合材料，由于各種組成材料性質的差異和使用過程中的影響，木塑復合材料內部不可避免地存在大量的微裂縫，這些裂縫的存在，影響了木塑復合材料的性能，尤其是木塑復合材料的阻燃性能。在木塑復合材料中按一定比例添加不同長度和直徑的玄武巖纖維，以提高其阻燃性能。單絲直徑在7 μ m---25 μ m之間、長度在3 mm ---12 mm的短切玄武巖纖維，每公斤的纖維根數在3億根至10億根。按3-—9%。的添加量，一噸木塑復合材料中有約40億多根玄武巖纖維。木塑復合材料在耐高溫、耐燒蝕和熱穩定性優越的玄武巖纖維的包覆下，既阻燃耐高溫，本身又增強增韌，造價成本大大降低。由于玄武巖纖維的表面涂層配方對其力學性能有很大影響，其中成膜劑的組成結構直接影響玄武巖連續纖維的集束性及其與木塑復合材料基體的相容性，不同的成膜劑結構使玄武巖纖維的斷裂強力及拉伸強度差異很大。通過優化涂層配方的玄武巖纖維按比例添加在木塑復合材料中，就可避免因添加玄武巖與基體不相容而造成強力減弱等不良因素。在BF生產過程中，玄武巖纖維絲周圍有約O. 4 %含量的浸潤劑。若木塑復合材料基體與浸潤劑匹配的好，混合后的木塑復合材料的粘結力強，力學性能更好。玄武巖纖維(BF)的力學性能影響因素除浸潤劑、單絲直徑等外，還有一個重要影響因素是絲束狀態和編排工藝。BF在浸潰過程中經過毛刷刷涂，滾筒滾壓后各絲束會彎曲或傾斜打散，通過掃描電鏡及紅外光譜對其微觀結構及其形成的機理進行研究。結果表明， 玄武巖纖維在植物纖維中均勻彌散如網狀，植物纖維與玄武巖纖維之間形成界面結合力， 使纖維與助劑分子之間的結合力、助劑大分子在纖維之間的〃網絡連接〃作用力得到了充分的發揮，。植物纖維與玄武巖纖維之間的界面結合力為纖維之間的氫鍵結合力、纖維與助劑分子之間的氫鍵結合力、助劑大分子在纖維之間的網絡連接作用力等。對低導熱性木塑復合材料進行了短切玄武巖纖維增強實驗研究。測試不同BF體積摻量的木塑復合材料的阻燃性能，采用立體變焦顯微鏡對不同尺寸玄武巖纖維的含量進行統計與計算。采用掃描電子顯微鏡觀察其微觀形貌，并與未摻短切玄武巖纖維的木塑復合材料作對比。結果表明，短切玄武巖纖維能顯著提高木塑復合材料的阻燃性。當體積摻量為3—9%時，木塑復合材料的阻燃性可達到(單體燃燒FIGRA ( 250-120w/s,臨界熱輻射通量CHF彡4. 5-8. Okw/m2)最大值。本專利技術的優點在于與傳統的木塑復合材料相比，生產成本不高，但在耐老化性能、 力學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種阻燃型木塑復合材料，其特征在于由以下原料制備而成：木質粉末：25～50kg；塑料粒子：36～65kg；添加劑8.8～13.8kg和玄武巖纖維：0.2～1.2kg；其中添加劑包括偶聯劑1.2～1.5kg、光穩定劑0.8～1.5kg、潤滑劑0.9～1.3kg、增塑劑0.6～1.1kg、著色劑0.7～1.2kg、防菌劑0.8～1.6kg、紫外線吸收劑0.8～1.5kg、分散劑1.3～1.8kg、抗氧劑1.0～1.4kg、交聯劑0.7～0.9kg。

【技術特征摘要】
1.一種阻燃型木塑復合材料，其特征在于由以下原料制備而成木質粉末25 50kg ； 塑料粒子36 65kg ;添加劑8. 8 13. 8kg和玄武巖纖維0. 2 I. 2kg ;其中添加劑包括偶聯劑I. 2 I. 5kg、光穩定劑O. 8 I. 5kg、潤滑劑O. 9 I. 3kg、增塑劑O. 6 I. 1kg、著色劑O. 7 I. 2kg、防菌劑O. 8 I. 6kg、紫外線吸收劑O. 8 I. 5kg、分散劑I. 3 I. 8kg、 抗氧劑I. O I. 4kg、交聯劑O. 7 O. 9kg。2.如權利要求I所述的阻燃型木塑復合材料，其特征在于所述玄武巖纖維直徑7 25um,長度 3 12mm,密度 2000 3000kg/m3。3.如權利要求I所述的阻燃型木塑復合材料，其特征在于所述的木質粉末由木材、竹材、農作物秸桿以及稻殼加工而成，粒徑目數為60 80目。4.如權利要求I所述的阻燃型木塑復合材料，其特征在于所述的塑料粒子采用聚乙烯粒子、聚丙烯粒子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊雪平，
申請(專利權)人：熊雪平，
類型：發明
國別省市：