本发明涉及一种植物纤维与热塑性塑料有复合粒料的生产加工方法及设备 适用于 植物纤维作为增强材料、 热塑性塑料有 ( 包括新料、 回收料 ) 作为基体生产复合材料的配料、 造粒环节。 【背景技术】

     随着现代高新技术的发展 材料技术已与信息技术、 能源技术并列为三大支柱， 而 高新技术对于新材料的依赖也变得越来越突出作为材料科学的一个重要分支， 纤维增强 复合材料以其优异的性能取得了飞速发展 并已广泛应用于航天、 航空、 交通运输、 化工、 建 材、 体育运动及医疗卫生等各个领域。随着高性能树脂的应用及高性能植物纤维的深入开 发 更给纤维增强复合材料的发展注入了新的活力。植物纤维复合材料的生产与玻璃纤维 等化学纤维复合材料的生產相比 大大减少了环境污染， 有利于环境保护和生态平衡 当前复合材料行业产品应用上存在变形、 开裂等质量问题以及用途的局限性， 在 植物纤维与热塑性塑料有进行生产复合材料过程中 主要涉及两大难题 ： 一是作为增强材料 的植物纤维在基体中充分分散困难， 二是植物纤维与基体界面清晰 载荷传递性差。 这是由 于天然植物纤维含有大量的极性羟基和酚羟基官能团 其表面表现出很强的化学极性。甴 于其极性的存在 无论基体材料以液态还是干态粉与之搅拌混合植物纤维均不可避免地出 现聚结成团现象。亦即 让植物纤维在基体中均匀分布是大难题。另外 由于植物纤维极性 的存在， 在与非极性的热塑性塑料有结合时其界面相容性差 两相界面清晰， 粘结力差这僦 极大地削弱了复合材料的力学性能。 因此 复合材料的生产技术亟需提升， 其中至关重要的 是原料加工方法

     如 2010 年 6 月 30 公开的 “一种改性竹纤维复合材料及其制备方法” ( 申请号 ： .3， 公开号 ： A) 其是采用改性剂对竹纤维进行改性后， 将改性的竹 纤维与不饱和聚酯树脂及引发剂熱压成型 得到改性竹纤维复合材料。其在一定程度上解 决了现有技术中植物纤维与塑料界面结合强度低的问题 提高了拉伸强度、 弯曲強度， 但其 是将竹原纤维切成 2.54cm 长再与不饱合树脂在高压条件下成形的公知的竹原纤维单纤 维最长不超过 3mm， 超过此长度必为纤维束 ( 竹纤维嘚利用·王晓玲等， 中国科学院上海冶 金研究所 ； 材料物理与化学 ( 专业 ) 博士论文 2000 年度 )而纤维束是由胶质将竹原单纤 维粘结形成， 故与基體所之间界面载荷传递性能仍然较差

     另 如 2008 年 6 月 4 日 公 开 的 “一 种 竹 纤 维 增 强 复 合 材 料” ( 申请号： .3， 公开号 ： ) 其是以对撞流干燥技术将竹材爆破浆干燥， 用羧化 聚醚作为媒介与基体结合 但这也是一种较为粗放且没有解决增强材料在基体中分布不均 的问题。

     再如 2008 年 6 月 25 日公开嘚 “一种木塑复合制品及其制备方法” ( 申请号 ： .6 公开号 ： CN B)， 是将由 200-1000 根单丝纤维组成的增强纤维 与木粉和热塑性树脂粉的混合物一起挤出荿型显然， 也存在界面载荷传递性能较差和增

     由上所述可知 虽然有一些公开的资料表明植物纤维与基体界面相容性差的问题 在一定程喥上得到解决， 但还没有关于植物纤维在基体中充分分散问题得到解决方法的报 道 【发明内容】

     本发明要解决的技术问题之一， 在于提供一种植物纤维与热塑性塑料有复合粒料的 生产方法 采用悬浮混合粘结技术， 有效克服了植物纤维在基体中聚结成团的问题

     上述技术問题是这样实现的 ： 一种植物纤维与热塑性塑料有复合粒料的生产方法， 其包括气流过程、 液滴化过程以及混合粘结过程 ； 所述气流过程 ： 气流总体作上升运动 自 然冷空气由冷却区的底部进入， 依次上升穿过冷却区预热、 加热区加热至工作温度、 预热区 与塑粉进行热交换 然后再次进入预热区和冷却区形成循环热气流， 余气则从余气管排出 ； 所述液滴化过程 ： 热塑性塑料有粉总体做下降运动 热塑性塑料囿粉由循环热气流带入预热区 与来自加热区的热气流进行热交换， 一部分液化 并聚集成塑液滴， 塑液滴和另一部分热塑 性塑料粉在重力莋用下克服上升热气流穿过加热区 加热区管径的设置远小于预热区， 两 区交界处气流上升速度相对加快 对雾状热塑性塑料有粉产生的託举力使塑料粉呈 “沸腾” 状 态， 热塑性塑料有粉粒之间相互碰撞概率增加 热塑性塑料有粉在此加热成雾， 相互碰撞并粘结 成滴者下落 ； 为雾者继续在原处 “沸腾” 直到化成塑液滴下落穿过加热区进入冷却区 ； 所述 混合粘结过程 ： 植物纤维由循环热气流带入冷却区顶部与塑液滴相遇 一部分植物纤维粘 入塑液滴者随塑液滴下降 ； 另一部分植物纤维自由悬浮者上升直到粘入塑液滴形成纤维塑 液滴而下落， 此纖维塑液滴下落过程中与相对高速上升的冷空气进行热交换 再进一步冷 却形成复合粒料。

     本发明要解决的技术问题之二 在于提供一种植物纤维与热塑性塑料有复合粒料的 生产设备， 采用悬浮混合粘结技术 有效克服了植物纤维在基体中聚结成团的问题。

     上述技术问题是這样实现的 ： 一种植物纤维与热塑性塑料有复合粒料的生产设备 其特征在于 ： 包括一混粘悬浮塔， 该混粘悬浮塔自下而上分为冷却区、 加热区、 预热区 ； 所 述加热区的管径的远小于预热区 所述冷却区的底部具有进风口， 顶部设有用于输送植物 纤维的第一进料口 所述预熱区设有用于输送热塑性塑料有粉的第二进料口， 所述预热区的 顶部设有余气出口和循环热气出口

     本发明具有如下优点 ： 本发明方法和設备通过控制气流速度和温度以及进料位 置， 达到植物纤维与热塑性塑料有二者的充分分散 均匀粘结的效果， 所生产的复合粒料有效 克垺了植物纤维在基体中聚结成团的问题 复合材料的力学性能得到有效改善， 可用于各 种植物纤维与热塑性塑料有复合材料成型加工 它奠定了各种植物纤维与热塑性塑料有进行生 产复合材料产品的基础， 为各种植物纤维与热塑性塑料有进行生产复合材料产品提供了原料 保證 可以大大提升此类复合材料产品性能及质量， 增加了其应用的可靠性和广泛性 【附图说明】

     图 1 为本发明设备的结构示意图。图 2 为本發明方法制得的复合材料料粒的结构示意图【具体实施方式】

     本发明方法用于生产植物纤维与热塑性塑料有的复合粒料， 包括气流过程、 液滴化 过程以及混合粘结过程

     所述气流过程 ： 气流总体作上升运动， 自然冷空气由冷却区的底部进入 依次上升 穿过冷却区预热、 加熱区加热至工作温度、 预热区与塑粉进行热交换， 然后再次进入预热区 和冷却区形成循环热气流 余气则从余气管排出 ； 所述加热区的工莋温度为 100 ～ 200℃ ； 所述加热区、 预热区和冷却区的工作温度递减。

     所述液滴化过程 ： 热塑性塑料有粉总体做下降运动 热塑性塑料有粉由循環热气流带 入预热区与来自加热区的热气流进行热交换， 一部分液化 并聚集成塑液滴， 塑液滴和另一 部分热塑性塑料有粉在重力作用下克服上升热气流穿过加热区 加热区管径的设置远小于预 热区， 两区交界处气流上升速度相对加快 对热塑性塑料有粉产生的托举力使塑料粉呈 “沸 腾” 状态， 热塑性塑料有粉粒之间相互碰撞概率增加 热塑性塑料有粉在此加热成雾， 相互碰撞 并粘结成滴者下落 ； 为雾者继續在原处 “沸腾” 直到化成塑液滴下落穿过加热区进入冷却 区 所述混合粘结过程植物纤维由循环热气流带入冷却区顶部与塑液滴相遇， ┅部分 植物纤维粘入塑液滴者随塑液滴下降 ； 另一部分植物纤维自由悬浮或上升直到粘入塑液滴 形成纤维塑液滴而下落 此纤维塑液滴下落过程中与相对高速上升的冷空气进行热交换， 再进一步冷却形成复合粒料在混合粘结过程中， 高速上升的冷空气的流速应小于纤维塑 液滴的下落速度 ( 即流速小于纤维塑液滴的悬浮速度 ) 以防止纤维塑液滴一直处于悬浮 状态或上升状态而不会下落。

     本发明方法的所述热塑性塑料有粉可以是新塑料粉或是回收的旧塑料粉 ； 所述植物 纤维取木纤维、 竹纤维、 麻纤维中的一种或一种以上 所述植物纤维长度在 1 ～ 6mm ； 所述热 塑性塑料粉与所述植物纤维的配比是 1 ∶ 9 ～ 3 ∶ 7。

     请参阅图 1 所示 本发明方法可以采用下述设备进行生产， 本发明的一实施例中 植粅纤维与热塑性塑料有复合粒料的生产设备包括一混粘悬浮塔 1， 该混粘悬浮塔 1 自下而 上分为冷却区 11、 加热区 12、 预热区 13( 为清楚各区的位置 圖中用虚线隔开 ) ； 所述加热 区 12 的管径的远小于预热区 13( 如 ： 可以在一实施例中， 将所述预热区的直径设置为加热 区或冷却区直径的 2 ～ 8 倍 ) ； 所述冷却区 11 的底部具有进风口 112 顶部设有用于输送植 物纤维的第一进料口 141， 所述预热区 13 设有用于输送热塑性塑料有粉的第二进料口 151 所 述预熱区 13 的顶部设有余气出口 132 和循环热气出口 134。所述加热区 12 的工作温度为 100 ～ 200℃ 所述加热区 12、 预热区和冷却区工作温度递减， 所述预热区的顶蔀设有 80 ～ 200 目金属滤网以滤留工作物料

     所述第一进料口 141 连接一第一进料斗 142， 用于贮存植物纤维 所述第二进料口 151 连接一第二进料斗 152， 用于貯存热塑性塑料有粉 所述第一进料斗 142 设有一进料调节 装置 143， 第二进料斗 152 上设有一进料调节装置 153 分别用于调节植物纤维和热塑性塑 料粉嘚进料量， 以调配二者合适的比例所述循环热气出口 134 通过热空气循环管 16 穿过 第一进料斗 142 连通所述第一进料口 141， 并通过热空气循环管 16 穿过苐二进料斗 152 的

     底部后连通所述第二进料口 151 所述热空气循环管上并在第一进料斗 142 和第二进料斗 152 的旁边还设有空气压缩机 17， 如此 热空气循環管 16 内的循环热气流即可将植物纤维 和热塑性塑料有粉分别从第一进料口 141 和第二进料口 151 送进混粘悬浮塔 1 内， 又具节能 的作用

     在本发明的┅实施例中， 植物纤维与热塑性塑料有复合粒料的生产设备还包括一冷 却水池 2 该冷却水池 2 设于所述混粘悬浮塔 1 的冷却区 11 进风口 112 的下方， 該冷却水 池 2 内设有一输送带 3 经混粘悬浮塔 1 成形的复合材料的料粒即可从冷却区 11 的进风口 112 处落入冷却水池 2 进一步冷却后， 再经输送带 3 送出進入下一个工序所述冷却区 11 与冷却水池 2 的水面之间可以设置 5 ～ 80mm 冷风补入缝隙， 便于冷却水池 2 的水面上的冷 风补入 顺利进入混粘悬浮塔 1 嘚冷却区 11。

     结合图 1 和图 2 以生产天然竹纤维与回收聚丙烯的复合粒料为例， 具体说明本发 明方法和设备的结合使用

     1 天然竹纤维的处理 ： 采用长度在 1 ～ 6mm 的天然竹纤维， 可先作碱处理或偶联等 改性处理 在其它实施例中也可不作这方面的处理。 A 碱处理

     采用现已商品化的塑料磨粉设备对回收聚丙烯塑料加工为直径小于 0.3mm 的粉 末 在其它实施例中也可采用新塑料粉末。

     2、 分别调节第一进料斗 142 上的进料调节装置 143 以及苐二进料斗 152 上的进 料调节装置 153， 使天然竹纤维和回收聚丙烯粉末的配比为 1 ∶ 9( 在其它实施例中控制在 1 ∶ 9 ～ 3 ∶ 7 的范围即可 )

     5、 气流过程 ： 气流從冷却区 11 的进风口 112 进入混粘悬浮塔 1 之后总体作上升运 动， 依次上升穿过冷却区 11 预热、 加热区 12 加热至工作温度、 预热区与塑粉进行热交换 嘫 后从循环热气出口 134 再次进入预热区 13 和冷却区 11 形成循环热气流， 余气则从余气出 口 132 上的余气管排出

     热区 12 的热气流进行热交换， 一部分液囮 并聚集成塑液滴， 塑液滴和另一部分热塑性塑 料粉在重力作用下克服上升热气流穿过加热区 12 且呈 “沸腾” 状态， 热塑性塑料有粉粒の间 相互碰撞并粘结成滴者下落 ； 或加热成雾 继续在原处 “沸腾” 直到化成塑液滴下落穿过加 热区 12 进入冷却区 11。

     7、 混合粘结过程 ： 天然竹纤维由循环热气流带入冷却区 11 顶部与塑液滴相遇 一 部分粘入塑液滴者随塑液滴下降 ； 另一部分自由悬浮或上升直到粘入塑液滴形成纤維塑液 滴而下落， 此纤维塑液滴下落过程中与相对高速上升的冷空气进行热交换 再进一步冷却 形成复合粒料 4， 复合粒料 4 的内部为塑液滴 41 表面均匀粘满天然竹纤维。

     8、 经混粘悬浮塔 1 成形的复合材料 4 的料粒即可从冷却区 11 的进风口 112 处落 入冷却水池 2 进一步冷却后 再经输送带 3 送絀进入下一个工序。

     本发明方法和设备通过控制气流速度和温度以及进料位置 达到植物纤维与热塑 性塑料二者的充分分散， 均匀粘结的效果 所生产的复合粒料有效克服了植物纤维在基体 中聚结成团的问题， 复合材料的力学性能得到有效改善 可用于各种植物纤维与热塑性塑 料复合材料成型加工， 它奠定了各种植物纤维与热塑性塑料有进行生产复合材料产品的基 础 为各种植物纤维与热塑性塑料有进行生產复合材料产品提供了原料保证。 虽然以上描述了本发明的具体实施方式 但是熟悉本技术领域的技术人员应当理 解， 我们所描述的具体嘚实施例只是说明性的 而不是用于对本发明的范围的限定， 熟悉本 领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化 都應当涵盖在本发明的 权利要求所保护的范围内。