当前位置:主页 > 新闻中心 >

联系我们

联系人:黄经理

手机:13921301976

传真:0510-87846777

邮箱:2214961191@qq.com

网址:鸭脖官网

地址:江苏省宜兴市和桥镇钟溪村

在线咨询在线咨询

木塑复合材料加工技术研究现状及发展趋势doc

时间:2020-10-22 11:01 作者: 鸭脖官网

  木塑复合材料加工技术、研究现状及发展趋势一木塑复合材料加工技术 随着科学技术的发展,现代社会对材料的要求更高了,既要求其有较好的物理 学性能,对人类有亲和力,又要环保。木材是一种天然生物质材料,自古以来被人们广泛 莒爱和使用。随着我国天然林面积的减少和“天然林保护”政策的实施,木材资源 困乏、 质量下降、木材价格越来越高、木材加工业的废弃物增多以及世界林产品需求量 的增加都 使得林产品工业越来越迫切地感到需要寻找木材的替代品。而由于生产和生活 水帄提高, 过去被大量用于烧柴的木制品加工废弃物,如木屑、刨花、边角废料以及大 量农作物纤维 如秸秆、稻糠、果壳等被严重浪费,并对环境产生极大的破坏性影响。据 统计,我国每年 由于木材加工余下的废弃木粉量达数百万吨,其他天然纤维如稻糠等的 产量上千万吨,这 些资源如能得到有效开发和利用,价值可观。在不断研究屮人们认识 到木材改性技术可以 实现新的突破,而填充改性既可以降低产品成本,又可以提高产品 的使用性能,其至赋予 木材材料全新的性能,从而使木材行业有了新的生机。 与此同时,塑料制品在生产和生活中的应用,随着经济发展越来越广泛,因塑料废 塑料废弃物已占到垃圾总量的25%〜35%。在我国,城市人门每年产生的废旧塑料达240 万〜280 万吨,已成为环卫部门的严重负枳。如果能将废旧塑料制品有效利用起 来,将对 环保和经济发展产生巨大的推动作用。这种背景下,将木质纤维与废旧塑料经 过特殊处理 合成新的材料,即木塑复合材料(Wood—polymer Composites,简称WPC) 也就应运而生了。 木塑复合材料的定义 木塑复合材料(WPC)是以木材为主要原料(形式有锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦 豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等),经过适当的处理使其与各种塑料(用于木塑复合材料 的热塑性塑料主要有聚氯乙烯(PVC},聚乙烯PEA ,聚丙烯(PPS),聚苯乙 烯(PST),聚甲基丙烯 酸甲酷(CPMM),以及聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)、聚苯乙烯 (PS)等)按一定比例混合并添加特制 的助剂,如偶联剂、分散剂、增塑剂、润滑剂、 热稳定剂、着色剂、阻燃剂、防霉剂等加 工助剂,经高温、挤压、成型等工艺制成的一 种新型复合材料,是一种高性能、高附加值的绿色环保复合材料,其性能优良、用途广 木塑复合材料的分类木塑复合材的制造方式0 前主要冇两种:一种是将塑料单体或者低聚合度树脂浸入 以及木材的物理、力学性能。所浸注的单体一般采用苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯等单体。 另一种是将木材以刨花、纤维和木粉的形态作为增强材料或填料添加到热塑性塑料 并通过加热使木材与熔融状态的热塑性塑料进行复合而得到的复合材料,称为木塑料复合 材料(简称WPC)。 从木塑复合材料的基体与功能体结合方式考虑,可将其分为以下三类: 直接复合,其结合方式以两种材料表面(或界面)物理结合为主。此种材料的制造工艺是将木纤维或木粉与塑料充分混合,在混合过程屮塑料熔化形 性树脂增强型复合材料。该种复合材料的某些物理力学指标优于纯木材制品,可再成型为 各种模压制品,在包装、家具、房屋建筑及汽车内饰件等领域具有广泛的应用前 木材一塑料合金复合材料。将实体木材或单板用一种聚合物的单体或预燃物浸注,然后再使其在木材屮聚合。 般来说,这种聚合物不能进入木材的细胞壁,而是存在于细胞腔内。此种聚合材料比原有 材料具有更高的强度、刚度、耐磨性及其它一些优良的物理性能。可制成地板、乐 动设备及装饰材料等。木材〜塑料合金复合材料要求木材高分子与塑料的完全融合,具冇类似于金属材料 木塑复合材料的特点1)木塑复合材料的优点 木塑复合材料的缺点从管广大的科研和工程人员做了不懈努力,但木塑复合材料在各种使用场合屮仍存 产品的安装费用相对较高(由于复合材料的密度较大,在组装时需要使用射钉枪或自攻螺钉); 制品的硬度和载荷能力较木材差。3)国产塑木复合材料质量上存在的主要问题 制品抗冲击性能差,脆性大,易损坏断裂。其原因:废旧塑料及木粉(天纤)质量不合格,选择不当,配方及工艺条件不合理, 制品结构不密实,有气孔,蜂窝,剥离或分层。其原因:原料混合不均匀,混炼效果不好,没有应用塑料改性技术,使两种极性不 制品表面不帄整,有斑孔,翘曲,变形。其原因:螺杆、料筒有伤痕缺陷,引起物料滞留或碳化,原料不符合规格要求,含 泛关注。该材料是绿色环保材料,可以冋收利用低成本的废弃木材和塑料,用此技术生产 出來的木塑复合材料可取代木材使用,有力地缓解我国因森林资源贫乏而木材供应 紧缺的 矛盾。木塑复合材料生产技术既符合国家经济形势发展的需要,也衬合国家的产 业政策, 而II 产品使用范围广。因此,可以相信木塑复合材料是一种极具发展前途的材 料,也是一 项有生命力、有市场开发前景的创新技术,具有广阔的市场前景和良好的经 济效益和社会 效益。 木塑复合材料的应用木塑复合材料的应用领域木塑材料应用于包装行业主要是托盘、包装箱、集装器具 因而在国内有很大的市场需求。木塑材料具有耐潮、防虫蛀等特点,适用于仓储行业使用 的货架铺板、枕木、铺梁、地板等。木塑材料制成的凉亭、座椅、花盆、垃圾桶 等具有防 水、防潮、防腐的特点,而且寿命长、价格低;用木塑复合材料制作房屋、室 外地板阳光 房码头、护栏等产品己在国外开始起步。 近几年来,由于木塑复合材料的木质材料组成部分正在向各种其它植物纤维材料发 种不同塑料形成的一类新型复合材料。它的出现冇利于缓解0前木材资源紧缺和废 弃物冋 收利用困难的问题,提高产品的附加值,可以广泛应用于汽牟工业、建筑行业、 室內装饰、 家电和运输等行业方面。研究木塑复合材料是木材工业史上的革命性发展, 是现代材料工 业发展的主要方向之一。 概括地说,在国内,木塑复合材料的应用领域包括: 包装、运输类:托盘、军品和民品包装箱、玻璃包装箱、周转箱,插车货板、仓储 板、铁路枕木等;园林景观类:凉亭、座椅、栅栏、铺板等市政产品; 车辆船舶类:汽车等内装材、风扇罩、仪表架等部件、船舶内装和隔热材等; 家装及建筑类:活动房屋,窗框,门板,门褴,混凝土模板,楼梯拍手,墙壁,天 装饰各种异型材,地板、家具等建材用品;其它类:农用大棚支架及用桶、钓鱼用舢板、水产箱、教学用品、枪托、球拍、滑 板、高尔夫球棒、舞台用品以及各种模型等;随着挤出设备和挤出技术的发展,人们通过木塑复合微孔发泡技术制得木塑复合微 发泡材料,它比不发泡材料具有更高的冲击强度、更高的韧性、更长的疲劳寿命、更好的热稳定性和更低的密度(降低密度达75%或更高),从而进一步拓宽了木塑复合材料 木塑复合材料用添加剂木塑复合材料经常要有一些助剂加入,如偶联剂、光稳定剂、色素、润滑剂、杀真 剂和发泡剂。卜*表列举了常用助剂及其在复合材料中所起的作用。木塑复合材料最先使用的生产工艺是混炼,再热压(或发泡压制)成帄板或模压成型 现在的生产工艺以挤出成型为主,并辅以注射成型。国PJ木塑复合材料的主要成型 方法有 浸渍成型、帄压成型、模压成型、挤出成型、热压成型、辐射法成型、注射成型 等。最早 使用的为浸渍法,近年来,木塑复合材料的生产工艺基本采用两步法,即先进 开始研究该复合材料制品的一步法挤出成型技术,即直接用挤出机进行该材料的混合与 成型,因省掉造粒工 序,从而降低了成本并提高了产品的市场竞争力。 挤出成型、热压成型、注射成型、模压成型是加工木塑复合材料的主要成型方法。 于挤出成型加工周期短、效率高,因此挤出成型方法是一种较为常用的工艺路线 注入单体聚合法 助剂 应用 热稳定剂防止加工过程中聚合物降解 稳定剂防止紫外光对聚合物的伤害偶联剂 润滑剂 色素 改善木塑界面结合,提高强度, 水,保持机械性能 改善流动性能,提高生产效率, 缘磨损 举例 酚醛树脂(主要)和亚磷酸盐(次要) HALS (阻胺光稳定剂);紫外光吸收 马来酸酐改性聚烯烃&硬脂酸锌、乙烯基而硬脂酰胺 美化制品表面,并有一定紫外防护能力混合染料 杀虫剂防止细菌真菌侵蚀 发泡剂减小材料密度和制品重量 木塑复合材料加工工艺异噻唑类物质 放热型(偶氮碳胺),吸热型(碳酸氢 热催化等方法制成木塑复合材料(如图1)。高频辐射或加 单板或木材一干燥一注入树脂单体 成品图1注入单体聚合工艺流程 非气流辅装成型该工艺是将木纤维与塑料或树脂在常温下混合,木材纤维、束或其它纤维状材料经 合后通过一个针刺工段,用薄型无纺布衬托而制成纤维相互缠绕的低密度板坯,再根据最 终产品的需求和要求,将一块或数块板坯热压成最终产品(如图2)。 纤维 针刺 (或加合成纤维f 施胶—干燥4 混合一綱 模压4 成品 图2非气流辅装成型工艺流程 压制成型这种方法采用类似于普通刨花板或干法MDF的生产工艺(如图3)。 清洗分离 干燥_造粒 木材 (刨花或纤维) 施胶一铺装一热压 冷却一成品 图3压制成型工艺流程 6.4 木塑复合材料帄压法成型技术 工艺流程如卜*: 刨花4 除尘4 筛分4 粉碎4 干燥 热压4冷却4 干燥4碾碎4 混炼 帄压法制备木塑复合材料的工艺流程将木粉和塑料共同混炼后热压,或将木刨花与预先混炼的塑料混合热压压制成的板 具有很好的力学性能经测试该性能达到刨花板国家标准的要求。在热压过程屮,压力一定 时,当温度升至200 C时,模具中的物料达到最好的流动性。此时压制的板材性 能较好。 将塑料预先混炼后再与木刨花混合热压成型吋,随着木刨花用量的增加,静曲 强度成线性 増加,混合的质量比达到1 时有最大值,此时制得的板材具有最好的力学性能。 6.5 辐射法制备木塑复合材料 工艺流程如下: 原木搬货架贮存一

  药剂贮存一浸渍槽一装袋辐則一制品贮存 辐射法制备木塑复合材料的工艺流程 浸渍冇机单体的木制品,经电离辐射处理后,可制成一种新型材料-一木塑复合材 辐射法制备木塑复合材料的生产技术可利用速生、易得的木材如桦木、杨木等低档木材经 过辐射塑化处理来代替昂贵的优质木材,冇助于解决优质木材缺乏的难题,应用 前景广阔。 木塑复合材料挤出成型技术可以用于木塑复合材料制品挤出成型的设备有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机以及串 式磨盘挤出机。目前主要以前两种为主,后者用于木塑复合挤出还是一个全新的研究领域, 尚处于实验阶段。 挤出成型法是木塑复合材料加工中最重要的加工方法之一。这是一种低消耗,高产 料器在塑料熔融时连续喂料,木材纤维/木粉/刨花在双螺杆挤出机的熔融段被充分混合。 此时木材屮的水分由真空泵带走。在混合充分后,混合物在一定压力下从模门 挤出,制成 型材或板材。这种挤塑可以挤出性能均一的材料。使用这种加工方式的木材 需要干燥,以 真空防止复合材料中出现气泡,同时木材纤维/纤维状刨花的长径比要小,以免 在加工时有大量 的木材纤维/纤维状刨花交缠成闭,影响产品质量,也使设备易受损伤。 在挤塑加工工艺中 温度、转速是主要的参数。如果温度太高,木材纤维会很快降解,其 力学强度降低,颜色 变深,从而影响复合材料的强度。一般加工温度都在 150r-200C 之间。转速和木材纤维在 挤塑机屮的停留时间对材料的影响很大,如果转速太快,剪切 力增大,火量的木材纤维和 刨花被剪断,而 II 两种材料混合不均匀;如果转速过慢,木 材纤维和刨花在挤塑机中停留 吋间太长也会使部分木纤维或刨花降解。 当加工温度高于200c 时,木质纤维就可能发生降解,因此在加工屮要严格控制物 切吋产生人量的粘滞热,而i木塑混合物的热传导率很低,这两个方面都导致从熔 能传递出足够的热量,以防止木质纤维的降解和裂化。材料的这种加工性能不仅对设备提 出更高的要求,而II 限制了木塑复合材料的应用。为此,用于木塑复合中的热 塑性塑料通 常只能选择加工温度较低的塑料,例如PP、PS、PVC、HDPE、LDPE等。 挤出成型技术分为一步法和两步法。 一步直接挤出法: 采用一步直接挤出法,物料在挤出机内被混合均化,通过模具部件的几何形状成型 品。这对挤出机提出了更高的要求,挤出机设计需有独特的压缩和低速剪切混合能力,充分 优化给料区表面积,使螺杆对原材料的热传导过程更块、更均匀。在螺杆设计吋需 提供一 个较大的给料区,用于松散物料和在加工时施加自然压缩力,其结果为木粉被更 有效地“浸 湿”。在减小剪切力的同时,双螺杆间的深螺槽和紧凑的相交齿空隙优化挤 出料混合。在 低螺杆转速状态下的高扭矩处使用轻柔的低剪切力融化和混合,降低木粉 分解速率。 预先造粒混合加工法: 稳定的原材料是正常挤出的首要前提,为了保证对纤维材料的可靠计量,通常冇必 种预混料方式可以把粉体密度增加到所需要的水帄,从而达到挤出产量,易于流动性得到 改进。另外,粉体密度的均匀性保证了挤出过程的一致性。在初期准备阶段(冷 热混合、 造粒)可以将水分显著降至1% ,并使木粉和塑料完全混合均匀,这样塑料会 完全渗透到木 粉屮。与一步法相比,两步法工艺可以提高型材的冲击性能,显著改善木 塑复合材料的冲 击韧性,另外,在湿度很低的情况下(小于1 %),挤出机可以按照额定 挤出量挤出。如果 使用湿度大于8%的木粉,挤出量将会降低30%〜50%。同样,一 步法工艺屮,松散的木粉不可避免地会引起牵引困难和配方的改变,导致挤出量的改变。 PVC型材挤出相类似,在挤出过程也不必调整和不断地优化挤出工艺参数。木塑复合材料的导热性差,且其制品多为异型材,冷却定型较困难,多采用水冷定 冷却流道合理设计保证高效冷却。第一:一步挤出成型工艺流程图 —步挤出成型工艺流程图第二:两步法挤出成型工艺(混炼造粒和挤出成型) 混炼造粒工艺流程图:预处理~预干燥 、助剂,一 挤出机y挤出成型 助剂〕—预混合混烁 木塑粒料―定型 一冷却 木塑制品牵引图8两步挤出成型工艺流程图 6.7 木塑复合材料热压成型技术 该工艺可成型一定规格的不连续的塑木制品,加工工艺类似于密度板的成型工艺。 压成型工艺流程图:木材纤维 _施加偶联剂 回收的塑料_磨粉与分选 冷却陈放_热压 热压成型工艺流程图6.8 木塑复合材料模压制造技术 模压法因为具有可以将木纤维的添加量大大提高,木纤维可冇较大的长径比,且加 以铺装后模压成型加工成的产品,一般来说形状较为简单,其屮以板材居多。由于图7混炼造粒工艺流程图 2)两步挤出成型工艺流程图: —挤出成型 7常温混合 -铺装一预压 木纤维与塑料不经处理直接按配比进行热压时,熔融塑料分子很难浸润木纤维,因而制 的复合板材在物理力学性能指标上难以取得大的提高,尤其是弯曲弹性模量。压缩成型方式:模压成型、热压成型、碳化成型 /不4^1rb挤压成型 模压成型工艺流程图: 热塑性聚合物 原料准备-粉碎-干燥一物料混合——

  混合物料计量铺装 物料计量铺装 预压4 加热模压4 脱模4 清理模压件4 成品检验整修 成品库 图10模压成型工艺流程图 塑料的预处理为了保证成品的质量,必须对冋收的塑料进行分捡去杂、清洗烘干、粉碎,去除含 木质纤维的预处理为了增加木纤维与塑料结合的表面积,提高成品的物理力学性能,必须对木质纤维 行分选去杂、粉碎烘干、改性等预处理,粒度一般要求在0〜80S之间,要求无霉变、无结块、无杂物、干燥.按照粒度要求把木纤维粉碎过筛,得到适合制造木塑复合材料 粒.烘干要求比较严格,一般要求在烘干箱中120C下烘干,以排除水分和低分子挥发物, 这样能提高木塑复合材料的性能. 配料根据使用性能要求以及原料配方,向经过处理的废旧塑料和木质纤维中加入适量的 容剂、稳定剂、润滑剂、胶合剂等化学助剂,改善木塑体系的相容性、耐热性和加工过程 屮的流动性. 型材时,能够完全塑化.造粒工序屮,借助加热和剪切等的作用,促使木塑混料剪切混合、 塑化、去除挥发物. 挤出成型在挤出成型的过程屮,挤出温度、螺杆转速、挤出压力、冷却定型、牵引速度和加 速度等参数直接影响到物料的成型性能和混合过程,并对最终的结构冇很人的影响.温度是 木塑复合材料挤出成型的一个重要的工艺条件,是影响塑化及材 料质量的主要因素,合理 的挤出各段的温度设置如表2,各段的温度尽可能稳定,尤其 是机头的温度控制必须保证在 合适的范围内,温度过高,挤出样品炭化,强度降低;温 度过低,出料不均匀,有塑料颗 粒没有熔融. 木塑复合材料制造的关键技术近几年来国内有关科技及工程技术人员经过多年努力在木塑复合材料制造关键技 并迅速走向市场化。其主要关键技术有以下几点:7.1 原料需充分干燥 木粉不同于无机矿物,通常有高达10%以上的水分,未经干燥使用时易引起加工制 须对木粉充分干燥。7.2 对木粉要进行表面处理 木粉表面为多羟基结构是极性亲水性物质,而高聚物一般为非极性亲油性物质,二 很难相容,亲和性极差。如简单的将二者直接共混,制品变脆、力学性能很差,不能实用。 如通过接枝反应对木粉进行表面处理,可以将木纤维上的一0H基团接枝上有机基 粉表面变面亲油物质,提高了与高聚物大分子的界面粘着力,同吋也使木粉在复合材料中 更易分散均匀,形成密实的网状结构, 从而提高复合材料的拉伸和冲击强度。研究结果表明,不同的高聚物种类,所适 用的表面 处理剂也是完全不同的。如木粉/聚丙烯体系,用马来酸酐接枝聚丙烯,处理 的效果较好, 但对木粉/聚乙烯体系效果并不显著。而使用乙烯一丙烯酸共聚物(EAA) 就好得多,即使木 粉含量达60 ,复合材料的拉伸强度也接近纯树脂的数值。对于木粉 /聚氯乙烯使用铝酸酯偶 联剂并不能达到要求,硅烷偶联剂虽然效果较好,但价格贵。 廊坊市神龙金海有限公司开 发出售活化偶联、提高相容性为一体的复合型表面处理剂效 果就更好,有效地解决了木粉 表面处理与PVC大分子亲和相容的问题。 7.3 加入高效流变润滑剂可提高产品质量和生产效率 研究结果表明,加入流变润滑剂可 使木塑复合材料制品表面光滑,外观好,同吋也可提 高挤出速度,提高生产效率。廊坊市 祌龙金海有限公司成功地研制出具有内外润滑作用 的高效流变润滑剂,使加工过程中不仅 具冇初期的润滑作用,而II 中后期润滑效果也很 好,可以保证挤出加工的快速稳定。 微发泡技术通常不发泡的木塑复合材料一是密度都比较人,并II 相体积的制品树脂用量也比 发泡 材料多。如木粉/PE复合材料的密度是木材的一倍,比纯聚乙烯塑料也要高1 2mXl.2m的托盘纯塑料仅20kg,而木塑托盘要30kg以上,发泡木 塑制品与传统 木塑相比,密度可降低20%〜45% ,更接近于木材。一般树脂成本要占 材料成本的80〜90 采用发泡技术可节省近2倍的成本。二是刚性和冲击性差。为了 増加刚性就要増加型材截 面积或改变型材截面形状来解决。提高冲击性能则需要提高木 粉与聚烯烃界面的亲和性和 相容性。三是生产效率低,一般单机产量低于100kg/h,形 成一定规模就要增加挤出生产线, 需增大固定资产。所以近几年微发泡木塑复合材料作 为塑料加工换代产品迅速发展起来。 微发泡挤出成型需经历三个阶段,即气泡核生产阶段、气泡成长阶段和泡体固定成 光滑的型材,选择优质的发泡剂是决定型材质量的关键。对于木粉/PVC微发泡复合材料, 加工过程中因聚氯乙烯属于热敏性聚合物,要求加工温度范围很窄,温度过高 会造成聚合 物热分解,在发泡过程中要严格控制发泡剂的分解温度和分解时间。因此要 选择发泡剂的 分解温度相匹配。通常微发泡塑料使用的AC发泡剂也不适于木粉/ PVC复 合体系。因为 AC发泡剂分解产生的气体同吋还放出大量热量,如不采取得力措施,极易 造成温度升高使 材料内部孔隙人小不均或者制品表面出现鼓泡、塌陷等缺陷。廊坊市祌 龙金海公司自主研 发的吸放热均衡复合发泡剂可以将放热型发泡剂分解时放出的热量 吸收并促进吸热型发泡 剂的分解,二者适当的匹配可以优势互补,攻克了木粉/PVC复 合材料微发泡工艺的技术难 关,使产品性能达到国外同类产品的先进水帄。可以替代德 国进门的发泡剂,实现国产化,价格仅为进门的一半。 7.5 特殊结构挤出设备 为了实现木塑复合材料的稳定挤出,挤出机螺杆的结构、长径比和转速对复合材料 建立足够的成型压力。7.6 独特的成型模具 木塑复合材料最终要成为具有一定形状、尺寸稳定、外观良好的各种型材,最后一 工序是通过成型模具来实现的。由于微发泡型材生产中需要膨胀速率较缓和的型胚,尤其 要防止仅仅通过螺杆减压而造成的物流波动。所以要在流道设计上实现二次减压, 帄衡地向定型模具过渡。北京建诚机械冇限公司根据微发泡木塑复合材料的生产工艺特点 研制出可调式发泡型村专用模具,可在主机工作状况不变的情况下通过模具本 身的调控实 现对型村表面质量、型村尺寸和发泡倍率的控制。为了超越世界先进水帄, 他们正在研制 木粉填加量可达80 的木塑复合材料整条生产线。二木塑复合材料的研宄现状 1-1 国外木塑产业概况 木塑材料的产业化推广源于上世纪80 年代的美国,最初是作为改性塑料应用的。 着技术水帄的提高,木塑逐渐具备了塑料、木材、金属等单质材料的优点,成为自成体系 的新型材料。目前,各类木塑制品在美国、加拿大、德国、英国、荷兰、日本和韩 己得到较为广泛的应用,形成了比较规范的产业和市场。北美是世界上木塑材料发展最快、用量最大的地区,主要用于风格粗犷的户外建筑。 国木塑市场1990至2000 年的增长率都在10%以上,近5 年增长尤快。美国现有约 50 木塑企业,年产量大都在万吨以上,其中最大的几家公司己在纽约证券交易所上市。美国 的木塑材料研发机构也超过50 家,形成了一个从产品研发、原料收集、设备 制造、模具 开发、制成品生产到市场营销的完整产业。加拿大安大略省的材料和制造屮 心坚持与美国 国家森林实验室合作主办木塑材料会议并资助研究人员和公司。经过10 多年的努力,在加 拿人也形成了以10 多家企业为主体,年产量超过5 万吨的木塑产业。 欧洲木塑产业总体发展不如北美地区,但近年來有加快趋势。木塑企业不多,产量和技 水帄与国内企业相当,但其拥有强大的装备制造能力,发展潜力不可小视。欧洲人对木塑 材料的要求比较细腻,对品种花色的需求也高于北美,室内装修装饰和户外建筑齐 头并进, 但应用技术和商品市场还不甚成熟,有高速増长的空间。 日本由于地理原因和环保意识,木塑材料的应用比较普遍,产品质量亦较优良。曰 泽和质感,已在房屋建设和内装饰领域得到广泛使用,是目前国际上品质最高的产品之一, 代表了木塑材料替代天然木材的质量水帄和发展方向。 1.2 国内木塑产业发展现状 在国家循环经济政策的鼓励和企业潜在效益需求的双重推动K,全国性“木塑热”逐 兴起。据不完全统计,截至2005 年年底,全国直接或间接从事木塑研发、生产和配 企事业单位己逾150家,包括国冇、民营,独资、合股和合资等多种类型,国冇或 国有控 股企业古有一定的优势。现有木塑产业从业人员数万人,木塑制品年产销量已接 吨,年产值超过8亿元人民币。木塑企业集中分布在珠三角和长三角地区,东 部远远超过 中、西部。东部个别企业工艺水帄较为领先,南方企业则di 冇产品数量和市 场的绝对优势。 行业内主要技术代表企业的试验样品已达到或超过国际先进水帄。一些 行业外的人型企业 和跨国集闭也在密切关注我国木塑产业的动态。我国的天然木材资 源日益减少,木质制品 的市场需求量却与日倶增。巨人的市场需求和技术突破必然会不 断拓宽木塑材料的市场通 道。从市场需求角度分析,木塑最有可能在建筑材料、户外设 施、物流运输、交通设施、 家具用品等领域开始规模性拓展。结合国外木塑产业发展的 经验,我国木塑材料的合理发 展方向是: 遍化,为广大消费者乐意接受。1.3 我国木塑产业发展存在的主要问题 我国木塑产业前景广阔,但0 前的投资冇过热倾向。受技术、资金、设备和市场推 广能力的限制,木塑产业整体发展状况不理想。问题表现为: 薄弱,缺乏创新能力,产品种类单一,生产成本高,附加值低。国有研发机构与木塑企业 缺乏沟通、协调和合作机制,科研成果难以转化。 产品标准滞后。国内仅有的木塑托盘和地板的标准大多是参照木制托盘和地板的标准制订的,缺乏木塑材料特色。 木塑复合材料技术研究现状2.1 木塑复合材料的相容性研究 随着科学技术和社会的发展,人们对塑料材料性能的要求也越来越高。充分利用植 其中憎水性的热塑性塑料与亲水性的植物纤维之间的界面相容性差是此复合材料的最大缺 点。这种极差的界面相容性导致了纤维在塑料基体屮分散不佳、力学性能 限制了植物纤维在塑料中的应用。为了改善它们二者之间的界面相容性,发挥各自的优 点,增强木 塑复合材料的力学性能,扩大其使用范围,长期以来各国学者都在努力寻求 新的方法,以 使这种复合材料能够满足实际的使用需要,并且取得了一系列阶段性成果。 改善木塑复合材料复合界面的相容性的方法主要有物理或化学的方法。物理方法包 表面原纤化及放电处理。在植物纤维的表面改性方面,低温等离子放电、溅射放电、电晕 放电等越來越受到人们的广泛关注。低温等离子放电处理主要引起化学修饰、聚合、 自由 基产生、结晶等变化;溅射放电处理主要引起物理方面的变化,比如表面变得粗糙 强界面间的粘结性能。等离子体的作用包括质子的获得以及不稳定基闭的生成,从而使醇、 醛、酮、羧酸等的官能闭发生变化。放电处理可以通过降低纤维/聚合物熔 体的粘度来改 善复合材料的力学性能;电晕放电则是通过改变纤维素分子的表面能来降 低复合材料的熔 融粘度。化学方法为在与聚合物母体复合之前通过在纤维填料的表面包 层非极性的材料以改善界面的兼容性及纤维在塑料基体中的分散性。 化学法一般冇接枝共聚法处理、偶联剂处理、对植物纤维浸润处理、碱金属溶液膨 处理及取代反应和乙酰化处理等数种方法。接枝共聚法是1种常见的改性聚合材料的 方法, 此方法广泛用于对纤维素填料和其他种类填料的化学性质和极性进行改性;接枝 共聚物反 应是由纤维素分子的自由基激发的,将纤维素用选好的离子处理并用高能辐射 就形成了自 由基,然后用一合理的方法处理自由基位置,然后树脂与纤维素以共价键结 合,降低丫纤维的亲水性,所形成的聚合物表现出 体相容。偶联剂法是通过偶联剂的化学键与植物纤维填料的纤维素分子相连,其冇机官能 闭又能与聚合物连接,通过这 改善界面的相容性;纤维填料在液态单体中浸润,然后使单体在有催化剂、加热、热辐射 作用的条件卜*聚合;用交联剂改变单体的填充方法,改变单体的聚合过程等,可 以得到一 系列不同性能的复合材料。碱金属溶液膨胀处理及取代反应的碱化处理是用碱 金属溶液对 植物纤维填料进行处理,其效果主要取决于碱金属溶液的类型及溶液的浓 度。乙酰化是1 个单反应过程,1 个乙酰基与1 个羟基反应,不发生聚合,这个反应使失 去羟基的木质纤 维变为憎水性,降低了木质纤维与复合材料的吸湿性和膨胀性,发生酯 化作用的同吋,又 有狻酸生成,因此它会改善与用作处理剂的可溶性酸的相容性。和未 经处理的木质纤维相 比,它与非极性塑料间的相容性可得到改善。 我国木塑复合材料的研究工作虽然起步较国外晚,但却充分吸收了国外的研究成果 材资源缺门的不断増加,客观上推动了我国木塑复合材料的发展。北京化工大学、林科院、 国防科技大学、中国石化北京化工研究院以及东北林业大学等高校和科研单位 都进行了有 关研究和开发。中国林科院木材工业研究所对木材和苯乙烯(PS )接枝共 聚过程屮官能闭 和表面极性的变化进行丫研宄,并使用顺丁烯二酸酐和丁二酸酐经过酯 化反应来降低表面 极性,效果良好。上海交通人学高分子材料研究所用马来酸酐接枝聚 丙烯作为偶联剂应用于 纸粉或纤维素填充的PP 体系中,并对提高材料相容性的机理进 行了分析。 2.2 木塑复合材料力学性能的实验研究 不同种类的木质纤维由于纤维本身分子结构的不同,其木塑复合体系的力学性能也 围内,随着木粉含量的增加,弯曲强度上升拉伸强度冲击强度下降。这是因为木粉的主要 成分是纤维素和木质素是属于刚性人分子,木粉含量增加,使得材料的刚性增加, 初性下降, 此外它们之间很差的相容性进一步降低了材料的力学性能。处理剂的种类不 同对木塑复合 材料的力学性能影响也不相同。 木塑复合材料将高分子材料和植物纤维的优良性能集于一身,是一种具有优良力学 能的材料。其优良的力学性能包括具冇较高的拉伸强度、弯曲模量、压缩强度、冲击强度 和初性以及好的抗蠕变和抗老化能力等。其差异主要与材料的结构冇关。中密度 纤维板是将木材纤维化处理后再经高温高压生产出來的,材料的主体是木质纤维或纤维 而杨木和水曲柳的抗弯性能较高主要与其木材结构和木材细胞壁厚薄冇关。我们知道木材 的密度与木材强度呈线性关系,而木塑复合材的基材是高密度聚乙烯,木粉只是 填充在空 隙屮起填充作用,在作弯曲试验过程屮发现线弹性阶段较小,变形较人,断门 木塑复合材料的微孔发泡20 世纪80 年代后,人们把塑料微孔发泡的理论运用到木塑复合材料中来,以期待解 由许多非常小的气泡核构成的热塑性泡沬物质。密度可降低至不发泡时的5%,气泡 气泡密度非常大。微孔塑料的性能主要取决于密度和气泡直径,于未发泡塑料相比,冲 击强度是其 木塑复合材料成型装备的研究现状虽然木塑复合材料冇ft好的应用前景,但是憎水性的热塑性塑料与亲水性的植物纤 界面之间的相容性差,不易均匀分散,挤出成型困难,制品的物理机械性能差等因素限制 这种材料的推广应用。人们通过各种物理和化学的方法來调整聚合物基体与植物纤维界 面的相容性,但是依然不能很好地解决上述问题。于是在混合技术和装备的研究 方面,各 国争相研发新型高效混炼挤出成型装置来克服木塑复合材料难混合难成型的问 向和异向旋转帄行双螺杆挤出机。而采用串联式磨盘螺杆挤出机进行一步法木塑复合材料 挤出成型研究在国内外都少有报道。 2.4. 用于木塑复合材料加工的串联式磨盘挤出机北京化工人学特种挤出中心自行开发研制的串联式磨盘螺杆挤出机将单螺杆挤出 可以承受大扭矩的特点,而II具备磨盘挤出机超强的破碎、分散、剪切、混合和 塑化性能 优势。此外,在该机内还设置冇特殊结构的排气装置和可以计量控制的强制 喂料装置,因 此具有高效、多功能的特点。经过多种物料体系共混改性的实验研究表明: 串联式磨盘螺 杆挤出机具冇广泛的工艺适应性,特别适用于高填充或高粘度复合材料的 共混改性,其破 碎、混合、混炼性能要高于其他传统的混炼装置,具冇广泛的应用前景。 当加工温度高于2 的磨盘又具有超强的破碎、分散、混炼能力,极易产生过量的剪切热,因此必须对该挤出 设备的磨盘进行如下3 个方面的调整,使其适合于对剪切敏感的木塑复合材料的挤 出成型 加工。 通过在定盘上设置进行液体冷却的通道,对熔体温度进行有效的控制。2.4.2 木塑复合材料专用机头 木塑复合材料由于其材料的特殊性,对于机头提出了许多特殊的要求。木塑复合材 在挤出条件下流体被视为固态流体,不能使用ENT典型的压力降和膨胀公式进行计算。 行设计。从机头的设计角度,除了保证流道设计的圆滑过渡与合理的流量分配,同吋对于 建压能力与温度控制精度也要予以重点考虑。北京化工大学特种挤出技术中心 在大量实验 的基础上,设计开发了木塑复合专用的棒形机头、矩形机头和工字型机头。 特别是运用计 算机辅助设计技术设计的工字型机头,如图1 所示,这种机头现己投入工业使用,并取


鸭脖官网