本发明涉及木塑合成领域，具体来讲，涉及一种新型木塑材料及其制备方法。
背景技术：
木塑，即木塑复合材料(wood-plasticcomposites,wpc)是作为合成高分子材料的塑料与作为天然高分子材料的植物纤维经过混合与加热成型而成的复合材料。
目前，木塑复合材料的资源有效利用与环保的重要意义已被大家认可。尽管木塑复合材料在多个领域有广泛的应用潜力，但由于木塑组成成分本身的性能存在不稳定性，对于木塑原料的状态、组分配比、制备工艺参数等必须进行合理的控制以使木塑的性能满足使用要求。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种易塑性好、防水、防火的新型木塑材料。
本发明的一方面提供了一种新型木塑材料，可以包括如下重量份的原料：聚氯乙烯65份～87份、轻钙52.5份～74.5份、砂光粉15份～37份、发泡剂0.55份～0.77份、调节剂6.5份～8.7份、稳定剂2.8份～5.0份、硬脂酸0.5份～0.72份、聚乙烯蜡0.45份～0.67份。
本发明的另一方面提供了一种新型木塑材料制备方法，可以包括以下步骤：
将轻钙、砂光粉在高速搅拌下混匀至95℃～106℃，然后在低速搅拌下混匀至113℃～124℃，加入聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，混匀至125℃～138℃，冷却至40℃～50℃，得到混匀料；
将混匀料挤出成型，得到新型木塑材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包含以下中的至少一项：
(1)本发明的新型木塑材料易塑性好，木质感强，表面光滑细腻，具有防水、防火功能，好的力学性能，安全环保；
(2)本发明的制备方法流程简单，工艺要求适应性强，制备时间短，具有不使用引发剂的优点。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的新型木塑材料及其制备方法。
本发明的一方面提供了一种新型木塑材料，在本发明的新型木塑材料的一个示例性实施例中，新型木塑材料可以包括如下重量份的原料：
聚氯乙烯65份～87份、轻钙52.5份～74.5份、砂光粉15份～37份、发泡剂0.55份～0.77份、调节剂6.5份～8.7份、稳定剂2.8份～5.0份、硬脂酸0.5份～0.72份、聚乙烯蜡0.45份～0.67份。
以上，本发明的新型木塑材料是以聚氯乙烯(pvc)为基体，与砂光粉混合成型而成的复合材料。新型木塑材料设置65份～87份的聚氯乙烯能够使木塑材料具有较好的弹性模量，能够使木塑材料的弹性模量大于3000mpa。设置15份～37份的砂光粉与65份～87份的聚氯乙烯相互配合，能够使木塑材料具有较好的抗压、抗弯曲的物理机械性能，能够使木塑材料的弯曲强度达到30mp以上，弯曲模量可以达到3000mpa以上，拉伸强度可以达到26.5mpa以上。轻钙能够起到填充和阻燃的作用，一方面能够增加木塑材料的体积，降低生成成本，另一方面能够使木塑材料具备良好的阻燃性能。
硬脂酸和聚乙烯蜡(pe蜡)的作用是润滑。调节剂用于在发泡剂进行发泡以后使所起的气泡不破裂，是一种气泡调节剂。发泡剂、调节剂和稳定剂可以为木塑材料制备用常用试剂。
以上，本发明的新型木塑材料可以由上述按重量份计的原料组成，也还可以包含其他一些添加剂，例如，为了进一步增强聚氯乙烯与砂光粉的相容性，可以加入预定量的偶联剂。
进一步地，新型木塑材料可以包括如下重量份的原料：聚氯乙烯70份～81份、轻钙57.5份～71.2份、砂光粉20份～31份、发泡剂0.61份～0.71份、调节剂7.1份～8.3份、稳定剂3.1份～4.6份、硬脂酸0.56份～0.68份、聚乙烯蜡0.51份～0.64份。设置上述组分比例的木塑材料，能够使木塑材料的力学性能得到进一步的提升，弯曲强度可以达到35.2mpa以上，弯曲模量可以达到3150mpa以上，拉伸强度可以达到30.0mpa以上。更进一步地，新型木塑材料可以包括如下重量份的原料：聚氯乙烯73份、轻钙60份、砂光粉21份、发泡剂0.61份、调节剂7.4份、稳定剂3.2份、硬脂酸0.67份、聚乙烯蜡0.63份。采用该组分配比的新型木塑材料，能够使木塑材料的弯曲强度平均可以达到37.0mpa，弯曲模量平均可以达到3450.0mpa，拉伸强度平均可以达到33.0mpa。
进一步地，聚氯乙烯可以为sg-8型。聚氯乙烯的平均聚合度在650～750之间。
进一步地，砂光粉的含量多少对木塑的性能有显著的影响，因此砂光粉的含量需与其他组分相互配合设置。随着砂光粉含量的增加，木塑弯曲强度先增加后降低。按重量份计，当砂光粉的质量份小于15份时，木塑的弯曲强度很小，甚至低于25mpa。随着砂光粉质量份的加大，木塑的弯曲强度逐渐提高，但当砂光粉增加到一定的程度后，聚氯乙烯就不能有效的包裹纤维，造成界面的黏结强度下降，缺显较多，从而导致木塑的弯曲强度降低，因此将砂光粉的重量份控制在37份以下。
砂光粉由木粉和竹粉构成。木粉和竹粉为木材加工的下脚料，例如，是木门制作过程中的下脚料。由于使用木门制作过程中的下脚料能够进一步合理利用资源，达到回收再利用的目的。木粉与竹粉的比例可以是按质量比为1:0.8～1.2。竹粉加入量的多少会影响木塑材料的弯曲模量和拉升强度等力学性能。竹粉的使用量太少，木塑的弯曲模量小；随着竹粉含量的增加，弯曲强度先增加后降低。木粉的含量对木塑的弯曲模量以及弯曲强度有影响，根据实验表面，随着木粉含量的增加，弯曲模量逐渐增加，弯曲强度先增加后降低。因此，为了使木塑具有较好的力学性能，木塑中木粉与竹粉的质量比控制在1:0.8～1.2。优选地，木粉与竹粉的质量比在1:1，此时的质量比能够确保木塑材料在具备较高弯曲模量的同时还具有较高的拉升强度。
进一步地，新型木塑材料的密度在0.6g/cm3～1.1g/cm3。
本发明的另一方面提供了一种新型木塑材料制备方法，在本发明的新型木塑材料制备方法的一个示例性实施例中，制备方法可以包括：
步骤1，将轻钙、砂光粉在高速搅拌下混匀至95℃～106℃，然后在低速搅拌下混匀至113℃～124℃，加入聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，搅拌混匀至125℃～138℃，冷却，得到混匀料。冷却的温度可以为40℃～50℃。
步骤2，将混匀料挤出成型，得到新型木塑材料。
进一步地，由于砂光粉中含有一定量的水分，如果砂光粉中含有的水分较多，在聚氯乙烯的加工过程中水会预热汽化，极易在木塑材料的内部形成气孔或致使木塑材料的表面粗糙，在木塑的制备过程中必须进行除水处理。但是除水过程中的温度不宜太高，太高可能会造成砂光粉“发烟”，甚至发生砂光粉“燃烧”，并且在高温下，砂光粉中的纤维素很容易发生热降解，聚合度的剧烈下降可能造成纤维素不再具有纤维特征，影响木塑材料的力学性能。基于上述影响，本发明首先在1300r/min～1550r/min的高速旋转搅拌下对砂光粉进行快速加热(旋转过程中会产生热量)以迅速初步地去除砂光粉中的水分，并且在高速搅拌的同时必须控制产生的温度高低，将高速搅拌下的温度控制在95℃～106℃，能够确保在适宜的温度下去除大部分水分，并同时保证砂光粉具有纤维特性。
在高速旋转转速与产生的温度相互配合下，达到95℃～106℃对砂光粉进行初步除水后，然后保持在高速旋转温度5min以下或可以迅速将转速降低，在转速为500r/min～700r/min的条件下搅拌升温至113℃～124℃后进一步的除水。同样地，不能使搅拌产生的温度过高以影响砂光粉的纤维特性。但是温度太低会影响砂光粉的除水效率，因此，在低搅拌速度下将温度控制在113℃～124℃。优选地，将轻钙、砂光粉在1400r/min高速搅拌下混匀至105℃，然后在650r/min低速搅拌下混匀至118℃，在该条件下即能够保证不改变砂光粉的性能也能确保除水效率与除水效果，并不改变砂光粉的性能。
进一步地，加入聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡后可以在持续的低速搅拌下将温度升高至125℃～138℃，搅拌均匀后冷却至40℃～50℃，得到混匀料。
进一步地，对混匀料挤出成型可以在螺杆挤出机中进行，可以为单螺杆挤出机或者双螺杆挤出机。
进一步地，在混料挤出成型过程中，挤出温度可以为180℃～190℃，模头温度可以为190℃～200℃。例如，挤出温度可以为182℃，模头温度可以为195℃。
进一步地，在使用螺旋挤出机挤出成型过程中，合流芯温度可以为140℃～160℃，机筒电流可以为20a～22a，冷却水的温度可以低于10℃。例如，合流芯温度可以为148℃，机筒电流可以为20.8a，冷却水的温度可以为8℃。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
本示例中的新型木塑材料的原料构成如下：
聚氯乙烯65kg、轻钙53kg、砂光粉16kg(木粉8kg与竹粉8kg)、发泡剂msv-2060.62kg、hl-100发泡调节剂7.2kg、ch401钙锌稳定剂3.2kg、硬脂酸0.60kg、聚乙烯蜡0.52kg。
本示例中的新型木塑材料的制备包括：
步骤1，将上述重量的轻钙、砂光粉在1300r/min高速搅拌下混匀并升温至95℃，然后在500r/min低速搅拌下混匀并升温至113℃，加入上述重量的聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，混匀并升温至125℃，搅拌均匀后冷却至40℃，得到混匀料；
步骤2，在双螺杆挤出机中，控制挤出温度为180℃，模头温度为190℃，合流芯温度为142℃，机筒电流为20.2a，冷却水的温度为7℃，挤出成型得到新型木塑材料。对新型木塑材料进行性能检测，弯曲强度为33.5mpa，弯曲模量为3050mpa以上，拉伸强度可为26.8mpa。
示例2
本示例中的新型木塑材料的原料构成如下：
聚氯乙烯65kg、轻钙53kg、砂光粉16kg(木粉8.9kg与竹粉7.1kg)、发泡剂msv-2060.62kg、hl-100发泡调节剂7.2kg、ch401钙锌稳定剂3.2kg、硬脂酸0.60kg、聚乙烯蜡0.52kg。
本示例中的新型木塑材料的制备包括：
步骤1，将上述重量的轻钙、砂光粉在1300r/min高速搅拌下混匀并升温至95℃，然后在500r/min低速搅拌下混匀并升温至113℃，加入上述重量的聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，混匀并升温至125℃，搅拌均匀后冷却至40℃，得到混匀料；
步骤2，在双螺杆挤出机中，控制挤出温度为180℃，模头温度为190℃，合流芯温度为142℃，机筒电流为20.2a，冷却水的温度为7℃，挤出成型得到新型木塑材料。对新型木塑材料进行性能检测，弯曲强度为30.2mpa，弯曲模量为3070mpa以上，拉伸强度可为26.7mpa。
示例3
本示例中的新型木塑材料的原料构成如下：
聚氯乙烯65kg、轻钙53kg、砂光粉16kg(木粉7.3kg与竹粉8.7kg)、发泡剂msv-2060.62kg、hl-100发泡调节剂7.2kg、ch401钙锌稳定剂3.2kg、硬脂酸0.60kg、聚乙烯蜡0.52kg。
本示例中的新型木塑材料的制备包括：
步骤1，将上述重量的轻钙、砂光粉在1300r/min高速搅拌下混匀并升温至95℃，然后在500r/min低速搅拌下混匀并升温至113℃，加入上述重量的聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，混匀并升温至125℃，搅拌均匀后冷却至40℃，得到混匀料；
步骤2，在双螺杆挤出机中，控制挤出温度为180℃，模头温度为190℃，合流芯温度为142℃，机筒电流为20.2a，冷却水的温度为7℃，挤出成型得到新型木塑材料。对新型木塑材料进行性能检测，弯曲强度为31.4mpa，弯曲模量为3089mpa以上，拉伸强度可为27.1mpa。
对比例1
本示例中的木塑材料的原料构成如下：
聚氯乙烯65kg、轻钙53kg、砂光粉12kg(木粉6kg与竹粉6kg)、发泡剂msv-2060.62kg、hl-100发泡调节剂7.2kg、ch401钙锌稳定剂3.2kg、硬脂酸0.60kg、聚乙烯蜡0.52kg。
本示例中的木塑材料的制备包括：
步骤1，将上述重量的轻钙、砂光粉在1300r/min高速搅拌下混匀并升温至95℃，然后在500r/min低速搅拌下混匀并升温至113℃，加入上述重量的聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，混匀并升温至125℃，搅拌均匀后冷却至40℃，得到混匀料；
步骤2，在双螺杆挤出机中，控制挤出温度为180℃，模头温度为190℃，合流芯温度为142℃，机筒电流为20.2a，冷却水的温度为7℃，挤出成型得到新型木塑材料。对新型木塑材料进行性能检测，弯曲强度为26.5mpa。
对比例2
本示例中的木塑材料的原料构成如下：
聚氯乙烯65kg、轻钙53kg、砂光粉40kg(木粉20kg与竹粉20kg)、发泡剂msv-2060.62kg、hl-100发泡调节剂7.2kg、ch401钙锌稳定剂3.2kg、硬脂酸0.60kg、聚乙烯蜡0.52kg。
本示例中的木塑材料的制备包括：
步骤1，将上述重量的轻钙、砂光粉在1300r/min高速搅拌下混匀并升温至95℃，然后在500r/min低速搅拌下混匀并升温至113℃，加入上述重量的聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，混匀并升温至125℃，搅拌均匀后冷却至40℃，得到混匀料；
步骤2，在双螺杆挤出机中，控制挤出温度为180℃，模头温度为190℃，合流芯温度为142℃，机筒电流为20.2a，冷却水的温度为7℃，挤出成型得到新型木塑材料。对新型木塑材料进行性能检测，弯曲强度为23.8mpa。
表1示例1～3以及对比例的组成条件与弯曲强度对比
从表1可以看出，示例1～示例3的砂光粉所占的重量份比一样，但是砂光粉的组成比例不一样，在木粉与竹粉的质量比为1:1时，弯曲强度最高，此时为木粉与竹粉的最优比。对比示例1与对比例1和对比例2，砂光粉的重量份不一样，当木塑中所含砂光粉太多和太少均会影响木塑的弯曲强度。
示例4
本示例中的新型木塑材料的原料构成如下：
聚氯乙烯72kg、轻钙58kg、砂光粉25kg(木粉12kg与竹粉13kg)、发泡剂msv-2060.65kg、hl-100发泡调节剂7.2kg、ch401钙锌稳定剂3.2kg、硬脂酸0.63kg、聚乙烯蜡0.53kg。
本示例中的新型木塑材料的制备包括：
步骤1，将上述重量的轻钙、砂光粉在1500r/min高速搅拌下混匀并升温至104℃，然后在680r/min低速搅拌下混匀并升温至121℃，加入上述重量的聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，混匀并升温至126℃，搅拌均匀后冷却至45℃，得到混匀料；
步骤2，在双螺杆挤出机中，控制挤出温度为190℃，模头温度为198℃，合流芯温度为157℃，机筒电流为21.8a，冷却水的温度为5℃，挤出成型得到新型木塑材料。对新型木塑材料进行性能检测，弯曲强度为36.3mpa，弯曲模量为3205mpa以上，拉伸强度可为30.5mpa。
示例5
本示例中的新型木塑材料的原料构成如下：
聚氯乙烯79kg、轻钙70kg、砂光粉30kg(木粉15kg与竹粉15kg)、发泡剂msv-2060.70kg、hl-100发泡调节剂8.2kg、ch401钙锌稳定剂4.4kg、硬脂酸0.65kg、聚乙烯蜡0.60kg。
本示例中的新型木塑材料的制备包括：
步骤1，将上述重量的轻钙、砂光粉在1400r/min高速搅拌下混匀并升温至104℃，然后在580r/min低速搅拌下混匀并升温至121℃，加入上述重量的聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，混匀并升温至126℃，搅拌均匀后冷却至50℃，得到混匀料；
步骤2，在双螺杆挤出机中，控制挤出温度为185℃，模头温度为193℃，合流芯温度为148℃，机筒电流为21.0a，冷却水的温度为5℃，挤出成型得到新型木塑材料。对新型木塑材料进行性能检测，弯曲强度为36.2mpa，弯曲模量为3230mpa以上，拉伸强度可为31.2mpa。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
1.一种新型木塑材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：
聚氯乙烯65份~87份、轻钙52.5份~74.5份、砂光粉15份~37份、发泡剂0.55份~0.77份、调节剂6.5份~8.7份、稳定剂2.8份~5.0份、硬脂酸0.5份~0.72份、聚乙烯蜡0.45份~0.67份。
2.根据权利要求1所述的新型木塑材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：
聚氯乙烯70份~81份、轻钙57.5份~71.2份、砂光粉20份~31份、发泡剂0.61份~0.71份、调节剂7.1份~8.3份、稳定剂3.1份~4.6份、硬脂酸0.56份~0.68份、聚乙烯蜡0.51份~0.64份。
3.根据权利要求1或2所述的新型木塑材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：
聚氯乙烯73份、轻钙60份、砂光粉21份、发泡剂0.61、调节剂7.4份、稳定剂3.2份、硬脂酸0.67份、聚乙烯蜡0.63份。
4.根据权利要求1或2所述的新型木塑材料，其特征在于，聚氯乙烯为平均聚合度在650~750的聚氯乙烯。
5.根据权利要求1或2所述的新型木塑材料，其特征在于，砂光粉由重量比为1:0.8~1.2的木粉和竹粉组成。
6.根据权利要求1或2所述的新型木塑材料，其特征在于，木塑材料的密度为0.6g/cm3~1.1g/cm3。
7.一种如权利要求1至6中任意一项所述新型木塑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将轻钙、砂光粉在高速搅拌下混匀至95℃~106℃，然后在低速搅拌下混匀至113℃~124℃，加入聚氯乙烯、发泡剂、调节剂、稳定剂、硬脂酸和聚乙烯蜡，搅拌混匀至125℃~138℃，冷却，得到混匀料；
将混匀料挤出成型，得到新型木塑材料。
8.根据权利要求7所述的新型木塑材料制备方法，其特征在于，高速搅拌的转速为1300r/min~1550r/min，低速搅拌的转速为500r/min~700r/min。
9.根据权利要求7或8所述的新型木塑材料制备方法，其特征在于，将混匀料挤出成型包括将混匀料加入挤出机中，控制挤出温度为180℃~190℃，模头温度为190℃~200℃。
10.根据权利要求9所述的新型木塑材料制备方法，其特征在于，将混匀料挤出成型还包括控制合流芯温度为140℃~160℃，机筒电流为20a~22a，冷却水的温度低于10℃。
技术总结