木塑復(fù)合材料綜述

1、木塑復(fù)合材料綜述木塑復(fù)合材料（WPC是一種新型的綠色環(huán)保復(fù)合材料，是將廢塑 料（PE PR ABS PVC等）與加工處理過的廢舊木材，包括鋸末、木 材枝杈、稻殼、農(nóng)作物秸稈、花生殼等以一定比例，添加特制助劑， 經(jīng)高溫高壓處理后制成結(jié)構(gòu)型材。它可以直接擠出或熱壓成制品或?qū)?型材再裝配成產(chǎn)品如托盤或包裝箱。木塑新型復(fù)合材料具有許多優(yōu)點(diǎn)： 耐酸堿、耐化學(xué)品、耐鹽水性好；可以在低溫下使用；耐紫外 光；不腐爛、不開裂或翹曲等；而且機(jī)械性能好、價(jià)格便宜、加工 方便、可回收等特點(diǎn)。木塑復(fù)合材料 98%的原料為廢舊材料，可制成 各種截面形狀和尺寸的制品，而且使用維修簡(jiǎn)單，可鋸、可刨、可釘， 既保留了木材在加工

2、性能方面的優(yōu)勢(shì)，又克服了木材不耐用、怕蟲蛀 腐蝕的缺點(diǎn)。木塑復(fù)合材料是一種性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新材料，可 以替代外運(yùn)貨物木制包裝材料和鋪墊材料，也可以用于化工行業(yè)的耐 腐工棚，裝飾板，地板，通道，臺(tái)架以及鑄造模型等。據(jù)統(tǒng)計(jì)在我國(guó)， 城市人口每年產(chǎn)生的廢舊塑料達(dá) 240萬(wàn)280萬(wàn)噸；每年由于木材加工 余下的廢棄木粉量達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸，其他天然纖維如稻糠等的產(chǎn)量上千萬(wàn) 噸，這些資源如能得到有效開發(fā)和利用，價(jià)值可觀。國(guó)內(nèi)外木塑復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀木塑材料在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚處起步階段，木塑制品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還沒有 大面積推廣。國(guó)內(nèi)目前約有木塑材料生產(chǎn)廠家50-60家，絕大部分廠家只有2-3條生產(chǎn)線，生產(chǎn)的產(chǎn)品大部分為托

3、盤，生產(chǎn)工藝幾乎都是 先造粒（少數(shù)不造粒，但經(jīng)過兩次擠出塑化），再通過雙螺桿或單螺桿 不得用于商業(yè)用途擠出機(jī)擠出成型材，最后進(jìn)行組合裝配。據(jù)統(tǒng)計(jì)在 2004 年中，國(guó)內(nèi)木塑制品主要為托盤，數(shù)量達(dá)到 200 萬(wàn)個(gè)，占木塑制品產(chǎn)量的60%-70%；其余用做鋪板、倉(cāng)庫(kù)墊板或垃圾箱等?；旧隙际侵械蛽醍a(chǎn)品，價(jià)格便宜，產(chǎn)品粗糙，附加值低。美國(guó)是世界上木塑制品生產(chǎn)和應(yīng)用最大的國(guó)家， 在 2000年約生產(chǎn)出 20 萬(wàn)噸木塑復(fù)合材料，其最大制品是鋪板，其次為陽(yáng)臺(tái)蓋板，以及窗戶、門和欄桿用到的型材。生產(chǎn)工藝為擠出成型，先配混成中間木塑粒料，然后再經(jīng)擠出機(jī)加工成制品，也可越過造粒階段，配混（包括脫揮） 、擠出型材

4、（板材）在一個(gè)設(shè)備或一組設(shè)備內(nèi)連續(xù)完成。北美的木塑制品市場(chǎng)在2 0 0 1年用量為3 2萬(wàn)噸，其中平臺(tái)板、路板、站臺(tái)板、墊板的用量占總用量的6 0%以上。除上列產(chǎn)品外，木塑產(chǎn)品還有：護(hù)墻板、天花板、建筑模板、裝飾板、高速公路隔音板、海邊鋪地板、柵欄型材、庭院扶手、室外桌椅、披疊板、百頁(yè)窗等。歐洲和日本的木塑技術(shù)發(fā)展也很迅速，特別是日本，其愛因木（即木塑復(fù)合材料）可以用來制作窗戶、門、庭院扶手、室外桌椅、披疊板、百頁(yè)窗等，其產(chǎn)品定位高檔，價(jià)格貴，附加值高，而且在世界很多國(guó)家都取得了專利。木塑復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)、生產(chǎn)工藝及擠出設(shè)備一、木塑復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)木塑復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)之一是對(duì)木粉的處理，

5、影響木粉填充塑料的因素很多，如木粉的填充量、木粉的粒徑、木粉的含水量、基體塑料的性能、相容劑的類型、加工工藝等。通常對(duì)木粉的處理有以下幾種：、物理方法物理方法主要包括加熱烘干、蒸汽噴發(fā)和放電處理等。加熱烘干是處理木粉最常見的方法，國(guó)內(nèi)木塑生產(chǎn)廠家都采用這種方法。通過加熱使木纖維表面羥基含量降低，有利于其與聚合物基體的粘接；但高溫會(huì)導(dǎo)致木粉發(fā)生各向異性收縮，破裂甚至破壞木纖維的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。蒸汽噴發(fā)是處理天然纖維的一種新方法。它能引起木纖維的形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使木纖維的強(qiáng)度和表面積增加。放電處理包括低溫等離子處理、離子濺射法和電暈放電法。用低溫等離子轟擊纖維表面，可以增加纖維表面極性，從而提

6、高其與聚合物基體的粘接。2、化學(xué)方法化學(xué)方法是通過化學(xué)反應(yīng)減少木纖維表面的羥基數(shù)目， 在木粉 / 聚合物之間建立物理和化學(xué)交聯(lián)。通過在木粉表面形成一層憎水性薄膜從而提高其與聚合物的相溶性和促進(jìn)木粉的分散。目前常用的方法有潤(rùn)滑劑法、偶聯(lián)劑法、相容劑法等方法。潤(rùn) 滑劑法常用的潤(rùn)滑劑有HSt、白油、石蠟等。主要通過與木粉混合，均勻的覆 蓋在木粉表面，從而提高其與聚合物基體的粘接。偶 聯(lián)劑法偶聯(lián)劑可以提高無(wú)機(jī)填料、無(wú)機(jī)纖維與基體樹脂之間的相容性，同時(shí)也可改善木粉與聚合物之間的界面狀況。硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑是應(yīng)用最廣泛的兩類偶聯(lián)劑。實(shí)驗(yàn)表明，這兩種偶聯(lián)劑都能改善填料與樹脂的相容性，它們可引起木塑復(fù)合

7、材料力學(xué)性能的提高且具有環(huán)保效果。另外，同時(shí)使用偶聯(lián)劑和 NaOH寸木粉進(jìn)行表面處理可以達(dá)到 最佳效果。其中NaO電到提高木纖維的分散性作用，偶聯(lián)劑處理既提 高木纖維的分散性又提高了木纖維與聚合物基體的粘接性。（ 3）相容劑法在各種表面改性中，直接加入官能團(tuán)化聚烯烴相容劑的方法最為簡(jiǎn)便和高效。主要的官能團(tuán)單體有馬來酸酐（MA） 、丙烯酸（AA） 、縮水甘油基甲基丙烯酸（GMA等，目前各種接枝改性聚烯炫共聚物已有一系列的商品化產(chǎn)品，這些產(chǎn)品主要采用馬來酸酐或丙烯酸接枝改性的低分子量乙烯類聚合物，包括 PE PR SEB湃。在生產(chǎn)木塑復(fù)合材料過程中，一般先對(duì)木粉進(jìn)行烘干處理，再用偶聯(lián)劑對(duì)木粉進(jìn)行表

8、面處理，然后將木粉、相容劑、聚合物在擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混擠出。在熔融溫度下，馬來酸酐相容劑的酸酐官能團(tuán)與木纖維表面的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，相容劑另一端的非極性分子與聚合物基體發(fā)生纏結(jié)，增大了木纖維與聚合物基體之間的相互作用，從而提高木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。二、木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝木塑復(fù)合材料大部分為擠出成型，也有注塑成型、熱壓成型。在擠出成型工藝中，可以先配混成中間木塑粒料，然后再經(jīng)擠出機(jī)加工成型材， 也可越過造粒階段， 配料混合 （包括脫揮） 、 擠出型材 （板材）在一個(gè)設(shè)備或一組設(shè)備內(nèi)連續(xù)完成。注塑和熱壓成型一般需要先配混成中間木塑粒料，再通過專用的模具和設(shè)備加工成型。三、木塑復(fù)

9、合材料的擠出設(shè)備木塑復(fù)合材料（包括制品）的生產(chǎn)過程對(duì)其性能影響很大，實(shí)驗(yàn)表明：加工的能力不夠會(huì)引起纖維分散和浸潤(rùn)不均勻，而過分的加工則會(huì)使纖維破損和斷裂，兩者都會(huì)降低木塑材料的力學(xué)性能。另外，要防止過分剪切或高溫產(chǎn)生糊料等問題，一步法連續(xù)工藝若脫揮（主要脫水）不充分將影響下一步的加工生產(chǎn)，并使產(chǎn)品有氣泡而性能降低。目前，主要的加工設(shè)備為單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)又可分為同向平行雙螺桿擠出機(jī)和異向錐型雙螺桿擠出機(jī)。（ 1）單螺桿擠出機(jī)在木塑復(fù)合材料加工業(yè)中，單螺桿擠出機(jī)由于速度慢，能耗低，主要適合于生產(chǎn)規(guī)模小的企業(yè)。在國(guó)外，單螺桿擠出機(jī)基本上已經(jīng)被淘汰了。（ 2）同向平行雙螺桿擠出

10、機(jī)木塑復(fù)合材料加工業(yè)稱同向平行雙螺桿擠出機(jī)為高速、高能耗型設(shè)備，一般為組合式螺桿，可調(diào)節(jié)螺桿長(zhǎng)徑比和構(gòu)型（捏合塊角度及其塊數(shù)、不同捏合塊組合方法） ，靈活設(shè)置排氣口，可以直接加工木粉或植物纖維，完成木粉干燥后與熔融的樹脂混合再連續(xù)擠出，即木粉干燥和樹脂熔融分開進(jìn)行，因此往往是由雙階擠出機(jī)組成。這種工藝要求木粉水含量低，并在嚴(yán)格條件下運(yùn)輸和貯存。美國(guó)Andex 公司在木塑復(fù)合材料加工設(shè)備方面居領(lǐng)先地位，已經(jīng)進(jìn)行了近10 年的工作，并在美國(guó)、加拿大、日本獲得了 8個(gè)專利許可證。意大利ICMA公司有 其擠出三層板的專利技術(shù)，美國(guó) Davis Standard、KruppW& P等公司 也生產(chǎn)塑木加工

11、用同向雙螺桿擠出機(jī)。（ 3）異向錐型雙螺桿擠出機(jī)與同向平行雙螺桿擠出機(jī)比，異向錐型雙螺桿機(jī)被稱之為低速、低能耗型設(shè)備，非組合式螺桿。與一般錐型雙螺桿機(jī)比，為適應(yīng)熱敏樹脂加工需要，要求螺桿設(shè)計(jì)適應(yīng)較寬的加工范圍，對(duì)木纖維的切斷作用少，樹脂少時(shí)仍能均勻分散并與物料完全熔融。由于木粉、植物纖維比重小、填充量大，加料區(qū)體積比常規(guī)型號(hào)要大、要長(zhǎng)。若木粉、植物纖維加入量大，熔融樹脂剛性大，還要求耐高背壓齒輪箱，采用壓縮和熔融快、計(jì)量段短的螺桿，以確保木纖維停留時(shí)間短，防止其斷裂和焦化糊料。這種設(shè)備的主要生產(chǎn)廠商為 Cincinatti Milacron 公司，包括在美國(guó)的 Extrusion Tek Mi

12、lacron 公司，在德國(guó)的 SMC司 Cincinatti分公司。另外，意大利 Bausano公司和ICMA San Giorgio 公司在20 世紀(jì) 70 年代便開始從事木粉填充塑料配混料加工設(shè)備工作。木塑復(fù)合材料發(fā)展趨勢(shì)1 、向高附加值、高檔化的方向發(fā)展。如用來制作門窗、天花板、裝飾板、柵欄型材、庭院扶手、室外桌椅等。2、向功能復(fù)合材料方向發(fā)展。木塑復(fù)合材料兼有木材和塑料的雙重性質(zhì)，加入一定量的功能材料，即可使其具有耐磨、耐老化、阻燃等性能。要使木塑復(fù)合材料從低級(jí)向高級(jí)、從單功能向多功能方向發(fā)展。3、改善木塑復(fù)合材料的界面相容性。由于木粉中主要成分是纖維素，纖維素中含大量的羥基，這些羥基

13、形成分子間氫鍵或分子內(nèi)氫鍵，使木粉具有吸水性，且極性很強(qiáng)；而熱塑性塑料多數(shù)為非極性的，具有疏水性，所以兩者之間的相容性較差，界面的粘結(jié)力很小。使用合適的相容劑來處理木粉表面，可以提高木粉與樹脂之間的粘結(jié)力，從而達(dá)到提高木塑復(fù)合材料強(qiáng)度的作用。隨著改性機(jī)理的深入研究及新的表面改性材料的出現(xiàn)，木粉與聚合物基體的相容性一定會(huì)得到更好的提高。4、新材料在木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用。隨著玻纖材料、空心微珠材料及納米材料等技術(shù)的發(fā)展，將其加入到木塑復(fù)合材料中來提高木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能是完全可行的。參考資料：現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用 2004 年第 16 卷第 2 期 莊乃銀等中國(guó)化工報(bào) 文/ 唐偉家 吳汾化工新型材料

14、 2003 年第 33 卷第 5 期 滕國(guó)敏、張勇等塑料 2004年第 33卷第 5期 張金斌等林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備 2004年第 32卷第 6期 林銘等工程塑料應(yīng)用 2003 年第 31 卷第 1 期 鐘鑫、薛平等機(jī)電信息 2003 年第 16 期總第 52 期石油與化工 2004 年第 1 期 邵世佩等再生資源研究 2000 年第 6 期 張國(guó)立等中國(guó)材料科技與設(shè)備網(wǎng)2 號(hào)包河工業(yè)園中國(guó)木塑設(shè)備網(wǎng)地址：安徽合肥市東流路國(guó)風(fēng)木塑科技有限公司技術(shù)質(zhì)量部林建國(guó)收郵編： 230001僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and rese

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