專利名稱：一種建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)泡木塑復(fù)合材料及其加工領(lǐng)域，特別涉及一種微發(fā)泡木塑復(fù)合材料及加工工藝領(lǐng)域?，F(xiàn)有的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料存在著制品表面硬度低、韌性差、強度低、 流動性差、木粉含量低、容易開裂變形、尺寸穩(wěn)定性差、壽命短等缺點，難以用于實際建筑， 特別是不能生產(chǎn)寬度超過90cm的建筑模板。微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的制備存在以下關(guān)鍵技術(shù)問題
1、生產(chǎn)微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的配方中，含有大量固態(tài)粉末，各種粉末間的物理性質(zhì)差別很大，特別是聚氯乙烯與木粉和碳酸鈣粉之間屬于不同化學(xué)極性的物料，相容性很差，造成物料在加熱塑化后的粘度很高，流動阻力很大，成型較寬(寬度超過90cm)的板材十分困難。2、由于木粉表面大量極性羥基的存在，使得木粉具有較強的吸水特性。通過加熱烘干等措施，可以在一定程度上降低木粉的含水率。然而，要將木粉的含水率控制在0. 5% 以下十分困難。發(fā)泡過程中，木粉中的水分會嚴重影響發(fā)泡質(zhì)量，導(dǎo)致微孔形狀不規(guī)則，大小不均，并孔現(xiàn)象發(fā)生。眾所周知，發(fā)泡質(zhì)量的好壞直接決定產(chǎn)品的性能差異，因此對微發(fā)泡木塑復(fù)合材料而言，生產(chǎn)性能優(yōu)異產(chǎn)品的首要條件便是控制木粉中水分的含量。3、微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的成型包括氣泡核的形成、長大和泡孔的固化定型三個階段，其中氣泡核的形成階段至關(guān)重要，成核劑的選用是影響微發(fā)泡材料性能的關(guān)鍵因素之一。成核劑與基體界面形成大量低勢能點，壓力釋放的同時氣體在這些界面處離析出，形成大量氣泡核。一些成核劑在基體樹脂中分散性不好，從而導(dǎo)致泡孔分布不均勻，如何解決這些問題以優(yōu)化微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的工藝條件，實現(xiàn)微孔發(fā)泡的有效控制顯得十分重要。4、與未發(fā)泡的木塑復(fù)合材料相比，微發(fā)泡型木塑復(fù)合材料由于基體的連續(xù)性大大下降，機械強度一般要下降30-50%，使其應(yīng)用受到很大的限制。同時，微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的表面硬度很低，制品使用過程中可循環(huán)的次數(shù)很短(3-5次)，與傳統(tǒng)的模板材料相比優(yōu)勢不顯著。針對以上存在的成型較寬板材困難、易并孔、表面硬度低等技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材及其制備方法，制備的板材較寬、微孔分布均勻、表面硬度高。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材，原料組成為
背景技術(shù)：

發(fā)明內(nèi)容
(1)聚氯乙烯 40 50質(zhì)量份
(2)木粉 15 25質(zhì)量份
(3)輕質(zhì)活性碳酸鈣 10~25質(zhì)量份(4)發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺0.2、1·2質(zhì)量份(5)發(fā)泡穩(wěn)定劑有機錫0.6、3·5質(zhì)量份(6)聚乙烯蠟0.5、2.5質(zhì)量份(7)鈦酸酯偶聯(lián)劑1.0、2.0質(zhì)量份(8)氯化聚乙烯4. 0 10.0質(zhì)量份(9)吸附劑納米氧化鈣5.0、8·0質(zhì)量份(10)助發(fā)泡劑納米氧化鋅1.0、3·5質(zhì)量份(11)硅酮加工助劑0.5、1·5質(zhì)量份(12)增強纖維3.0^6.5質(zhì)量份。所述的有機錫為二丁基錫或二辛基錫。所用納米氧化鈣的粒徑為100_500nm，純度大于98%wt。所用納米氧化鋅粒徑為3(T60nm。所用硅酮加工助劑為不含載體為不含載體的聚二甲基硅氧烷，其數(shù)均分子量為 80 120萬。所用增強纖維為直徑7 14um、長壙8mm的無堿玻璃纖維。所述木粉的粒度為100 200目；所述的輕質(zhì)活性碳酸鈣的粒度為1000-1500目。一種制備所述的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合板材的方法，先將木粉與納米氧化鈣粉末按質(zhì)量份經(jīng)高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合10-15分鐘后，按質(zhì)量份加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合5-6分鐘，最后按質(zhì)量份加入其余物料，經(jīng)高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/ 分混合1(Γ20分鐘后，再經(jīng)低速300飛00轉(zhuǎn)/分混合5 10分鐘后，得到預(yù)混料，將該預(yù)混料經(jīng)錐形雙螺桿擠出機擠出發(fā)泡成型、(Tl5°C的循環(huán)水急速冷卻定型、牽引、切割，制成微發(fā)泡木塑復(fù)合板材。擠出成型工藝參數(shù)條件如下
主機轉(zhuǎn)速450 750轉(zhuǎn)/分，牽引速度3(T70Cm/min，機筒一區(qū)120 135°C，機筒二區(qū) 145 165°C，機筒三區(qū)150 175°C，機筒四區(qū)17(Tl90°C，模具溫度140 165°C，冷卻循環(huán)水溫度0 15°C。有益效果
1、傳統(tǒng)的塑料用的內(nèi)、外潤滑劑的添加量大，且潤滑效果不十分理想。本發(fā)明在木塑復(fù)合材料中加入適量的不含有機載體的超高分子量硅酮加工助劑。該助劑具有添加量少、潤滑效果好、表面不析出等特點，性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)的硅油和脂肪酸類等潤滑劑。超高分子量硅酮加工助劑能促進木粉與聚氯乙烯(PVC)等塑料的充分混合，有利于增加物料的流動性，易于沖模成形，有利于提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和表面光潔度。2、選用純度大于98%wt、粒徑為100-500nm的超細氧化鈣粉末作為吸附劑。當超細氧化鈣粉末與木粉進行高速混合時，一方面利用氧化鈣粉末較強的吸水特性吸收木粉中的水分；另一方面，氧化鈣吸水后生成氫氧化鈣，利用其堿性特性，能夠?qū)⒛痉郾砻娴哪z質(zhì)等溶解，有利于提高木粉與樹脂基體之間的相容性和界面結(jié)合力。此外，氫氧化鈣還能與偶氮二甲酰胺產(chǎn)生的氣體(X)2反應(yīng)，可以緩和氣體的釋放速度，有利于降低并泡等現(xiàn)象產(chǎn)生的幾率，從而提高發(fā)泡質(zhì)量。3、選用粒徑為3(T60nm的納米氧化鋅作為助發(fā)泡劑。納米氧化鋅一方面可以作為發(fā)泡的成核劑，有利于超細微孔的形成與均勻分布；同時可以利用其增強增韌作用，提高基體的強度和韌性。4、選用長度rSmm的無堿短切玻璃纖維，可以起到對微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的增強作用。所添加的玻璃纖維經(jīng)過擠出加工后的長度約為0. 6^1. 3mm，可以穿透微孔，在微孔間起到橋梁作用，能承受并有效傳遞載荷，提高復(fù)合材料的力學(xué)強度。5、本發(fā)明所制得的微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材具有微小均勻分布的微孔結(jié)構(gòu)，表面層硬度高，成型加工性能好，韌性高、尺寸穩(wěn)定好，產(chǎn)品表面光亮，可生產(chǎn)幅寬大于1200 mm 的建筑模板，有效解決了普通微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材存在的脆性大、強度低、尺寸穩(wěn)定性差、壽命短等缺點，能廣泛替代實木模板、塑料模板、鋼模板和普通木塑模板。經(jīng)檢測，采用本發(fā)明所述之配方及工藝制得的木塑復(fù)合材料板材的性能如下
幅寬厚度比重孔隙率微孔密度平均微孔孔徑斷裂伸長率(GB T1040) 抗彎模量(GB T9341) 抗彎強度(GB T9341) 沖擊強度(GB T1843) 洛氏硬度(GB/T 9342) 表面硬殼層厚度可循環(huán)使用次數(shù)
大于1200 mm 10^24 mm 0. 6(Γθ. 70 16. 0 18· 0% 2. (T2.5X106f/cm3 40 45 μm 7. 5 9· 5 %
1. 2(Tl. 40 GPa 22. 0 26· 0 MPa 170. (Γ182. 0 J/m 82 86
0. 80 1· 00 mm
18 2

圖1為實施例3得到的材料的電鏡照片，可以看出微孔分布很均勻。
具體實施例方式
所用試劑皆為通用市售試劑。1、先將木粉與納米氧化鈣粉末按質(zhì)量份經(jīng)高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合10_15分鐘后，按質(zhì)量份加入NDZ-311鈦酸酯偶聯(lián)劑后高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合5_6分鐘，最后按質(zhì)量份加入其余物料，經(jīng)高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合1(Γ20分鐘后，再經(jīng)低速300飛00轉(zhuǎn)/分混合5 10分鐘后，得到預(yù)混料。將該預(yù)混料置于錐形雙螺桿擠出機組。2、在擠出機組完成成型過程預(yù)混料熔融一成型一低溫定型一冷卻一牽引一切削 —堆放。Α、錐形雙螺桿擠出機主機由三部分組成
(1)擠壓系統(tǒng)它是擠出機的關(guān)鍵部分，主要由螺桿和機筒組成。物料通過擠壓系統(tǒng)，被加熱、塑化成均勻的熔體。在螺桿推力作用下，這些熔體從擠出機前端的口模被連續(xù)擠出。(2)傳動系統(tǒng)其作用是驅(qū)動螺桿，保證螺桿在工作過程中所需要的扭矩和轉(zhuǎn)速；
5(3)加熱冷卻系統(tǒng)保證物料和擠壓系統(tǒng)在成型加工中的溫度控制要求。B、錐形雙螺桿擠出機輔機由六部分組成
(1)機頭它是制品成型的主要部件，用于獲得所需截面形狀的制品；
(2)定型裝備其作用是將從口模擠出的物料的形狀和尺寸進行精整，從而得到具有更為精確的截面形狀、表面光亮的制品；
(3)冷卻裝置從定型裝置出來的制品，在冷卻裝置中((Tl5°C的循環(huán)水)充分地冷卻固化，從而得到所需的形狀
(4)牽引裝置用于均勻地引出制品，使擠出過程穩(wěn)定地進行。牽引速度的快慢會影響制品的截面厚度，對擠出機生產(chǎn)效率也有一定的影響；
(5)切割裝置它的作用是將連續(xù)擠出的制品按照要求切割成一定的長度；
(6)堆放用來將切成一定長度的木塑建筑模板制品整齊地堆放。3、擠出成型工藝參數(shù)條件如下
主機轉(zhuǎn)速450 750轉(zhuǎn)/分，牽引速度3(T70Cm/min，機筒一區(qū)120 135 °C，機筒二區(qū) 145 165°C，機筒三區(qū)150 175°C，機筒四區(qū)17(Tl90°C，模具溫度140 165°C，冷卻循環(huán)水溫度0 15°C 實施例1
1、工藝配方
(1)聚氯乙烯(PVCS-700)40.0質(zhì)量份；
(2)粒度為100 200目的木粉20. 0質(zhì)量份；
(3)輕質(zhì)活性碳酸鈣(1000-1500目)11. 5質(zhì)量份；
(4)發(fā)泡劑(偶氮二甲酰胺)1. 2質(zhì)量份； (5 )發(fā)泡穩(wěn)定劑(二丁基錫) 0. 6質(zhì)量份；
(6)聚乙烯蠟1.5質(zhì)量份；
(7)鈦酸酯偶聯(lián)劑(N擬311)1. 0質(zhì)量份；
(8)氯化聚乙烯10.0質(zhì)量份；
(9)吸附劑6.0質(zhì)量份； 吸附劑為粒徑為10(T500nm納米氧化鈣，純度> 98%wt ；
(10)助發(fā)泡劑1.0質(zhì)量份； 粒徑為3(T60nm的氧化鋅；
(11)硅酮加工助劑(LYSI-100)0.7質(zhì)量份；
(12)無堿玻璃纖維(直徑12um，長5mm)6. 5質(zhì)量份；
2、工藝過程
先將木粉與納米氧化鈣粉末按質(zhì)量份經(jīng)高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合10-15分鐘后，按質(zhì)量份加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合5-6分鐘，最后按質(zhì)量份加入其余物料，經(jīng)高速1500 2500轉(zhuǎn)/分混合1(Γ20分鐘后，再經(jīng)低速300飛00轉(zhuǎn)/分混合5 10分鐘后，得到預(yù)混料。將該預(yù)混料經(jīng)錐形雙螺桿擠出機擠出發(fā)泡成型、(Tl5°C的循環(huán)水急速冷卻定型、牽引、切割，制成微發(fā)泡木塑板材。3、實施效果
所得板材的性能如下幅寬厚度比重孔隙率
微孔密度2,
平均微孔孔徑斷裂伸長率(GB T1040) 抗彎模量(GB T9341) 抗彎強度(GB T9341) 沖擊強度(GB T1843) 洛氏硬度(GB/T 9342) 表面硬殼層厚度可循環(huán)使用次數(shù)實施例2 1、工藝配方
(1)聚氯乙烯(PVC S-700)
14X106 個
大于1200 mm 10^24 mm 0. 65 17. 4%
cm3微孔孔徑 44um 8. 6 % 1. 32 GPa 22. 4 MPa 170.8 J/m 82. 1 0. 95 mm 19
50. 0質(zhì)量份
15. 0質(zhì)量份； 10. 0質(zhì)量份；
0. 4質(zhì)量份； 3. 5質(zhì)量份； 0. 5質(zhì)量份； 1. 1質(zhì)量份； 4. 0質(zhì)量份；
(2)粒度為100 200目的木粉
(3)輕質(zhì)活性碳酸鈣(1000-1500目)
(4)發(fā)泡劑(偶氮二甲酰胺)
(5)發(fā)泡穩(wěn)定劑(二丁基錫)
(6)聚乙烯蠟
(7)鈦酸酯偶聯(lián)劑(N擬311)
(8)氯化聚乙烯
(9)吸附劑(粒徑為10(T500nm納米氧化鈣，純度>98%wt ；) 8.0質(zhì)量份；
(10)助發(fā)泡劑(粒徑為3(T60nm的氧化鋅)2. 0質(zhì)量份；
(11)硅酮加工助劑(LYSI-100)1.5質(zhì)量份；
(12)無堿玻璃纖維(直徑10um，長6mm)4. O質(zhì)量份 2、工藝過程
先將木粉與納米氧化鈣粉末按質(zhì)量份經(jīng)高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合10-15分鐘后，按質(zhì)量份加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合5-6分鐘，最后按質(zhì)量份加入其余物料，經(jīng)高速1500 2500轉(zhuǎn)/分混合1(Γ20分鐘后，再經(jīng)低速300飛00轉(zhuǎn)/分混合5 10分鐘后，得到預(yù)混料。將該預(yù)混料經(jīng)錐形雙螺桿擠出機擠出發(fā)泡成型、(Tl5°C的循環(huán)水急速冷卻定型、牽引、切割，制成微發(fā)泡木塑板材。
3、實施效果
所得材料的性能如下 幅寬厚度比重
孔隙率
大于1200 mm 10^24 mm 0. 62 16. 5%微孔密度平均微孔孔徑斷裂伸長率(GB T1040) 抗彎模量(GB T9341) 抗彎強度(GB T9341) 沖擊強度(GB T1843) 洛氏硬度(GB/T 9342) 表面硬殼層厚度可循環(huán)使用次數(shù)實施例3 1、工藝配方
(1)聚氯乙烯(PVCS-700)
(2)粒度為100 200目的木粉
(3)輕質(zhì)活性碳酸鈣(1000-1500目)
(4)發(fā)泡劑(偶氮二甲酰胺)
(5)發(fā)泡穩(wěn)定劑(二丁基錫)
(6)聚乙烯蠟
(7)鈦酸酯偶聯(lián)劑(N擬311)
(8)氯化聚乙烯
2. 22 X IO6個/cm3微孔孔徑 45um
9. 1 % 1. 38 GPa 24. 1 MPa 174. 5 J/m 84. 2
0. 82 m m 22
41. 0質(zhì)量份； 25. 0質(zhì)量份； 11. 5質(zhì)量份； 0. 2質(zhì)量份； 0. 8質(zhì)量份；
2. 5質(zhì)量份； 2. 0質(zhì)量份； 5. 0質(zhì)量份；
(9)納米吸附劑(粒徑為100 500nm納米氧化鈣，純度> 98%wt ； ) 5. 0質(zhì)量份；
3. 5質(zhì)量份； 0. 5質(zhì)量份； 3. 0質(zhì)量份。
(10)納米助發(fā)泡劑(粒徑為3(T60nm的氧化鋅)
(11)硅酮加工助劑(GM100)
(12)無堿玻璃纖維(直徑14um，長3mm)
2、工藝過程
先將木粉與納米氧化鈣粉末按質(zhì)量份經(jīng)高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合10-15分鐘后，按質(zhì)量份加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合5-6分鐘，最后按質(zhì)量份加入其余物料，經(jīng)高速1500 2500轉(zhuǎn)/分混合1(Γ20分鐘后，再經(jīng)低速300飛00轉(zhuǎn)/分混合5 10分鐘后，得到預(yù)混料。將該預(yù)混料經(jīng)錐形雙螺桿擠出機擠出發(fā)泡成型、(Tl5°C的循環(huán)水急速冷卻定型、牽引、切割，制成微發(fā)泡木塑板材。3、實施效果
所得材料的性能如下 幅寬厚度比重孔隙率微孔密度平均微孔孔徑斷裂伸長率(GB T1040)
大于1200 mm 10^24 mm 0. 70 16. 4% 2. 09 X IO6 個 /
'cm3微孔孔徑
42um
7. 6 %抗彎模量(GB T9341)1. 23GPa抗彎強度(GB T9341)25. 5MPa沖擊強度(GB T1843)180. 5J/m
洛氏硬度(GB/T 9342)83.5
表面硬殼層厚度0. 98 mm
可循環(huán)使用次數(shù)21。
權(quán)利要求
1. 一種建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材，原料組成為(1)聚氯乙烯(2)木粉(3)輕質(zhì)活性碳酸鈣(4)發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺(5)發(fā)泡穩(wěn)定劑有機錫(6)聚乙烯蠟(7)鈦酸酯偶聯(lián)劑(8)氯化聚乙烯其特征在于，還包括(9)吸附劑納米氧化鈣(10)助發(fā)泡劑納米氧化鋅(11)硅酮加工助劑(12)增強纖維40 50質(zhì)量份； 15 25質(zhì)量份； 10 25質(zhì)量份； 0. 2^1. 2質(zhì)量份； 0. 6^3. 5質(zhì)量份0.5^2. 5質(zhì)量份1.(Γ2. 0質(zhì)量份 4. (Γ10. 0質(zhì)量份；5. (Γ8. 0質(zhì)量份 1. (Γ3. 5質(zhì)量份 0. 5^1. 5質(zhì)量份 3. (Γ6. 5質(zhì)量份。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材，其特征在于所述的有機錫為二丁基錫或二辛基錫。
3.如權(quán)利要求1所述的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材，其特征在于所用納米氧化鈣的粒徑為100-500nm，純度大于98%wt。
4.如權(quán)利要求1所述的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材，其特征在于所用納米氧化鋅粒徑為3(T60nm。
5.如權(quán)利要求1所述的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材，其特征在于所用硅酮加工助劑為不含載體的聚二甲基硅氧烷，其數(shù)均分子量為8(Γ120萬。
6.如權(quán)利要求1所述的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材，其特征在于所用增強纖維為直徑7 14um、長壙8mm的無堿玻璃纖維。
7.如權(quán)利要求1所述的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材，其特征在于所述木粉的粒度為100 200目；所述的輕質(zhì)活性碳酸鈣的粒度為1000-1500目。
8.一種制備權(quán)利要求廣7任一所述的建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材的方法，其特征在于先將木粉與納米氧化鈣粉末按質(zhì)量份經(jīng)高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合10-15分鐘后，按質(zhì)量份加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后高速150(Γ2500轉(zhuǎn)/分混合5-6分鐘，最后按質(zhì)量份加入其余物料，經(jīng)高速1500 2500轉(zhuǎn)/分混合1(Γ20分鐘后，再經(jīng)低速300飛00轉(zhuǎn)/分混合5 10 分鐘后，得到預(yù)混料，將該預(yù)混料經(jīng)錐形雙螺桿擠出機擠出發(fā)泡成型、(Tl5°C的循環(huán)水急速冷卻定型、牽引、切割，制成微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材。
9.如權(quán)利要求8所述的制備建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材的方法，其特征在于擠出成型工藝參數(shù)條件如下主機轉(zhuǎn)速450 750轉(zhuǎn)/分，牽引速度3(T70Cm/min，機筒一區(qū)120 135 °C，機筒二區(qū) 145 165°C，機筒三區(qū)150 175°C，機筒四區(qū)17(Tl90°C，模具溫度140 165°C，冷卻循環(huán)水溫度0 15°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種建筑模板用微發(fā)泡木塑復(fù)合材料板材及其制備方法，該木塑復(fù)合材料組成為聚氯乙烯、木粉、輕質(zhì)活性碳酸鈣、發(fā)泡劑、發(fā)泡穩(wěn)定劑、聚乙烯蠟、鈦酸酯偶聯(lián)劑、氯化聚乙烯、吸附劑納米氧化鈣、助發(fā)泡劑納米氧化鋅、硅酮加工助劑、增強纖維無堿玻璃纖維。先將木粉與納米氧化鈣粉末高速混合后，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后高速混合，最后加入其余物料，經(jīng)高速混合后，再經(jīng)低速混合得到預(yù)混料，經(jīng)擠出機擠出、急速冷卻即可。該板材具有表面硬度高、流動性好、強度和韌性高、尺寸穩(wěn)定好、使用壽命長等特點。
文檔編號C08L97/02GK102167872SQ201110133120
公開日2011年8月31日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者崔益華 申請人:南京航空航天大學(xué)