[发明专利]表面水解改性芳纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面水解改性芳纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法，属于结构和工程材料领域。

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，成为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而倍受关注。由于塑料的加入，增加了木材的表面硬度、尺寸稳定性、耐水性、耐腐蚀性，且一般不需要表面涂饰，符合未来经济发展的需要，其前途不可估量。

正是由于木塑复合材料的众多优点，使得其市场增长的很快，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尤其是冲击韧性。

强度和冲击韧性是木塑复合材料的主要性能指标，如何提高木塑复合材料的强度和韧性，逐渐引起了人们的注意。目前大概存在以下几种状况：

1、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，但是对于木塑复合材料的冲击韧性改善效果不佳甚至有所降低。

2、丁苯橡胶（SBR）、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）、三元乙丙橡胶（EPDM）、马来酸酐接枝乙烯丙烯橡胶（EPR-g-MA）等热塑性弹性体的加入，使木塑复合材料的冲击韧性或多或少得到了提高，但是其强度和模量有所降低。

3、采用木塑复合材料的发泡技术，这样虽然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。

4、采用混杂复合材料因其含有两种(或多种)增强纤维，其中一种纤维的优点可以弥补其它纤维的不足。从而通过适当的设计，能够实现混杂复合材料在性能与成本上的平衡。玻璃纤维增强木塑复合材料符合这一设计思想，能同时提高木塑复合材料的强度和韧性，但玻纤生产过程影响人身健康，且玻纤密度高达2.5g/cm³，对挤出设备磨损严重，回收时产生环境污染。

综上，现有的木塑复合材料难以科学合理地兼顾高强度和高冲击韧性。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的木塑复合材料难以科学合理地兼顾高强度和高冲击韧性的问题，提供了一种表面水解改性芳纶纤维增强木塑复合材料及其制备方法。

本发明所述的表面水解改性芳纶纤维增强木塑复合材料，按重量份数比由100份的热塑性塑料、50～360份的木质纤维材料、2～12份的水解处理芳纶纤维、4.5～32份的相容剂和0.75～8份的润滑剂制成。

表面水解改性芳纶纤维增强木塑复合材料的制备方法包括如下步骤：

步骤一、按重量份数比称取50～360份的木质纤维材料加入到高速混合机中搅拌，调节转速将温度控制在105℃～150℃之间，保持搅拌3分钟～15分钟，使木质纤维材料的含水率达到1.5%～2.5%之间；

步骤二、按重量份数比称取100份的热塑性塑料、2～12份的表面水解改性芳纶纤维、4.5～32份的相容剂和0.75～8份的润滑剂依次加入到高速混合机中，与木质纤维材料一起进行预混，温度控制在105℃～180℃之间，保持5分钟～20分钟，卸料至低速冷混机中，搅拌并通水冷却，当物料的温度低于80℃时出料，得到预混料；

步骤三、将预混料通过螺杆挤出机挤出成型，得到表面水解改性芳纶纤维增强木塑复合材料，挤出机筒加热温度控制在130℃～185℃之间，口模温度控制在140℃～190℃之间。

本发明的优点：

采用本发明制造的表面水解改性芳纶纤维增强木塑复合材料，在保持了木塑复合材料的外观近似木材，可以用刨切、锯、打钉、拧钻等加工木材的方式加工，优异的环境学特性，如隔热、隔音、耐候性好、耐水、耐腐蚀等优点外，其力学性能比普通木塑复合材料显著提高，尤其是力学强度和抗冲击性能同时得到显著改善，从根本上解决了以往木塑复合材料技术的产品力学强度低、脆性大的问题。