[发明专利]一种高性能阻燃型复合型材及其加工工艺

说明书

本发明提供了一种以纸张和PVC薄膜为基本结构单元，通过交叉叠放后热压成型的高性价比、高强度和阻燃性能优异的纸基/PVC复合型材及加工工艺。在纸张中添加木质素、生物基磺酸盐等天然树脂或衍生物，聚乙烯醇等合成胶粘剂，可溶性铝盐或/和纳米无机填料可以弥补高温下水分蒸发引起的型材强度下降和性能波动，显著提升复合型材的内结合力及型材力学强度，显著降低生产成本。本发明开发了纸基含量占三分之二，拉伸强度及弯曲强度是PVC的10倍以上，性能远优于常用复合型材、高密度纤维板、天然木材、塑料制品、木塑型材且安全环保、高强阻燃和高性价比优势的新型复合型材，破解了现有复合型材及纤维/塑料复合型材的性能缺陷。

技术领域

本发明属于新材料领域，具体的，本发明开发了以二维纸基及PVC薄膜作为基本结构单元，通过交叉叠放及热压成型工艺制备得到的高强阻燃型纸基/PVC复合型材及其加工工艺。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)是最常用的五大通用塑料之一，也是唯一不依赖石油原料，可以经煤制乙炔-氯乙烯-聚氯乙烯路线获得的最廉价合成材料。聚氯乙烯低廉的价格、优异的阻燃性、耐化学腐蚀性、耐磨性、耐候性以及较好的机械性能使其在建筑材料(管材、窗用型材、地板等)、工业制品(汽车底板、电线电缆等)、发泡材料、人造革和合成革等方面获得了普遍应用，但由于聚氯乙烯制品存在强度差、热稳定性差、软化点低、易热变形及不易加工，需添加稳定剂及其它改性填充材料才能改善其严重性能缺陷，使聚氯乙烯的应用领域受到了很大制约。

氧化石墨烯、纳米二氧化硅、碳纤维、玻璃纤维、纳米硫酸钙、碳酸钙、天然植物纤维是常见的PVC改性填充材料，其中的天然植物纤维因价格低廉、可再生、可降解、环境友好、比强度和比模量较高更具开发潜力，但由于添加天然纤维存在难分散、加工困难、添加量无法提高以及制品强度低等问题，创新融合加工技术，开发高强度和高性价比纤维/塑料复合型材是材料行业的重大技术需求。

竹子是我国的优势生物质资源，“以竹代木”是符合我国发展国情的生物基材料主要发展途径之一。竹纤维/PVC复合型材的生产有两种方式：第一种是以机械粉碎后的一维竹粉和PVC母粒经过高温预混料后挤压成型或模具热压成型的方式生产，这种方式的优点是工艺较为简单，可加工各类型材，但是由于竹粉中所含的纤维素、半纤维素、木质素等高分子含有大量羟基、酚羟基等极性基团，具有很强的化学极性和亲水性，与疏水的PVC之间界面相容性差，易发生团聚，且竹纤维经过机械处理后，纤维强度遭到一定程度的破坏，因而此种方式生产出的竹纤维/PVC复合型材的纤维添加量低、拉伸强度和抗冲击性差；第二种生产方式是以三维竹片(或竹帘、竹席)为原料，以PVC薄膜或粉料为粘胶剂，经热压后制备成型；未经机械粉碎的竹纤维虽然保留了其原有的强度，但竹细胞结构非常致密，因而熔融后的PVC只能在层与层之间分散，很难与内部的竹纤维结合，内结合强度有限，制备出的复合型材强度也不高，并且这种加工方式不便于连续化大量生产产品，缺点十分明显。

本研发团队前期开发的无黑液清洁制浆及本色竹纸生产工艺，采用了较少碱量和较低蒸煮温度的制浆条件，避免了破坏木质素和半纤维素的结构，通过硫酸或硫酸铝可使大分子木质素均匀沉淀在本色浆表面，增加了纤维的亲油性和强度，避免了环境污染，不但大幅提高了本色浆得率，而且浆成本至少下降一半，滤液通过补充石灰的复分解反应可重复套用作为下一批的碱液制桨，实现循环套用而不产生黑液；以清洁制浆得到的竹浆及竹纸为原料，更具性价比优势。本实施例中使用的70g/m²竹本色浆纸就是新工艺浆在车间生产的纸成品。

显然，改变加工思路，利用PVC薄膜生产成本低、耐久性、阻燃性及耐腐蚀性能好，本色竹浆和本色竹纸生产成本更低和强度好的互补优势及低成本叠加优势，创新加工成型方法，尽可能多使用生物基材料的高强阻燃、高性价比复合型材将很有开发前景。