技术领域
[0001] 本
发明属于复合材料领域，涉及一种PET
木塑复合材料，具体涉及一种发泡PET木塑复合材料及其用途。
背景技术
[0002] 以热塑性塑料和木
纤维、竹纤维或
农作物纤维制备木塑材料，可以充分利用回收塑料及利用农林废弃物，具有良好的生态效益也具有较好的经济效益。废弃的木塑复合材料也可以经
破碎重新进行生产，形成了循环使用的利用模式，符合发展
循环经济和建设节约型社会的要求。当前木塑复合材料大多是采用原木木粉或木纤维与塑料经复合加工制得，一方面木塑复合材料的
密度高，运输成本和售价都较高，不利于推广使用；另一方面，现有木塑复合材料存在强度低、韧性差、表观效果不好的
缺陷。
[0003] PET，即聚对苯二
甲酸乙二醇酯，其具有良好的机械强度、耐温性，
耐磨性，良好的阻隔性、低的吸
水性和良好的韧性，比现阶段我们用PVC/PP/PE等
树脂来生产木塑在物理性能如
变形，吸水性，冲击强度，抗刮伤性等方面好得多。但是由于PET的熔融
温度高达250℃，限制了PET木塑复合材料的生产及应用。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种低成本、高性能的发泡PET木塑复合材料。
[0005] 为达到本发明的目的，本发明的发泡PET木塑复合材料包含PET树脂、木粉、
偶联剂、发泡剂、成核剂、
增塑剂、羧甲基
纤维素钠，其中木粉的重量百分比为45～65％，PET树脂的重量百分比为15～39％，发泡剂的重量百分比为4～8％，偶联剂的重量百分比为1.5～4％。本发明中，所述木粉为改性木粉，其制备方法步骤如下：
[0006] A、取粒径170μm～190μm的木粉，经95～105℃
热处理干燥，然后用丙
酮萃取，干燥备用；
[0007] B、取热固型
酚醛树脂，加水稀释，再加入步骤A所得木粉，其中，木粉重量为热固型酚醛树脂重量的0.5～1倍，在
超声波清洗器中室温超声25～35min，然后离心过滤，离心转速1000r/min～1300r/min，离心时间3～5min，离心后的滤出物在125℃～130℃热处理0.5～1h即得改性木粉。
[0008] 本发明中，所述增塑剂可以是邻苯二甲酸二辛酯、
丙烯酸和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种。
[0009] 本发明中，所述发泡剂可以为偶氮二甲酰胺、
碳酸氢盐和
柠檬酸的复合发泡剂，其中偶氮二甲酰胺的重量为PET木塑复合材料的2～3％。
[0010] 本发明中，所述偶联剂可以为异氰酸酯、改性
氨基
硅烷和乙烯基硅烷中的一种或几种。
[0011] 本发明中，所述木粉可以是
云杉木粉、杨木粉、松木粉、秸秆粉、
甘蔗渣粉、稻壳粉和花生壳粉中的一种或多种。
[0012] 本发明中，所述成核剂可以选自滑石粉、碳酸
钙、纳米蒙脱土、二
氧化
钛和
二氧化硅中的一种或几种。
[0013] 本发明中，所述PET木塑复合材料任选的还包含发泡助剂、防霉剂或阻燃剂。本发明中，所述发泡助剂可以选自纳米氧化锌、碳酸锌、柠檬酸、
醋酸锌和甘油中的一种或几种。
[0014] 本发明还提供了一种所述PET木塑复合材料的用途，即将所述发泡PET木塑复合材料制备成板材制品，该板材制品至少具有一个
中间层，所述中间层是发泡PET片材；该板材制品还至少具有表层，所述表层以木塑复合材料制得，所述表层至少包括上表层和下表层。本发明中，PET发泡过程在PET木塑复合材料挤出设备中完成，所述PET木塑复合材料挤出设备具有控制设备、主挤出设备、辅助挤出设备和将主挤出设备与辅助挤出设备连接在一起的模具头，所述主挤出设备具有动
力设备、
传动轴、机筒、加热装置、进料斗、
支架和平台底座；所述动力设备位于平台底座上，所述机筒内具有螺杆，所述传动轴一端与螺杆相连而另一端与动力设备固定连接，所述加热装置包裹在机筒的外周；所述动力设备位于主挤出设备设有传动轴的一端，且主挤出设备另一端依次设有混合段、熔融段、均聚段、发泡剂注入段、发泡段、混合冷却段，在主挤出设备的混合冷却段外连接有模具头，所述进料斗位于主挤出设备的混合段；所述辅助挤出设备具有动力机械、传动杆、
螺纹内杆、反应筒、加热装置、辅料入斗和支架，所述辅助挤出设备通过支架固定在地面上，所述动力机械通过传动杆与螺纹内杆相连，所述螺纹内杆外具有包裹螺纹内杆的反应筒，所述反应筒外具有加热装置，所述辅料入斗位于反应筒上靠近动力机械一端的上部；所述辅助挤出设备与模具头的侧面连接，并使经辅助挤出设备处理的辅料汇入模具头；所述主挤出设备还具有发泡剂进料口，所述发泡剂进料口位于主挤出设备的发泡剂注入段；将所述发泡剂和所述增塑剂注入所述发泡剂进料口。
[0015] 本发明中，所述加热装置包括上弧形加热片和下弧形加热片，所述上弧形加热片和下弧形加热片通过连接件与所述机筒或所述反应筒进行固定连接；所述加热装置上至少具有加热插口，并具有温度探孔，在加热插口处设有加热供电器，所述加热供电器与所述控制设备电连接；在温度探孔处设有温度探测器，所述温度探测器向所述控制设备传输温度
信号。本发明中，所述控制设备至少包括第一控制箱和第二控制箱，所述第一控制箱控制主挤出设备的动力设备及主挤出设备上加热装置的加热温度，所述第二控制箱控制辅助挤出设备的动力机械及辅助挤出设备上加热装置的加热温度；所述第一控制箱和第二控制箱的外壁侧面上均具有传输口和航空插头，在所述第一控制箱和第二控制箱的外面均具有温度显示器、
温度控制按钮、电源显示器、电源控制
开关和动力设备的控制开关，所述温度显示器和温度控制按钮与航空插头一一对应。
[0016] 本发明中，所述的平台底座呈阶梯状，所述动力设备通过螺丝或
焊接方式固定在该阶梯状平台底座较高的
位置，在该阶梯状平台底座较低的位置通过支架固定主挤出设备的其他部位；所述的动力设备为
电机或
液压马达。
[0017] 本发明中，所述模具头具有主输入端、辅输入口和输出端，所述主输入端与主挤出设备的混合冷却段相连；所述模具头的主输入端具有
接口凸台，所述接口凸台包括环形基体和环形凸部，所述环形基体与环形凸部一体连接，所述环形基体连接机筒，所述环形凸部连接锥形结构，所述锥形结构内部中空的设有PET通道且外部设有流槽和收缩面，所述锥形结构外套设有能够紧密结合的模头壳体，所述模头壳体的内部中空且向输出端方向具有倾斜变小的内壁，所述流槽与所述模头壳体之间至少部分位置不相互
接触，所述收缩面与所述模头壳体之间不相互接触，所述流槽、收缩面和所述模头壳体的内壁之间形成WPC通道；所述WPC通道在所述PET通道外侧的至少部分位置形成包覆；所述模头壳体上具有所述辅输入口，所述辅输入口与所述流槽连通形成辅料通道。
[0018] 本发明中，所述锥形结构包括嵌套的多个形体，且至少包括第一锥形体和第二锥形体；所述第二锥形体上具有第二流槽和第二收缩面，所述第二流槽与所述第一锥形体之间至少部分位置不相互接触，所述第二收缩面与所述第一锥形体之间不相互接触，所述第二流槽、第二收缩面和所述第一锥形体的内壁之间形成第二WPC通道；所述辅助挤出设备至少为两个；所述模头壳体上的辅输入口至少为两个，且至少一个所述辅输入口与所述第一锥体及第二流槽连通，形成第二辅料通道。
[0019] 本发明中，所述模头壳体上靠近所述输出端的一侧具有模口体，所述模口体与所述模头壳体紧密结合，且与所述锥形结构之间具有包覆通道；所述PET通道内具有中空的纺锤形模舌体，所述纺锤形模舌体一部分外
侧壁与所述锥形结构内壁紧密相连；所述模口体内还嵌设有模唇体，所述模唇体与所述纺锤形模舌体和模口体之间具有包覆层通道；所述模具头的输出端处设有中空的槽形结构，所述中空的槽形结构与所述模口体相连并对所述模唇体的位置进行限定；所述模舌体和所述模唇体均可根据需要进行更换。
[0020] 本发明中，中空的所述第一锥形体与所述模头壳体相连，在所述第一锥形体的端部具有圆环形凸起，所述圆环形凸起与所述环形凸部连接；第一锥形体斜面的中部位置与所述模头壳体的斜面之间具有孔道c；与所述第一锥形体相连的是中空的第二锥形体，所述第二锥形体的斜面较第一锥形体的平缓，在所述第二锥形体的端部具有圆环形凹陷，在所述第二锥形体斜面的中上部位置与所述第一锥形体的斜面之间具有孔道d；在所述第二锥形体的内部具有所述纺锤形模舌体；所述第二锥形体靠近输出端的内壁具有渐宽的斜面，所述纺锤形模舌体具有长边端和短边端，所述渐宽的斜面与所述纺锤形模舌体的长边端紧密接触。
[0021] 与
现有技术相比，本发明的发泡PET木塑复合材料成本低，机械性能好，使用寿命长，
质量轻，缓冲性能好，易于加工和改型，可设计性强。用本发明的发泡PET木塑复合材料制备木塑板材，提升了产品的综合力学性能并实现了劣材优用，增加了产品附加值。
附图说明
[0022] 为了更清楚的说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出来了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023] 图1是本发明中发泡PET木塑复合材料板材制品的结构示意图；
[0024] 图2是本发明中PET木塑复合材料挤出设备的整体示意图；
[0025] 图3是本发明中PET木塑复合材料挤出设备的侧面示意图；
[0026] 图4是PET木塑复合材料挤出设备的立体示意图；
[0027] 图5是PET木塑复合材料挤出设备中模具头的拆分示意图；
[0028] 图6是PET木塑复合材料挤出设备的整体示意图；
[0029] 图7是本发明所运用的设备中模具头的拆分示意图；
[0030] 图8是本发明设备中模具头的拆分示意图。
具体实施方式
[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0032] 实施例1：
[0033] 按下述方法制备改性木粉：取粒径170μm～190μm的秸秆粉，经100℃热处理干燥，然后用丙酮萃取，干燥备用；加水稀释热固型酚醛树脂，加入上述木粉，木粉重量为热固型酚醛树脂重量的0.8倍，在
超声波清洗器中室温超声30min，然后离心过滤，离心转速1200r/min，离心时间5min，离心后的滤出物在128℃热处理45min即得改性木粉。取所得改性木粉三份，于100mL/min的高纯氮气氛围中，分别升温至250℃、350℃、600℃，保温30min进行
热解，检测残碳率，分别为85.9％、78.3％、64.1％。
[0034] 实施例2：
[0035] 按下述方法制备改性木粉：取粒径170μm～190μm的杨木粉，经105℃热处理干燥，然后用丙酮萃取，干燥备用；加水稀释热固型酚醛树脂，加入上述木粉，木粉重量为热固型酚醛树脂重量的0.8倍，在超声波清洗器中室温超声30min，然后离心过滤，离心转速1200r/min，离心时间5min，离心后的滤出物在128℃热处理45min即得改性木粉。取所得改性木粉三份，于100mL/min的高纯氮气氛围中，分别升温至250℃、350℃、600℃，保温30min进行热解，检测残碳率，分别为87.5％、76.1％、63.5％。
[0036] 实施例3：
[0037] 本实施例PET木塑复合材料包含PET树脂、木粉、偶联剂、发泡剂、成核剂、增塑剂、
羧甲基纤维素钠、防霉剂和阻燃剂，其中木粉的重量百分比为50％，PET树脂的重量百分比为35％，发泡剂的重量百分比为6％，偶联剂的重量百分比为3％。
[0038] 通过下述方法制备成本发明的PET木塑复合材料：将PET树脂，经过122～130℃烘干3～4h之后形成发泡原料，所得发泡原料与成核剂均匀混合，得到混合物，备用；制备改性木粉，将改性木粉与偶联剂、羧甲基纤维素钠在高速
搅拌机中处理30～40min，与前述混合物混合均匀，得混合物料，再加入发泡剂、增塑剂，混合均匀，
压制成型或
注塑成型，即得PET木塑复合材料。所得PET木塑复合材料制成的板材最终测得的各项性能指标分别为：拉伸强度30.62MPa，弯曲强度49.57MPa，弯曲模量6196MPa，冲击强度0.479J/cm。
[0039] 实施例4：
[0040] 本实施例PET木塑复合材料包含PET树脂、木粉、偶联剂、发泡剂、成核剂、增塑剂、羧甲基纤维素钠、发泡助剂、防霉剂和阻燃剂，其中木粉的重量百分比为58％，PET树脂的重量百分比为22％，发泡剂的重量百分比为8％，偶联剂的重量百分比为4％。
[0041] 通过下述方法制备成本发明的PET木塑复合材料：将PET树脂，经过122～130℃烘干3～4h之后形成发泡原料，所得发泡原料与成核剂均匀混合，得到混合物，备用；制备改性木粉，将改性木粉与偶联剂、羧甲基纤维素钠在高速搅拌机中处理30～40min，与前述混合物混合均匀，得混合物料，再加入发泡剂、发泡助剂、增塑剂，混合均匀，挤出成型，即得PET木塑复合材料。所得PET木塑复合材料制成的板材最终测得的各项性能指标分别为：拉伸强度29.53MPa，弯曲强度48.37MPa，弯曲模量5951MPa，冲击强度0.488J/cm。
[0042] 实施例5：
[0043] 请参阅图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供了一种发泡PET木塑复合材料，PET发泡过程在PET木塑复合材料挤出设备中完成，所述PET木塑复合材料挤出设备具有控制设备1、主挤出设备2、辅助挤出设备3和将主挤出设备2与辅助挤出设备3连接在一起的模具头4，所述主挤出设备2具有动力设备21、传动轴22、机筒23、加热装置24、进料斗25、支架27和平台底座28；所述动力设备21位于平台底座28上，所述机筒23内具有螺杆，所述传动轴22一端与螺杆相连而另一端与动力设备21固定连接，所述加热装置24包裹在机筒23的外周；所述动力设备21位于主挤出设备2设有传动轴22的一端，且主挤出设备2另一端依次设有混合段、熔融段、均聚段、发泡剂注入段、发泡段、混合冷却段，在主挤出设备2的混合冷却段外连接有模具头4，所述进料斗25位于主挤出设备2的混合段；
[0044] 所述辅助挤出设备3具有动力机械31、传动杆32、螺纹内杆、反应筒33、加热装置24、辅料入斗34和支架27，所述辅助挤出设备3通过支架27固定在地面上，所述动力机械31通过传动杆32与螺纹内杆相连，所述螺纹内杆外具有包裹螺纹内杆的反应筒33，所述反应筒33外具有加热装置24，所述辅料入斗34位于反应筒33上靠近动力机械31一端的上部；所述辅助挤出设备3与模具头4的侧面连接，并使经辅助挤出设备3处理的辅料汇入模具头4。
需要说明的是，通过本实施例的主
挤出机和辅助挤出机的配合使用能够制造出具有夹层结构的发泡PET木塑复合材料，并且可以产生多层结构，在不同层处可添加不同材料实现该复合材料的多重功效。例如，可在最内层利用回收塑料做基体，中层利用增强性能材料提高其强度
稳定性，外层加入颜料，这样既可降低成本还兼具美观性。
[0045] 其中，所述加热装置24包括上弧形加热片24A和下弧形加热片24B，所述上弧形加热片24A和下弧形加热片24B通过连接件24C与所述机筒23或所述反应筒33进行固定连接；所述加热装置24上至少具有加热插口241，并具有温度探孔242，在加热插口241处设有加热供电器243，所述加热供电器243与所述控制设备1电连接；在温度探孔242处设有温度探测器244，所述温度探测器244向所述控制设备1传输温度信号。需要说明的是，通过本实施例提供的加热装置结构可与挤出机的机筒连接紧密，加热的速度快且均匀。
[0046] 请参阅图4，本发明实施例提供的一种发泡PET木塑复合材料，与前述实施方式不同的是，所述控制设备1至少包括第一控制箱11和第二控制箱12，所述第一控制箱11控制主挤出设备2的动力设备21及主挤出设备2上加热装置24的加热温度，所述第二控制箱12控制辅助挤出设备3的动力机械31及辅助挤出设备3上加热装置24的加热温度；所述第一控制箱11和第二控制箱12的外壁侧面上均具有传输口111和航空插头112，在所述第一控制箱11和第二控制箱12的外面均具有温度显示器、温度控制按钮、电源显示器、电源控制开关和动力设备的控制开关，所述温度显示器和温度控制按钮与航空插头一一对应。需要说明的是，通过本实施例提供的控制设备可避免电线的外漏，实现整洁好操控的作用。另外通过设置一些显示器和控制按钮能够准确地控
制动力设备及加热装置的运行及加热状况。
[0047] 实施例6：
[0048] 请参阅图1、图2、图3、图5和图6，本发明实施例提供的另一种发泡PET木塑复合材料。所述的平台底座28呈阶梯状，所述动力设备21通过螺丝或焊接方式固定在该阶梯状平台底座28较高的位置，在该阶梯状平台底座28较低的位置通过支架27固定主挤出设备2的其他部位；所述的动力设备21为电机或液压马达。需要说明的是，利用这种结构的平台底座可稳定地固定主挤出机增强其安全性。
[0049] 实施例7：
[0050] 请参阅图4、图6、图7和图8，本发明实施例提供的另一种发泡PET木塑复合材料，所述模具头4具有主输入端4a、辅输入口4b和输出端4c，所述主输入端4a与主挤出设备2的混合冷却段相连；所述模具头4的主输入端4a具有接口凸台41，所述接口凸台41包括环形基体411和环形凸部412，所述环形基体411与环形凸部412一体连接，所述环形基体411连接机筒
23，所述环形凸部412连接锥形结构42，所述锥形结构42内部中空的设有PET通道421且外部设有流槽422和收缩面423，所述锥形结构42外套设有能够紧密结合的模头壳体43，所述模头壳体43的内部中空且向输出端4c方向具有倾斜变小的内壁431，所述流槽422与所述模头壳体43之间至少部分位置不相互接触，所述收缩面423与所述模头壳体43之间不相互接触，所述流槽422、收缩面423和所述模头壳体43的内壁431之间形成WPC通道424；所述WPC通道
424在所述PET通道421外侧的至少部分位置形成包覆；所述模头壳体43上具有所述辅输入口4b，所述辅输入口4b与所述流槽422连通形成辅料通道432。需要说明的是，本实施例提供的模具头结构独特，利用该模具头可简单快捷地将主挤出机和辅助挤出机连接在一起。通道424即为一个辅助挤出机的流道，挤出的物质先通过PET通道421，然后再经过通道424，从通道424里出来的物质即可将通过PET通道421出来的物质包覆在内实现两层结构。
[0051] 其中，所述锥形结构42包括嵌套的多个形体，且至少包括第一锥形体42a和第二锥形体42b；所述第二锥形体42b上具有第二流槽425和第二收缩面426，所述第二流槽425与所述第一锥形体42a之间至少部分位置不相互接触，所述第二收缩面426与所述第一锥形体42a之间不相互接触，所述第二流槽425、第二收缩面426和所述第一锥形体42a的内壁之间形成第二WPC通道427；所述辅助挤出设备3至少为两个；所述模头壳体43上的辅输入口4b至少为两个，且至少一个所述辅输入口4b与所述第一锥体42a及第二流槽425连通，形成第二辅料通道433。需要说明的是，通过本实施例的第二流槽425和第二WPC通道427即可将另一个辅助挤出机连接在整个流道上，实现复合材料的层层包覆。
[0052] 请参阅图4，本发明实施例提供了一种发泡PET木塑复合材料。所述PET木塑复合材料挤出设备与实施例5和实施例6中任一具体实施方式不同的是，所述所述模头壳体43上靠近所述输出端4c的一侧具有模口体45，所述模口体45与所述模头壳体43紧密结合，且与所述锥形结构42之间具有包覆通道451；所述PET通道421内具有中空的纺锤形模舌体46，所述纺锤形模舌体46一部分外侧壁与所述锥形结构42内壁紧密相连；所述模口体45内还嵌设有模唇体47，所述模唇体47与所述纺锤形模舌体46和模口体45之间具有包覆层通道48；所述模具头4的输出端4c处设有中空的槽形结构49，所述中空的槽形结构49与所述模口体45相连并对所述模唇体47的位置进行限定；所述模舌体46和所述模唇体47均可根据需要进行更换。需要说明的是，本实施例提供的结构实现的是将主挤出机和辅助挤出机出来的物质汇入成一个整体并进行冷却成型的过程。
[0053] 请参阅图8，本发明实施例提供了一种发泡PET木塑复合材料。所述PET木塑复合材料挤出设备，与实施例5和实施例6中任一具体实施方式不同的是，中空的所述第一锥形体42a与所述模头壳体43相连，在所述第一锥形体42a的端部具有圆环形凸起428，所述圆环形凸起428与所述环形凸部412连接；第一锥形体42a斜面的中部位置与所述模头壳体43的斜面之间具有孔道c；与所述第一锥形体42a相连的是中空的第二锥形体42b，所述第二锥形体
42b的斜面较第一锥形体42a的平缓，在所述第二锥形体42b的端部具有圆环形凹陷，在所述第二锥形体42b斜面的中上部位置与所述第一锥形体42a的斜面之间具有孔道d；在所述第二锥形体42b的内部具有所述纺锤形模舌体46；所述第二锥形体42b靠近输出端4c的内壁具有渐宽的斜面，所述纺锤形模舌体46具有长边端和短边端，所述渐宽的斜面与所述纺锤形模舌体46的长边端紧密接触。需要说明的是，孔道c和孔道d即为辅助挤出机的流道。
[0054] 实施例8：
[0055] 请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发明实施例提供了一种发泡PET木塑复合材料。与实施例5至实施例7中任一具体实施方式不同的是，所述中空的槽形结构49的内部通孔为矩形、圆形或圆
角矩形。需要说明的是，通过本实施例可实现挤出成型的复合材料外观呈现不同的形状，增加美观性。
[0056] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
