发明内容

本发明提供了一种多层包覆共挤型材的生产方法，通过挤出成型的方式得到了一体成型的多层包覆型材。该型材由内至外依次包括芯材、胶黏层、木塑层和共挤表层，通过多层结构的设置使型材同时具有芯材的物理强度、木塑层的仿木效果以及耐腐蚀性和共挤表层的耐磨性能。相较常规的耐磨层加工方法，本发明工艺流程也更加简单，生产效率更高。

具体地，本发明采用了以下技术方案：

一种多层包覆共挤型材，包括刚性芯和共挤包覆在所述刚性芯外周的包覆层，所述包覆层包括内包覆层和外包覆层，所述的内包覆层由聚烯烃、不饱和羧酸改性聚烯烃和植物纤维粉为主要成分的聚烯烃木塑物料制得；所述外包覆层由热塑性弹性体、热塑性工程塑料、离子聚合树脂、离子聚合树脂强化的聚烯烃塑料的其中一种制成；所述的刚性芯和所述的内包覆层之间还具有第一胶黏剂层；所述第一胶粘剂层选用的胶为不饱和羧酸改性聚烯烃热熔胶或聚氨酯热熔胶。

作为上述技术方案的优选，所述的内包覆层和外包覆层之间还具有第二胶黏剂层；所述的第二胶黏剂层选用的胶为不饱和羧酸改性聚烯烃热熔胶或聚氨酯热熔胶。

作为上述技术方案的优选，所述的刚性芯为铝合金型材，所述的第一胶黏剂层为聚氨酯热熔胶，所述的第二胶黏剂层为马来酸接枝改性聚乙烯热熔胶。

本发明的另一个目的是提供一种多层包覆共挤型材的生产方法。

一种多层包覆共挤型材的生产方法，包括以下步骤：

S1、提供一刚性芯材；

S2、将刚性芯材导入共挤模具的芯材通道中；同时，将第一胶黏剂通过第一挤出机熔融挤出进入到共挤模具的第一胶黏剂流道中，使第一胶黏剂涂覆在所述刚性芯材的四周，形成覆胶芯材；接着将聚烯烃木塑物料通过第二挤出机熔融塑化后挤出进入到共挤模具的中间层流道中，使聚烯烃木塑物料包覆所述的覆胶芯材，形成中间层，得到第一包覆芯材；接着将第二胶黏剂通过第三挤出机熔融挤出进入到共挤模具的第二胶黏剂流道中，使第二胶黏剂涂覆在所述第一包覆芯材的四周，形成第二覆胶芯材；接着将表层物料通过第四挤出机熔融塑化后挤出进入到共挤模具的表层流道中，使表层物料包覆所述的第二覆胶芯材，形成共挤表层，得到第二包覆芯材；

S3、第二包覆芯材从共挤模具的模口导出后，经过自然冷却或者水冷却形成一种多层包覆共挤型材；

所述的第一胶黏层和第二胶黏剂层均由不饱和羧酸改性聚烯烃热熔胶或聚氨酯热熔胶构成；

所述的表层物料选自热塑性工程塑料、热塑性弹性体、离子聚合树脂或离子聚合树脂强化的聚烯烃塑料中的一种。

需要说明的是，刚性芯材在导入至共挤模具之前通常需要预热，以避免热熔体挤出至温度较低的芯材表面时发生骤冷而影响两者的贴合。的预热通常是匀速通过隧道式烘箱实现的，烘箱的热源可以是红外照射，也可以是电加热。

芯材沿着送料方向进入主流道，在其移动方向上依次设置有第一共挤流道物料出口和第二共挤流道物料出口，通常设置在主通道的上壁和两个侧壁。所述的第一胶黏剂物料包覆在预热的芯材上，聚烯烃木塑物料从第一共挤流道物料出口挤出，木塑物料以热熔态的形式成形在芯材上，在压强的作用下，第一胶黏剂物料和木塑物料发生一定程度的融合，并且第一胶黏剂物料与木塑物料具有一定的相容性，木塑物料通过第一胶黏剂物料迅速与芯材形成较强的粘合。以芯材的某一处位置为例进行说明，在这个过程中，包覆有木塑物料的芯材，随着送进，首先被涂覆一层第二胶黏剂物料，然后在前进了约10~30mm后，来到第二共挤流道物料出口。所述的表层物料从第二共挤流道物料出口挤出，然后成型在因前进了约10~30mm而已经微固化的木塑物料上，此时的表层物料因为刚从挤出机挤出仍然是热熔态，流动性较好，故能迅速地包覆在微固化的木塑物料上，并在压强作用下与木塑物料形成一定的融合，从而对木塑材料形成的中间层进行包覆。

不饱和羧酸改性聚烯烃中的不饱和羧酸指的是存在一个或以上不饱和键的羧酸或酸酐或羧酸衍生物，优选地，该不饱和键为分子末端的碳碳双键，例如：丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸等不饱和一元酸和马来酸、马来酸酐、邻苯二甲酸等二元酸以及上述不饱和羧酸的衍生物，例如羧酸与醇缩合形成的酯类化合物、羧酸的羟基被取代后形成的酰类化合物等。羧酸及其衍生物改性树脂其侧链具有羰基、羟基等含氧基团，而木粉中的纤维素具有大量的羟基，因此两者之间可以产生氢键等弱作用键，同时不饱和羧酸改性树脂的羧基可以与纤维素中的羟基发生一定程度上的缩合，产生强作用键，因此不饱和羧酸及其衍生物改性聚烯烃与木粉具有较好的相容性，同时由于其与聚烯烃树脂也具有很好的相容性，因此木粉可以随着不饱和羧酸改性树脂在聚烯烃树脂中的流动而在木塑材料中分散均匀。

所述的不饱和羧酸改性聚烯烃的改性形式可以是共混、共聚、接枝等多种形式，共混指的是将单种或多种不饱和羧酸通过聚合反应得到以不饱和羧酸为单体的聚合物，例如聚丙烯酸、聚丁烯酸、聚丙烯酸与聚丁烯酸共聚物等，加入到原有的木塑表层材料中，熔融共混得到改性后的木塑表层材料，在该改性方法中，不饱和羧酸与木塑表层中的聚烯烃树脂不发生直接反应，仅进行物理方式的混合（不考虑高分子链之间的交联情况）；共聚指的是在聚烯烃树脂的合成过程中就加入不饱和羧酸，得到烯烃类单体和不饱和羧酸单体的共聚物，例如乙烯-乙烯-聚丙烯-乙烯-乙烯等链状结构；接枝指的是在聚烯烃树脂合成完成后，对高分子链进行接枝反应，为高分子链添加侧链结构，使高分子链额外获得基团。

优选地，所述的胶黏性物料选用马来酸酐接枝聚乙烯。

优选地，形成中间层的木塑物料包括聚乙烯15~25份、马来酸酐接枝聚乙烯10~20份、植物纤维粉30~50份、填料10~20份。上述为木塑物料的主要成分，显然，在工业生产中常常会添加一些功能助剂来方便生产或提高产品性能，例如润滑剂、抗氧剂等，这些助剂均为现有技术，且被普遍使用，因此本发明不再赘述。

优选地，本发明采用离子聚合树脂强化的聚烯烃塑料作为共挤表层，所述的共挤表层包括质量占比为20%~30%的乙烯-（甲基）丙烯酸盐和质量占比不低于60%的聚乙烯。由于离子聚合树脂复合材料是作为表层使用，因此需要进行一些耐候性增强处理，进一步地，离子聚合树脂复合材料中还添加有抗氧剂、光稳定剂、紫外线吸收剂。由于聚烯烃树脂中，聚乙烯与乙烯-（甲基）丙烯酸盐的相容性最佳，两者能够更好地进行均匀混合，利于形成微观结构，因此本发明选用聚乙烯作为共挤表层的基质之一。

离子聚合树脂指的是组成树脂的高分子链的侧链上的部分基团被金属离子取代，从而形成具有离子特性的一种树脂，例如乙烯甲基丙烯酸聚合物、乙烯丙烯酸聚合物、丙烯酸-乙烯-甲基丙烯酸三元共聚物等高分子的钠盐或锌盐。在实际生产中使用的离子聚合树脂以沙林树脂为代表，沙林树脂是向乙烯-甲基丙烯酸共聚物中引入钠或锌离子进行交联而成的产品，在不同的乙烯-甲基丙烯酸共聚物高分子链或同一个高分子链的不同区域之间离子键可以发生强烈的交联作用，从而提高离子聚合树脂的物理性能，但这种交联作用是可逆的，在受热时，相邻分子间强烈的吸引力减弱，导致材料融化并流动，因此具有较好的熔融加工性能，在冷却时，这种键合作用又重新建立，使离子聚合树脂恢复物理强度。

现有的工艺中，离子聚合树脂通常以薄膜或层状片材形式应用，在这些结构中离子聚合树脂通常作为层状结构的主体构成材料，具有主要的质量占比。本发明则优选地以乙烯基树脂作为主体，离子聚合树脂为辅料来形成包覆层，相较于直接使用离子聚合树脂或以离子聚合树脂为主料的应用方法具有更低的成本。当聚乙烯与离子聚合树脂混用时，离子聚合树脂会一定程度上在包覆层的表面产生定向排布，从而形成主要由离子聚合树脂组成的表层结构，该表层结构的耐磨性能强于聚烯烃树脂，对内部可以起到保护作用。以物理角度来看，磨损的发生实质上是两个物体的表面层之间的相互作用，因此内部结构对表面耐磨能力的提高并没有过多贡献，因此将内部的离子聚合树脂替换为聚烯烃树脂并不会对耐磨性能造成明显影响，反而能大大降低生产成本，获得更高的经济效益。从另一角度，为了满足型材的使用需求，包覆层需要达到一定的厚度，而离子聚合树脂在使用过程中通常以较薄的膜形式存在，通过与聚乙烯树脂共混，可以较为方便地形成具有一定厚度的包覆层结构。

在本发明中，芯材可以是以铝合金为代表的金属芯层，也可以是合成高分子材料。上述的合成高分子材料优选地选用热固性树脂复合材料。具体地，金属芯材选用轻质且便于加工的铝合金，热固性树脂复合材料选用具有高物理强度的耐高温玻璃钢。这里的玻璃钢并非特指利用玻璃纤维与合成树脂制成的复合材料。增强纤维与合成树脂的复合工艺最初使用的是玻璃纤维作为增强材料，生产出的纤维增强复合材料由于其机械强度较高，在一些领域可以替代钢材等金属，因此这一类产品因为习惯问题被称作玻璃钢。随着纤维增强技术的发展，目前已经有多种不同的纤维材料可供使用，例如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，虽然利用这些纤维生产出的纤维增强复合材料并不含玻璃成分，但是出于习惯问题依旧称其为玻璃钢。

优选地，选用铝合金作为芯材时，铝合金芯材表面具有氧化膜。这里的氧化膜指的是利用物理或化学方法对铝材进行表面处理，在铝材表面形成的氧化铝薄膜。

优选地，选用铝合金作为芯材时，铝合金的表面形成沿金属芯材长度方向的沟槽，沟槽深度为0.3~1.0mm。

优选地，所述的胶黏层厚度为0.5~2.0mm，且胶黏层厚度大于沟槽深度。

沟槽的主要作用是在宏观结构上与胶黏层形成嵌合结构，增大胶黏层与铝合金芯材的接触面积，从而提高粘结强度。这里的沿长度方向并不限定于直线，也可以是曲线状的沟槽，只要其大致走向是沿着铝合金芯材的长度方向即可，优选地形成规整的直线状沟槽。沿芯材长度方向设置的沟槽的另一作用在于，当芯材表面进行胶黏层包覆时，包覆过程中胶黏层与芯材之间留有或产生的气体可以顺着沟槽沿与铝合金芯材运动方向相反的方向排出，从而避免胶黏层与铝合金芯材之间产生气孔。沟槽的截面优选地设计成从槽口至槽底槽宽不断减小的形状，例如倒三角形、圆弧形等，以便于中间层物料进入槽内。优选地，铝合金芯材首先通过物理处理形成沟槽，再进行化学处理形成氧化膜，以免沟槽加工时对氧化膜造成破坏。沟槽的形成可以是铝合金芯材在挤出成型时通过模具的作用直接形成，也可以是对铝合金芯材进行二次加工处理。

综上所述，应用本发明技术方案可以取得以下有益效果：

1、本发明以铝合金或玻璃钢等硬质材料作为芯材生产多层包覆的共挤板，芯材可以为型材提供较高的物理强度，使型材的承重能力相比木塑材料具有明显提高，中间层的木塑材料使型材形成仿木效果的同时，也对芯材的外周表层提供了保护作用，共挤表层则起到了增强表层性能的作用，综合而言型材的整体质量相较现有产品具有较大提升。

2、本发明采用共挤工艺进行多层包覆板材的生产以及耐磨表层的包覆，型材可以从模具中一体成型，相较于现有的光固化涂层、氧化铝贴纸等增强工艺，本发明工艺流程更短、生产效率更高。

3、本发明采用共挤工艺进行多层包覆板材的生产，在铝合金或玻璃钢等硬质材料的型材首先包覆一层木塑材料层，然后在木塑材料层外再包覆一层由热塑性弹性、热塑性工程塑料、离子聚合树脂、离子聚合树脂强化的聚烯烃塑料的其中一种制成的外包覆层；现有技术表明，直接包覆外包覆层由于材料性质差异大，导致难度高、效果差。在引入木塑层作为过渡层后，能显著缓冲芯层和外包覆层的材料性质差异；木塑层与芯材的结合性较好，木塑层与外包覆层的结合性也较好；木塑层在本结构中不仅在生产制造中起到了便于结合的作用，也在产品的使用过程中起到了良好的应力缓冲作用；如在温度骤冷骤热的环境中，提高了应对热应力的能力，使产品的质量趋于稳定，提高了产品的使用效果和寿命；

4、本发明分别采用聚氨酯热熔胶和不饱和羧酸改性的聚烯烃热熔胶作为第一胶黏剂层和第二胶黏剂层的材料，聚氨酯热熔胶含有大量的NCO基团，NCO基团能与金属材质产生强烈的吸附效应从而能够与金属产生粘结；不饱和羧酸改性的聚烯烃热熔胶具有极性基团，极性基团与木塑材料中的木粉具有较好的相容性，从而基于木塑中间层和两种胶黏剂实现外包覆层对芯材较为牢固的包覆。此外，木塑中间层内部也可以添加马来酸酐接枝聚乙烯，从而使得中间层挤出时与胶黏层的表层融合速率加快，融合程度提高。