用于制备复合材料的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于制备复合材料的方法，该复合材料包括天然纤维物质，例如木质纤维素纤维；热塑性材料以及相容剂。所述复合材料通过将上述物质相互混合(M)，以及随后通过机械加压和/或加热干燥所得混合物以从其中除去液体例如水而制备。形成具有41-99.8％的水的湿混合物，随后为了制备具有通过所述热塑性物质和所述天然纤维物质之间的化学键使得材料保持在一起的内部网状结构的复合材料，将所述湿混合物送至脱挥处理(D)中并通过压力改变、加热以及在机械混合，使得其中的液体形式的物质和其它气化挥发性物质被除去，对所述木质纤维素纤维选择性地修饰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制备根据独立权利要求的前序部分的复合材料的方法和装置。
技术介绍
除了传统的森林工业产品已开发有新种类的木质产品，可例举的这样的新产品如所提及的不同种类的木质复合物产品(woodcompositeproducts)，其中，木质材料已经与塑料基材料结合。时下，木质复合物通过利用如挤压成型或注射成型在例如建筑和家具行业中得到使用。进一步地，在森林工业的领域，利用不同种类的成网方法(webformationmethods)和装置是公知的，例如纸和纤维素网的制备和干燥。如今，如通过湿法成网以形成网也是公知的，其中，通过将原材料制成悬浮液，并形成均匀的层从网前箱(headbox)或类似的引至成网段(webformingsection)，例如线上(onawire)。这些方法也可以用于复合材料的制备。然后，混合物可以包括天然纤维、塑料粉末或纤维。然后通常通过对其进行机械加压和/或采用例如干燥滚筒(dryingtrundles)和/或所谓的扬克式缸(Yankeecylinder)加热干燥它以除去网中的水。而且，通过例如挤压法(extrusionmethod)将它们熔融混合来制备木塑混合物和天然纤维塑料混合物(wood-andnaturalfiberbasedplasticmixtures)是公知的。在这种情况下，在高温下将例如塑料、干燥的木材或天然纤维材料以及相容性改善剂混合在一起，其中，塑料为熔融状态。当干燥时，干燥的木材和天然纤维材料将形成强的氢键合并交缠(hornified)，这就是为什么这些键在“干法”中不会被打开以及纤维化(fibrillized)的原因。因此，纤维表面的反应性表面区域所剩较少，并且相容剂的效果保持较低，在进一步的处理中，产品容易再凝聚。具体地，在专利US2012/0090800中，公开了复合中间体及其制备方法和所述复合中间体的新用途。问题的解决方案是基于由天然纤维和塑料形成的网状复合中间体。在其内容中，所述复合中间体是由基本均匀的液体混合物通过湿法成网制成，该液体混合物中含有天然纤维、直径小于～1000μm的塑料颗粒以及改善天然纤维和塑料颗粒之间的相容性的试剂。根据该出版物，液体从所述湿法成网得到的湿网中除去，以将复合材料制备成例如中间体，从而便于将中间体存储在辊上，或者在所述中间体被粉碎之后，通过使用所述中间体制备终端产品。网均匀的相容性，意味着改善的天然纤维和塑料颗粒之间的相容性，从而防止在天然纤维之间过量形成氢键，以为所述复合中间体提供强的且均匀的结构。所述相容性改善剂以及小的塑料颗粒可均匀地通过湿法成网在天然纤维网的间隙中获得，于是偶联剂为活性的，并且在进一步的中间体的处理例如当在终端产品的制备中使用更高的温度中，天然纤维和塑料颗粒之间的粘附效果很好。事实上，已经发现一部分送入处理中的塑料粉末在处理过程中从网上松脱，并且散落在地板上或者进入造纸机设备中，从而造成停机。另外，还存在质量问题需要昂贵的清洗程序以及降低制造能力。然而，在实际的处理中，上述提及的湿法成网对一些组合物和条件并不合适，例如当纤维素网含有塑料或其它需要的化学物质时，该纤维素织物太脆弱以至于不能承受其自身的重量，基于此，其不能通过源自造纸机的传统的已知方法进行干燥，例如用与湿法成网的传统制造过程相关的机械的和/或加热的干燥设备。纤维素成网脆弱的原因可能为例如在混合物中的纤维素的量太小，根据纤维素的质量和研磨程度其限量例如可能为约20-40％。另一个原因也可能是使用的纤维素纤维的反应性太小，这可能是由于在例如剥离、疏水化或其他的化学改性下，纤维素纤维的OH基团被封端从而它们与纤维素成键的能力终止或者弱化。塑料纤维自身不能通过化学键形成织物，粘胶纤维或其它所谓的“人造”纤维素也有类似的情况。另外，从专利JP2002187115获知了一种方法，该方法基于再生塑料、再生纺织品和木粉并将上述提及的物质混合。在该方法中，向由之前所列成分组成的混合物中加入2-40％的水以获得多孔制品。在该文本中，将由水引起的多孔性作为优点以使得所得终端产品更轻，然而，结果导致终端产品具有差的机械性能。该文中使用再生纺织品材料的目的在于作为结构的粘合部分，因为上述的混合物并不能获得内部的化学网状结构以粘合复合材料。从专利GB896117中，得知一种方法，其采用造纸机或纸板机来在滤网(sieve)上制备网，并将要制备的网在干燥之后压紧时。该方法是基于在软化剂/溶胀剂的协助下，化学可溶性聚合物粉末被充胀，其中，聚合物的表面变得发粘。在这之后，将该发粘的聚合物和水-纤维混合物进行混合，然后通过降低混合物的pH值，该发粘的聚合物和纤维变得相互交缠。然后，从生成的混合物中形成网，然后将其进行干燥以及压延，使得溶胀剂扩散到结构中以使制成的网的粘性消散。该方法基于自身制成的网，这就是为什么这种方法使用不同种类的溶剂、软化剂或其它类似的化学物质，其在之后需要从制成的网中除去。因此，该方法并不能达到如今的技术所要求的环境友好水平。
技术实现思路
根据本专利技术的用于制备复合材料的方法和装置的目的是针对上述问题提供关键性的改进，以此大幅提升本领域的现有技术。为了实现该目的，根据本专利技术的方法和装置的主要特征在于与其相关的独立权利要求的特征部分所呈现的。通过根据本专利技术的方法和装置所获得的最大的有益效果主要包括在使用时的装置构造和运转的简便和有效性，从而本专利技术使得制备的复合物材料例如可用作所谓的中间体产品或直接从组合物的制备不能采用湿法或干混制备(其中由于成分的蓬松性该制备过程太慢不能经济高效生产)的复合材料。与干磨纤维(drygrindedfibers)的聚合物键合的能力也比与湿磨的(wetgrinded)的弱。由于本专利技术，还可以避免使用传统技术产生的问题例如使用干燥段，这是由在复合材料的制备过程中采用的聚合物的软化点引起。如果在制备中的干燥温度达到这个软化点，网中的塑料开始粘结于干燥滚筒(dryingdrum)上，并且使得该处理终止。进一步地，需要指出的是，例如使用湿法成网制备的中间体产品薄且宽，例如2mm的厚度和4m的宽度，而网的厚度通常为网的宽度的0.05-4％。在根据本专利技术湿法挤压(wetextrusion)中，制备的复合材料(相当于网)的厚度和宽度不存在差异。当利用本专利技术时，在第一阶段中制备的湿混合物为使用如碎浆机通过混合或者与其相似的技术生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备复合材料的方法，该复合材料至少包括天然纤维物质，例如木质纤维、木质的机械纤维化纤维、由天然纤维制成的纤维素纤维及其混合物和/或类似物，塑料基物质，例如直径小于～4000μm的塑料颗粒、塑料纤维和/或类似物，以及改善所述天然纤维物质和所述塑料基物质之间相容性的物质，从而所述复合材料通过将上述物质相互混合(M)，以及随后通过机械加压和/或加热干燥所得混合物以从其中除去液体例如水而制备，其特征在于，具有41‑99.8％的水的湿混合物至少由天然纤维物质、塑料基物质和相容性改善剂形成，从而为了制备具有通过所述塑料基物质和所述天然纤维物质之间的化学键使得材料保持在一起的内部网状结构的复合材料，所述湿混合物被送至脱挥处理(D)中，其中，通过[V2，P2]‑>[VAtm，PAtm]压力的强烈变化、加热以及机械混合，使得液体形式的物质和其它气化挥发性物质或至少它们的主要部分被除去，以及如果需要对所述天然纤维物质例如纤维素纤维的结构修饰。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.08 FI 201354821.一种用于制备复合材料的方法，该复合材料至少包括天然纤维物质，
例如木质纤维、木质的机械纤维化纤维、由天然纤维制成的纤维素纤维及其
混合物和/或类似物，塑料基物质，例如直径小于～4000μm的塑料颗粒、塑
料纤维和/或类似物，以及改善所述天然纤维物质和所述塑料基物质之间相容
性的物质，从而所述复合材料通过将上述物质相互混合(M)，以及随后通
过机械加压和/或加热干燥所得混合物以从其中除去液体例如水而制备，其特
征在于，具有41-99.8％的水的湿混合物至少由天然纤维物质、塑料基物质和
相容性改善剂形成，从而为了制备具有通过所述塑料基物质和所述天然纤维
物质之间的化学键使得材料保持在一起的内部网状结构的复合材料，所述湿
混合物被送至脱挥处理(D)中，其中，通过[V2，P2]->[VAtm，PAtm]压力
的强烈变化、加热以及机械混合，使得液体形式的物质和其它气化挥发性物
质或至少它们的主要部分被除去，以及如果需要对所述天然纤维物质例如纤
维素纤维的结构修饰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在脱挥处理(D)中将所
述湿混合物在比其中的塑料物质的软化温度更高的温度下进行处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述脱挥处理(D)
的一个阶段中，将所述相容性改善剂例如硅烷与水或类似物混合并送至所述
湿混合物中，其中，所述湿混合物不再含有任何液体形式的水。
4.根据前述权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，在所
述脱挥处理(D)中，将由所述湿混合物形成的预复合物送至复合过程(C)
中，，其中，将在所述脱挥处理中均匀化的所述预复合物熔融混合。
5.根据前述权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在将
所述湿混合物送至所述脱挥处理(D)之前，通过机械预干燥设备(K)例
如成网吸水箱设备、螺旋干燥器和/或类似方式对所述湿混合物进行干燥。
6.根据前述权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，将所
述湿混合物送至混合装置中例如挤压机(E)或类似物中以进行所述脱挥处
理的第一阶段(D1)，将所述湿混合物在高温和蒸汽压(P1)下进行混合，
从而使水/蒸汽、纤维物质和塑料物质形成混合物，该混合物中的塑料物质至
少部分开始熔融。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过改变螺杆的形状例
如它的螺距或相关的方式将在作为混合装置的所述挤压机(E)中的螺杆(E1)

【专利技术属性】
技术研发人员：M·尼基拉，T·图雷，
申请(专利权)人：伊莱斯托波利公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI