[发明专利]膨化木材与塑料等复合的技术

说明书

本发明涉及一项在塑料工业中应用木材的技术，用以制备一系列在木材的毛细管孔急剧扩张时，立即填充塑料陶瓷或金属的微粒而成的复合材料。

人类最先合成的酚醛树脂，用木粉填充后克服了脆性才得以实用，塑料工业也由此诞生。但半个多世纪来，木材还是以粉末为主与塑料复合，木粉的“粒度是40、60以及80目，细至140目。”（摘1《塑料用填料及增强剂手册》[美]卡茨编，1987年中译本第262页）木材的纤维被破坏，故木粉难以提高塑料的强度。近年在先进国家试制了木材塑料复合材WPC，这种产品的生产方法是用乙烯类的化学药品，通常称为单体的注入木材，……常用的单体有苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸等。可用一种，也可用两种或多种单体混合物。同时可注入少量的引发剂，以促进化学反应。现在也有不用引发剂的。”“单体注入后，用高能辐射法或加热法使单体与木材发生聚合反应，而形成一种复合材。”（摘2《木材加工化学》中国东北林业大学1985年编版第208页）现有的木材工业各部门中，尚无把木材膨化应用的技术、现有的木材科技文献，均无膨化木材的信息。与本发明相关的有爆破木材的技术：“置木材于高压容器中，以高温高压的蒸汽进行短时间的水热处理，使木材胞间层的木素软化部分碳水化合物水解，然后把容器阀门打开，木才原料在突然降压过程中，爆破成棉絮状纤维或纤维束。在美国，有些纤维板生产的纤维分离即采用此法。”“木片大约在196℃蒸煮30～40℃然后升温282℃，几秒钟，最后爆破。”（摘3与2同书第221、215页）爆破法使木材组织结构纷崩离析，强度丧失。至于使木材的毛细管孔处于高速运动及急剧扩张的状态与渗透物对流，这在技术上尚未试用，在科学上也缺乏研究，现有的胶体化学学的高等教科书中，都是在毛细孔静止的状态下研究渗透的。对木材的浸注及复合的现技术尚存在以下四个困难：

（1）木材虽然多孔，渗透性却不大，木材缘纹孔及纹膜的构造，导管内的侵填体，固体塞、气泡塞等，都对浸注、渗透、扩散产生重重阻力，现有技术难以克服。因此在木塑复合材制造中，高聚物树脂难以注入，只能以单体、甚至气相注入，含固量很低，聚合也因木材的能垒抵制而困难。故WPC至今不能工业化生产、价格昂贵，当代科技十大攻关项目之一“可基本取代木材的塑料”也尚未涌现。

（2）现有技术使两系物料在混合或渗透时，相对运动的速度递度极小，其附着力也极小，因按流体力学原理，附着力与速度成正比。

（3）表面总有损伤、污染、侵蚀、位错、粗糙等等“历史”形成的缺陷，故实际粘合强度只及理论强度的1/100-1/1000，故纤维增强材料、刨花板、纤维板等等都因其内部组元的表面没充分接触，粘合力弱而强度低。

（4）木材中总含有与塑料，水泥等复合料的阻聚成份。例如，单宁、五倍子酸对水泥阻聚，在木材水泥板制造中常有水泥永不凝固现象。

关于碳纤增强度复合材料，中国上海科学技术情报研究所编辑的《国外纤维增强复合材料》第四辑1976年版及第五辑1977年版都就碳纤的制造，表面处理、复合工艺、应用和测试作了详细介绍。本文摘1《塑料用填料及增强剂手册》第十一章第29节“碳-石墨纤维”中，也就碳纤生产方法、性能、应用现状及展望作了系统介绍，并例选了美英日法比五国专利38项，所有的碳纤增强复合材料的制造技术文献都有一个共同点，就是都是先制备碳纤，再缠绕或编织成骨架，作表面处理、而后与塑料等复合。由于在繁复工序中，碳纤内外表面难免有许多缺陷与损伤，碳纤与塑料等的粘合力极弱，故碳纤增强材料的发展至今呈徘徊之势。至于本发明采取的先把材料复合，后使碳纤从中生成的方法，还未有先例。

本发明的首要目的，是制备一种替代木材的植物碎料与塑料复合材;其次目的是制取一系列改性的木材增强的结构泡沫材料;本发明的另一大目的，是实施先把材料复合，后使碳纤从中生成的方法制取碳纤增强材料，使现有的碳纤增强材料的性能提高，成本降低。

实验证明，木材颗粒是可以象米粒那样膨化的，可按空气动力学的原理，利用高压气体的爆轰力使木材组织开松、毛细管孔扩张。本发明的中心内容一是控制木材毛细管孔的扩张，二是使塑料、金属或陶瓷的粉末趁扩张后立即充入管孔，共混共聚成复合材料。本发明涉及的产品范围大，按控制技术要求高低可分为三级。A级膨化复合用于生产特种高性能材料，如碳纤增强金属、陶瓷，晶须一晶纤一木纤连锁增强的塑料或橡胶，超轻质的结构泡沫材料;B级以木材与塑料、橡胶复合为主产品，如木塑海绵，橡胶木板、发泡木塑板、不制浆造纸或提纤维、木塑无纺布、木塑帘轮胎;C级为与硅酸盐材料复合的制品，如膨化木石膏板、碳纤泡沫玻璃等。本发明内容按ABC等级之分有所区别。具体工艺为：