[发明专利]玄武岩纤维增强木塑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料(WPC)可以利用废弃木质纤维材料和废旧塑料作为主要原料，绿色环保，可循环利用，是解决天然及合成高分子材料废弃物资源化高效利用问题的重要途径，因而倍受关注。这种复合材料比木材的表面硬度大，尺寸稳定性、耐水性、耐腐蚀性均好于木材，且一般不需要表面涂饰，符合未来经济发展的需要，应用前景广阔。

木塑复合材料兼具木材与塑料的众多优点，其市场增长的很快，特别是在建筑及汽车方面的应用。而另一方面，急速扩张的市场又为木塑复合材料更广泛的应用提出了更高的性能要求。比如，当其应用在结构和工程材料等领域，必须具有较高的综合力学性能。

木塑复合材料在具有诸多优点的同时也存在缺点，其中较突出的缺点有韧性差和强度不高，尤其是很难获得同时具有高强度和高韧性的产品，使得现有的木塑复合材料普遍存在综合力学性能差的问题。现有技术为此进行了广泛的研究，例如：许多偶联剂(或相容剂)如：马来酸酐接枝聚烯烃、硅烷、异氰酸酯等被用于提高木塑复合材料的拉伸和弯曲强度，但是木塑复合材料的冲击韧性没有得到改善甚至有所降低；丁苯橡胶(SBR)、SEBS、EPDM、EOR、EMA、EBAGMA、EPR-g-MA等热塑性弹性体的加入，木塑复合材料的冲击韧性或多或少得到了提高，但是其强度和模量往往降低；木塑复合材料的发泡技术能够显著提高其韧性和抗冲击性能，但发泡造成材料的刚性、强度和蠕变性能较差，严重限制了其应用。

玄武岩纤维(Basalt Fiber，简称BF)是天然玄武岩矿石经高温熔融后通过铂铑合金拉丝制成的一种新型高性能纤维。近年来随着全新低能耗生产装置的诞生，其高性价比优势逐渐凸显出来。玄武岩纤维原料来源广、成本低，并具有耐高温、耐腐蚀、隔热、吸音及低吸湿等优良性能，被认为有望代替价格昂贵的碳纤维，而成为新兴高强纤维，已广泛应用于交通路面，建筑加固等诸多领域。

发明内容

本发明目的是为了解决现有木塑复合材料综合力学性能差的问题，而提供玄武岩纤维增强木塑复合材料及其制备方法。

玄武岩纤维增强木塑复合材料，按照重量份数比由95～105份的热塑性塑料、50～300份的木质纤维材料、1～50份的改性玄武岩纤维、5～20份的增容剂、1～10份的润滑剂制成；其中热塑性塑料为聚苯乙烯、聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种；木质纤维材料为木粉、竹粉、农作物秸秆粉、果壳粉的任何一种或几种；增容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯、马来酸酐-苯乙烯嵌段共聚物、钛酸酯、异氰酸酯、六甲基二硅氮烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、石蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯蜡；硬脂酸金属盐为硬脂酸钠、硬脂酸锶、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或几种。

制备玄武岩纤维增强木塑复合材料的方法按以下步骤进行：

一、将木质纤维材料加入到高速混合机中，在温度为105～150℃、转速为400～1800r/min的条件下搅拌5～15min，获得含水率为1.5％～2.5％的木质纤维材料；

二、按照重量份数比称取100份的热塑性塑料、50～300份的木质纤维材料、1～50份的改性玄武岩纤维、5～20份的增容剂、1～10份的润滑剂，依次放入高速混合机中，在转速为400～1800r/min、温度为105～180℃的条件下搅拌5～20min，卸料至低速冷混机中，以20～100r/min的转速搅拌并通水冷却，当物料温度低于80℃时出料得到预混料；

三、预混料通过单螺杆挤出机、平行双螺杆双阶挤出机组或锥形双螺杆挤出机挤出成型，即得到玄武岩纤维增强木塑复合材料；

其中热塑性塑料为聚苯乙烯、聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种；

木质纤维材料为木粉、竹粉、农作物秸秆粉、果壳粉的任何一种或几种；

增容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯、马来酸酐-苯乙烯嵌段共聚物、钛酸酯、异氰酸酯、六甲基二硅氮烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；