木塑材料

木塑材料（共10篇）

木塑材料 篇1

木塑复合材料(Wood-Plastic Composites,简称WPC)是利用废弃木材、农作物秸秆等经粉碎而制成粉体后,与塑料一并作为原料,再加入各种助剂,经热压复合或熔融挤出等加工工艺而制作的一种高性能、高附加值的新型复合材料。WPC是一种极具发展前途的绿色环保材料,其生产技术也被认为是一项有生命力的创新技术。

1 木塑复合材料的分类及其特点

1.1 木塑复合材料的分类

木塑复合材料可分为三类:

(1)木质材料—塑料复合材料。

(2)木纤维(木粉)—塑料复合材料。

(3)木材—塑料合金复合材料[1]。

1.2 木塑复合材料的特点

木塑复合材料是植物纤维与塑料的有机结合,兼有两种材料的特性,有效地满足了相关领域的材料需求。该材料的主要特点:

(1)表面硬度和耐磨性能较木材明显改善。

(2)尺寸稳定性好,不易开裂,不翘曲,吸水性和吸湿性能低。

(3)相比木材,耐热性能较高。

(4)本身具有独特的光泽。

(5)与木材相比,耐腐蚀性好,不易吸湿变形。

赵弘韬(1976—),男,黑龙江富锦人,副研究员,博士,从事辐射法制备纳米功能材料及核分析研究。

(6)比木材耐候性好。

(7)重复加工性能好。

(8)可重复使用和回收利用,与环境较友好。

因此,该材料可归结为原料资源化、产品可塑化、使用环保化、成本经济化和回收再生化五大特色,是一种资源节约型、环境友好型材料[2]。

2 木塑复合材料的配方设计与加工工艺

2.1 木塑复合材料的主要原料

木塑复合材料成分主要分为基体、填充物和添加剂3部分。基体主要是热塑性的塑料如:聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈—二烯—乙烯(ABS)等[3]。还可以使用这些塑料的废弃回收物以及新材料和回收物的混合物。作为填充物的植物纤维来源非常广泛,主要有:废木屑、刨花、锯末等木材加工业的废弃下角料以及稻秆、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、黄麻等农作物纤维。除了填充物和基体之外,为了提高木塑复合材料的使用性能,改善其加工性能,通常还需要加入添加剂。添加剂主要有润滑剂、分散剂、紫外线稳定剂、发泡剂、交联剂、阻燃剂等。

2.2 加工工艺

在工业上生产木塑材料主要有以下3种工艺路线:

(1)挤出成型工艺:这是工业上最常用的生产工艺。由单螺杆或双螺杆挤出机挤出成型,可连续挤出任意长度材料。该工艺又可分为单机挤出和双机复合挤出。复合挤出是在木塑板材的外表同步挤出一层纯塑料表层,成为特殊场合使用的木塑板材。

(2)热压成型工艺:可成型一定规格不连续板材。许民等[4]利用热压复合技术制备PP基木塑复合材料,确定了密度为0.80g/cm3、10mm厚木塑复合材料最佳工艺条件为:热压温度175℃;热压时间8min;塑料加入量40%;偶联剂加入量4%。压制的木塑复合板材性能满足相应的国家标准规定。

(3)挤压成型工艺:挤出机和压机联用的一种挤出和加压同步工艺。其成型的板材长度要大于热压成型板材。其制品综合性能优于挤出工艺生产的板材。

3 存在的问题及解决办法

木纤维含大量的羟基,表面具有强极性和吸水性,而聚合物的表面一般是非极性或极性很小,大多是疏水性的,因此木纤维与树脂基体界面间不能形成很好的黏合,复合材料力学性能较低;同时,木纤维分子内含氢键,加热时会聚集在一起,使其在复合材料中分散不均,影响其性能。改善木塑界面的相容性及混合的均匀性是制备优良性能复合材料的关键[5]。目前,改善复合界面相容性的主要方法有对原材料进行表面预处理和用改性剂提高复合界面相容性。

3.1 原材料表面预处理

3.1.1 塑料表面预处理

为了改善塑料和木纤维之间的相容性,必须使其极性相近。通过对塑料进行表面处理使其极性增加,达到改善界面相容性的效果。具体方法是采用相容剂来改变塑料的极性,也可以把塑料和添加剂直接加入双螺杆挤出机,使塑料在熔融状态下发生接枝反应等改变极性。例如在自由基存在的条件下用顺丁二烯二酸酐(MA)对聚乙烯进行接枝反应,将MA上的极性基团引入非极性的聚乙烯分子中,使改性后的聚乙烯具有一定的极性,可以提高木材/聚乙烯木塑复合材料的力学强度。

3.1.2 木纤维表面预处理

利用物理或化学的方法,对木纤维的表面进行处理,改变木纤维表面的结构和性能,以改善其与塑料的相容性。物理方法有放电处理,如低温等离子放电、溅射放电、电晕放电等。其他的方法还有拉伸、压延、混纺等,用来改变木纤维的结构和表面性质以利于复合过程中木纤维与塑料的复合[6]。化学方法主要是通过对木纤维表面极性官能团进行酰化、醚化、接枝共聚等处理,使其生成非极性化学官能团并具有一定的流动性,使木纤维表面与塑料表面相近,以降低塑料与木纤维表面之间的相斥性,达到提高界面黏合性的目的[7]。酰化处理是用酸酐、酰氯等活性酰基化试剂处理木纤维,通过化学反应使木纤维表面的极性降低,从而提高木塑之间界面的相木塑复合材料的容性[8]。

3.2 改性剂提高复合界面相容性

3.2.1 加入相容剂

用于WPC 的相容剂主要是带有酸酐基团和羧基的高分子树脂。酸酐和羧基基团与木纤维表面的羟基反应产生化学联结,而其非极性或弱极性的高分子链与树脂相容,从而增加木塑间的相容性。相容剂与木粉的配比存在一个最佳值,当相容剂的用量恰好能覆盖所有木纤维表面最为理想,过少不能充分发挥相容作用,过多则由于相容剂本身的力学性能较差,复合材料的性能会降低。

3.2.2 加入偶联剂

偶联剂分子具有两个或两个以上的官能团,一个官能团与纤维素的羟基作用,另一个官能团与聚合物的官能团作用。偶联剂能使塑料与木纤维表面间产生强的界面结合,同时能降低木纤维吸水性,提高木纤维与塑料间相容性与分散性,使复合材料力学性能提高。

3.2.3 加入润滑剂

常用的润滑剂有硬脂酸(HST)、白油、石蜡等,主要通过与木粉混合,均匀地覆盖在木粉表面,从而提高其与聚合物分子的粘接。

3.2.4 加入表面活性剂

表面活性剂能降低木质纤维和塑料基体的表面活化能,从而促进两者更好的结合。杨鸣波[9]使用一种含酯键的表面活性剂处理秸秆粉,制备了秸秆/PVC 木塑复合材料,研究结果表明秸秆/PVC复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度随秸秆含量增加而下降,但下降幅度较小。所选用的处理剂对复合材料的力学性能及加工性能有较好的改善作用。

4 WPC材料发展趋势

木塑复合材料具有木材和塑料单独使用时无法比拟的优点,同时也存在某些不足,如仍需提高耐热性、冲击强度、降低密度等。这些不足限制了木塑复合材料的应用。木塑复合材料今后的研究重点将针对以下几个方面:

(1)进一步改善木塑复合材料界面相容性[10]。随着改性机理研究和新界面相容剂的出现,木塑复合材料界面相容性和性能一定会得到很好改善。

(2)降低木塑复合材料密度[11]:通过对木塑复合材料进行发泡,一方面可以使其变轻,同时可减少原料消耗,降低产品成本;另一方面,微小气泡存在,阻止了裂纹发展,对提高材料冲击强度有一定帮助。

(3)木塑复合材料挤出工艺和设备的研究:木粉相对蓬松,易吸水和降解,填充量大,使得复合材料挤出过程中存在易架桥、流动性差等缺点,所以研究适合木塑复合材料的工艺和设备非常必要。

(4)向功能型复合材料方向发展:在木塑复合材料配方中加入一些特别的助剂,可以使其具有耐磨、耐候、耐老化、阻燃等特殊性能,这对拓宽木塑复合材料应用范围大有裨益。

摘要：简要介绍了木塑复合材料的分类及特点,木塑复合材料的配方设计和加工工艺,展望了木塑复合材料的发展前景。

关键词：木塑复合材料,加工工艺,配方设计

参考文献

[1]鲁礼娟.我国木塑复合材料的生产现状及发展趋势[J].木材加工机械,2008,(6):40—42.

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[4]许民,高延明,才智,等.木材纤维与回收聚丙烯的热压复合工艺研究[J].林产工业,2006,33(3):22.

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[7]George JMS,Speekala ST.A Review on Interface Modification and Characterization of Natural Fiber Reinforced Plastic Compos-ites[J].Poly Eng Sci,2001,(41):1471.

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[9]杨鸣波,李忠明,冯建民,等.秸秆/聚氯乙稀复合材料的初步研究[J].材料科学与工程,2000,18(4):27—29.

[10]林建国,浦鸿汀.木塑复合材料的研究和应用进展[J].广东塑料,2006,10(3):19.

[11]肖泽芳,赵林波,谢延军,等.木材—热塑性塑料复合材料的进展[J].东北林业大学学报,2003,31(1):40.

木塑材料 篇2

重庆维卡木商贸有限公司成立于2010年6月。是重庆专业生产、安装、销售户外地板、栏杆、花架、亭子、格栅、墙板、吊顶、隔墙等各种装饰材料的总集成供应商，每年户外铺装面积20000平方以上；公司连续2年被评为重庆工商联合会、重庆总商会优秀会员单位。公司坚持以“诚信第一、顾客至上”为宗旨，以全新的理念、完善而高效的管理、优质的产品、过硬的技术为市场引进先进的装饰材料，为大中型工程项目提供“独特”的优质服务。在较短时间内树立了公司形象，扩大了公司影响，壮大了公司实力。公司机构完善，实力雄厚。现有员工30余人，其中：工程技术人员8人，大学专科以上学历18人。下设四部一室，即财务部、市场部、工程部、门市部、办公室。

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近年来，公司产品被广泛应用在奥运会、世博会、亚运会、绿地国际花都、恒基翔龙江畔、万科魅力之城、渝高金洲、宗申动力城、北滨路、典雅龙洲湾、中海国际社区、南方玫瑰城、海兰云天、龙湖U城、财富中心、等大中型工程项目提供了优质产品和服务，受到社会各界的普遍赞誉。公司被评为2011年度建材家居产品明星经销商；2012年度中国西部建材年会明星经销商；被重庆市江北区工商局、质量技术监督局、商业委员会、消费者权益保护委员会、单位授予“重合同、守信用”单位。

木塑领军企业恒通科技上市 篇3

该公司主要从事以无机集料阻燃木塑复合墙板为核心产品的、可循环再利用新型建筑材料的研发、生产、销售及组装。

恒通科技在木塑复合墙板方面具备技术优势，其产品节能环保，未来发展空间可期。

科技为本 自主研发

恒通科技始终坚持技术创新，积极致力于研究和开发新产品和新技术，现已取得多项专利，其核心产品无机集料阻燃木塑复合墙板已处于行业领先水平。

恒通科技拥有无机集料阻燃木塑复合墙板技术、木塑集成房屋成套产品技术体系等多项核心技术。

恒通科技的技术属于原始创新，核心技术来源于企业自主创新和产学研合作研发，以企业自主创新为主，产学研合作为辅，各项技术处于国内先进或领先水平，均处于成熟阶段，可以稳定、大批量的生产和应用。

其中，无机集料阻燃木塑复合墙板技术和木塑集成房屋成套产品技术体系属于填补国内空白，是国家积极鼓励发展的新型墙板技术和住宅产业化技术。恒通科技已与中国建筑标准设计研究院共同制定了无机集料阻燃木塑复合墙板在房屋建造中的应用标准。

恒通科技自主研发了核心产品的配方技术、工艺技术，拥有多项专利和非专利技术，具备独立的新材料研发能力和产品设计能力，并与上游装备和模具厂家合作，开发了配合其自主研发的配方和工艺的专用设备和模具。

节能环保 前景广阔

恒通科技的核心产品无机集料阻燃木塑复合墙板主要应用于房屋建造领域，不仅具有新型建筑材料的时代性、节能环保特点，还具有可循环再利用的特点，可以减少建筑垃圾、促进自然资源消耗减量化。

恒通科技生产的新型建筑材料均可回收再利用，回收材料的成本远低于新材料成本，从而降低了产品的综合成本。

经北京市发展和改革委员会认定，恒通科技生产的无机集料阻燃木塑复合墙板为国家鼓励的资源综合利用产品。

同时，回收的废旧无机集料阻燃木塑复合墙板，只需经过粉碎工序即可作为原材料再次利用，实现了资源的循环使用，具有降低生产能耗、减少资源消耗、减少建筑垃圾等优点，符合节能环保产业的发展方向。此外，该墙板规格经过模数化设计，安装简便，能够减少现场工耗和物耗，降低施工和材料成本。

木塑复合材料的研究与展望 篇4

中国作为一个资源短缺,同时经济高速发展的国家,木塑复合材料的研究及应用应当受到特别的重视。

1 木塑复合材料的原料

1.1 木材及非木材植物纤维

木塑复合材料所用的木纤维全部来自天然植物纤维[3]。植物纤维原料具有可反复加工、可自然再生、可生物降解、密度低、长径比较高、比表面积大等特点。此外,植物纤维作为一种增强材料用于热塑性塑料中还显示了较好的力学性能,例如比强度高、硬度低、对加工设备磨损小等优点[1]。

最常用的原料当然是木材,虽然利用优质的木材作为原料生产WPC更容易获得优质产品,但从资源和环保角度看,WPC的原料应该以木材加工剩余物、废旧木材和秸秆为主。木粉或木纤维主要是由3种高聚物组成:纤维素、半纤维素和木质素[4]。在选择废旧木材作为生产原料时其清洁度非常重要[5]。木纤维作为热塑性塑料填充物具有吸引性,其原因主要是价格低廉、密度低等,并可生物降解且在加工过程无磨损或磨损小,可提高热塑性塑料的强度[6]。

采用非木材植物纤维生产WPC在技术上也是可行的。国外已经工业化应用的原料有麦秸、稻草、稻壳等。非木材植物纤维原料的主要化学成分为纤维素、半纤维素和木质素,还有许多其他次要成分,如蛋白质、树脂等[1]。非木材植物纤维的纤维素含量一般较低[2],但一些非木材植物纤维原料,如棉杆、麻杆、甘蔗渣等的纤维细胞含量却接近于木材纤维的含量。这就是上述材料可用于WPC生产的原因[1]。

植物纤维还是面临着很多问题,最主要的缺点是纤维材料与塑料基体的界面粘合性极差;其次,木纤维等增强体的热稳定温度、加工温度也限制了塑料基体种类的选择;另外,植物纤维还有加工过程的团聚倾向、吸水性、季节性供应等缺点。

1.2 塑料原料

制备木塑复合材料的聚合物基体有热固性聚合物和热塑性聚合物。热塑性聚合物可回收利用、连续生产,是制备木塑复合材料的主要聚合物基体。常用的热塑性聚合物有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等[7],它们表面多为非极性或极性很小。国外对木塑复合材料已有较深入的研究,相继开发出了PE、PS、PP、PVC木塑复合材料及制品。而国内在这方面的研究起步较晚,目前主要开展了针对PE、PP基木塑复合材料的研究[8]。实际上,任何可以在木材的退化点(200℃)以下熔化及加工的塑料都适合用来作WPC的生产原料。

考虑到性能的进一步提高和成本控制、节约资源、提高木材和塑料的利用率等因素,也会采用可回收的树脂和原料替代原生塑料[5]。大量研究表明,用降解不严重的回收塑料和木材复合而成的WPC性能与新塑料所制得的WPC性能差别不大[1]。实际上木塑复合材料的应用决定了塑料的选择,比如户外应用的木塑复合材料主要选择聚乙烯为原料[5]。

1.3 添加剂

天然纤维等具有较强的极性,而热塑性塑料多数为非极性或极性很小,这就使基体与增强体间的界面粘合性极差[9],添加剂就是改善界面相容性的手段之一。因此WPC也含有少量用于提高材料力学性能和改善原料加工性能的其他物质,例如,配方都不同程度地使用了偶联剂、光稳定剂、颜料、润滑剂(在塑料成形过程减少摩擦)[10]、防腐剂和发泡剂[11]等。当复合材料中木材含量较高时,有时也使用少量的热固性树脂,如酚醛树脂或二苯基甲烷二异氰酸酯。

其中偶联剂可分为有机偶联剂、无机偶联剂、有机-无机偶联剂3大类。实验证明有机偶联剂效果较好。目前最常用的有机偶联剂是马来酸酐(MA)和聚亚甲基聚苯基异氰酸酯(PMPPIC);润滑剂有脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺类、金属皂类、烃类和硅有机化合物。

添加剂的用量虽然很少,但对WPC材料性能及制造工艺却有很大影响,已成为研究和生产中不容忽视的重要成分[1]。

2 木塑复合材料的生产工艺

在WPC生产工艺方面,根据木质纤维材料的组元形态、木材与塑料配比、产品用途和设备条件的不同,木材和塑料复合制造WPC的生产工艺主要有3类:塑料加工工艺(挤出、注塑、高温捏合)、人造板加工工艺(低温混合、平压或模压成板)和无纺织工艺(长短纤维混杂组柸、模压成型)。挤出加工是改性塑料的重要成型方法之一,目前在生产中应用最多。挤出法生产木塑复合材料的主要设备是螺杆挤出机,包括单螺杆挤出机和双螺杆挤出机[1]。木塑复合材料挤出技术的挤出过程是非常复杂的,影响因素很多[12],其中螺杆转速、挤出温度、挤出压力对挤出成型都有影响。木塑复合材料挤出技术是今后最为重要的发展方向之一。

3 国内外WPC的发展现状及发展趋势

3.1 主要原料及配比对WPC性能的影响

3.1.1 木质填料种类和含量对WPC性能的影响

木质纤维填料的种类、含量、粒径是影响木塑复合材料性能的重要因素。木质填料的加入会改善复合材料的拉伸强度和弯曲性能,其原因是木质填料含有大量的短纤维和木质素,木纤维具有较高的机械强度和弹性,木质素具有较好的硬度和刚性,它们均可作为改性剂在复合材料中起增强作用[13,14]。

不同粒度和不同种类的木质填料对复合材料的性能也有影响,随着木纤维粒径的增大,弯曲模量增加而弯曲强度和冲击强度均降低,其中以100目木粉制得的复合材料各项力学性能最好,竹粉制得的次之,稻壳粉制得的综合力学性能最差[15]。由此可以看到,木质填料的粒径和种类都会对木塑复合材料的力学性能产生较大的影响。这是因为构成不同木质填料的主要化学成分中的纤维素、半纤维素、木质素和抽提物等的含量不同,导致了木质填料本身力学性能的不同;而木粉的细度不同则使木粉的比表面积不同,即木粉与基体树脂接触面积不同,这些因素导致了复合材料的性能随木质填料种类、细度的变化而变化[13]。

不同木质填料含量对复合材料的性能有影响,以不同种类的木粉种类与HDPE混合制成系列木塑复合材料的研究为例,与HDPE纯料相比,提高木粉、竹粉含量会导致材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量得到大幅提高,而冲击强度、断裂伸长率和熔体流动速率则有所下降,综合各项力学性能考虑,木质填料与HDPE的质量比以50∶50为宜[15]。

在使用偶联剂的情况下,当加入量相同时增大木材纤维的用量可以加速材料的润湿速度,有利于提高材料的润湿性;在热塑性聚合物用量一定的前提下,改变加入的增强材料的形状,对材料润湿性也有影响,木材纤维可以提高复合材料的润湿性[16]。

3.1.2 塑料配比对WPC性能的影响

以聚丙烯为例,现实生活中的废旧塑料制品PP占有的比例比较大,而且回收容易,价格较低。以回收的PP为原料,研究热压工艺条件下,废旧PP与木材纤维复合制作木塑复合材料,探讨了在2种不同偶联剂异氰酸酯(MDI)或马来酸酐(MA)作用下,废旧PP含量对复合材料性能的影响。结果表明PP含量对复合材料的内结合强度、吸水厚度膨胀率、静曲强度和弹性模量都有不同程度的影响。在其它工艺条件一定时,综合考虑得出:在用异氰酸酯MDI作偶联剂,PP用量为40%时,复合材料的性能最佳;在用马来酸酐MA作偶联剂,PP用量为50%时,复合材料的性能最佳[17]。

以废旧塑料PE/PP的复配制备木塑三元复合材料,通过生活垃圾中的聚乙烯(PE)与聚丙烯(PP)共混挤出形成的塑料合金颗粒基本克服了由于老化降解造成的材料性能下降的缺陷,采用PE/PP塑料合金与木粉以质量比55∶45进行硅烷偶联聚合制备的木塑三元复合材料各项力学性能较好,可以达到国家挤压木塑板材的行业标准要求;加入少量废织物纤维的复合材料的力学性能还有所提高。所用的材料主要取自生活垃圾,加工过程不会产生二次污染,为生活垃圾的资源化利用探索了一条新的途径[13]。

3.2 界面改性问题

木材表面具有丰富的极性基团——羧基,表现为亲水性;而塑料表面是非极性的,表现为憎水性,使得木纤维与聚合物基体之间的界面相容性极差,导致木纤维在塑料基体中分散不佳、复合材料力学性能下降。因此,改善木塑复合材料的界面相容性成为研究的主要目标之一[18]。

WPC中的界面改性通常采用改性木纤维或添加界面相容剂等方法。木纤维的改性包括物理改性(如干燥、热处理)和化学改性(主要是将纤维素表面的羧基反应掉)[7]。通过添加界面改性剂改善木塑复合材料界面相容性的应用较多。界面改性剂通常一端含有极性基团,另一端含有非极性基团。极性基团能与木纤维的极性部分亲和,而非极性基团则与极性较弱的聚合物基体亲和[14,18]。常用的界面改性剂有马来酸酐接枝聚烯烃、硅烷偶联剂等。

3.2.1 目前WPC研究中常见的界面改性剂

在木纤维/PP复合材料界面改性剂研究中,可利用马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)及马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH)对其进行增强和增韧改性[19]。

在木纤维/HDPE复合材料界面改性剂研究中,使用MAPP作偶联剂,对木纤维采取3种处理方法:(1)碱处理AM;(2)硅处理SM;(3)碱处理与硅处理相结合ASM。对比研究发现,用MAPP作偶联剂的前提下,3种方法中,ASM处理的WPC具有最好的的力学性能[4,18]。

在木纤维/PVC复合材料界面改性剂研究中,采用POE-g-MAH[8]取得了理想效果。

在木纤维/ABS复合材料界面改性剂研究中,用2种有机硅KBM503和KBM603作偶联剂,研究发现,1.0%(质量分数)的KBM503和0.5%(质量分数)的KBM603可使WPC表现出最佳界面性能,且KBM603的效果更好。经KBM603作用后的界面产生共价化学键被称为第一代偶联剂,而KBM503作用的界面处存在偶极子被称为第二代偶联剂[20]。

3.2.2 界面相容剂中存在的干扰和协同作用

塑料中加入木粉、木纤维或天然纤维后,熔体流动性差,挤出生产效率低,因而加工成本高,而且制品表面粗糙不平,外观差,因此WPC挤出必须采用润滑剂。一般采用内润滑剂与外润滑剂组合的方法。EBS和ZnSt的组合是WPC用工业标准润滑剂,反应挤出法制备的马来酸酐接枝共聚物为常用偶联剂,而硬脂酸金属皂会降低常用反应挤出法制备的马来酸酐接枝聚烯烃偶联剂的功效,同时减弱2种助剂效能。为解决WPC助剂干扰问题,Ferro公司生产的SXT3000不含脂肪酸金属皂,克服了2种助剂互相干扰的问题,这将成为WPC开发的一个新热点[21]。

在木纤维/PVC界面粘合性研究中,加入CPE与相容剂POE-g-MAH起到了协同作用,实验表明,两者共同作用改善了体系的拉伸、冲击、加工性能及外观[8]。

3.3 吸水性及耐热性方面的研究

WPC的吸水量和厚度膨胀率(TS)到达平衡过程前随木纤维含量的增加和浸泡时间的延长而增大且TS与吸水量之间存在线性关系。吸水量随木纤维含量增加而增大可用木纤维-水相互作用解释。其一,木纤维含量增加,其含有的自由OH增加,吸水增加导致复合材料质量增加;其二,木纤维含量低的复合材料会很快达到平衡吸水量[22,23]。研究表明,与无偶联剂添加的WPC相比,添加偶联剂可降低吸水量(如MAPP)。一方面,加入MAPP使得木纤维的自由OH与MAPP的丁二酸酐结合从而减少了自由OH;另一方面,用MAPP偶联的WPC的透明区扩大,透明区对渗透物质存在阻碍作用。进一步研究表明对于5%~10%(质量分数)的MAPP,最低浓度的MAPP就可以对WPC吸水性产生很好的效果;添加过量的MAPP反而增大了吸水量,因为MAPP比PP更具极性[6,22]。

WPC的耐热性能是加工和应用过程的一个非常重要的参数,因为其制造过程需要在高温下进行。对于纯PP,热稳定温度为475℃,加入30%(质量分数)的WF后变为423℃,即木粉的加入降低了热稳定温度且WPC的维卡软化温度(是评价热塑性塑料高温变形趋势的一种方法)随着木粉的增加呈逐渐升高趋势[15],而加入MAPP或PPVTES三乙烯硅烷偶联剂则升至483℃,说明加入MAPP或PPVTES使WPC的热稳定温度升高了。添加有机蒙脱土(OMMT)也会影响维卡软化温度[24,25,26]。

有趣的是以回收塑料(r)制造的WPC比原生塑料(v)的吸水量少,这可能是由于原生塑料制造的WPC存在更多的剩余纤维和裂缝,这些都可储存水分。WPC(r)的诸多性能都与WPC(v)的性能相似甚至比WPC(v)要好些[22]。

4 结语

木塑的环保效益和经济优势 篇5

木塑的环保效益和经济优势

木塑产品是新型的环保建材，木塑板的原料大多取自于旧塑料、木材、农林秸秆等废弃旧料，经过筛选、粉碎、研磨等工艺的处理后，其外表其美观大方、价格低廉给塑木产品增加了亮丽的风景线。塑木产品的原料取材从根源上杜绝了对森林等植被的破坏，同时能够有效的控制有害物品的排放，减少空气污染。木塑板的形成，在防潮防水、耐酸耐碱、抑菌防蛀、抗静电、易施工、强耐候等性能方面表现出异于其他同类产品的优越性，深受广大消费者的厚爱和青睐。

木塑产品的“环保效应和经济优势”主要体现在：第一，木塑产品能够保护是对森林资源。第二，是废弃物利用。第三，木塑板价格低廉，性价比高。塑木产品是由植物纤维和塑料原料混配复合组成的材料。经过筛选、粉碎、研磨和工艺处理后，即成为木塑的木质原料。在原料的使用方面上来看，木塑板可以一定程度上缓解废弃农作物秸秆焚烧造成近年来不断困扰人们的PM2.5的雾霾问题。塑木塑板的生产技术是一项有生命力的创新技术，木塑板价格低廉，站在可持续发展的长远角度来看，木塑产品将会具有广阔的市场前景带来良好的经济、社会效益，应大力推广。但由于其受技术、资金、设备和市场推广能力的诸多限制，还需要具体的政策和财税大力扶持。山东天禾宇信是一家专业研制、生产、销售木塑（塑木）材料的公司，拥有一流的生产设备、科学先进的管理和专业的人才。公司生产的所有木塑产品均是由回收塑料与天然纤维及相关的添加剂经专业的设备加工制作而成，木塑产品既保持了原有实木产品柔和的质感，同时还具有塑料和木材无法比拟的优越性。木塑板防腐耐蚀、抗紫外线侵害、抗菌类侵蚀、抗虫害、不开裂、褪色慢、无毒无害、安装简单、可再回收循环利用，健康环保，越来越多地用于替代木材，为我们留住更多的绿色。天禾宇信木塑产品广泛应用于辅板、路板、护栏围栏、篱笆栅栏、园林景观、市政建设、住宅区、公共场所、私人花园.....当您流连于周围的美景，请不要忘记脚下或身边的它，天禾宇信塑木为您创造最美的风景！

木塑复合材料阻燃剂研究进展 篇6

但由于WPC中的植物纤维和塑料(有机合成的高分子材料)均属于易燃材料,自身不具备阻燃性能,存在着火灾等安全隐患,阻碍了这种环保节约型材料的广泛使用[9]。为此,对WPC的阻燃研究一直受到人们的关注和重视,进行了大量卓有成效的研究工作,其中不乏极富价值和前瞻性的研究成果。笔者对这些研究成果进行归纳总结,以期为该领域的研究提供指导和借鉴。

1 WPC阻燃剂的种类

目前,用于WPC的阻燃剂通常可分为无机型和有机型两大类[10]。无机阻燃剂的成分主要是各种铵盐、硫酸盐、磷酸盐等盐类或复盐的化合物,随着技术发展和人们对阻燃机理的认识,磷-氮复合、磷-氮-硼复合等以高效阻燃体系为特征的无机阻燃剂相继产生。

有机阻燃剂的主要成分仍然是含磷、氮、硼元素的多元复合体系。最新的有机阻燃剂主要是无甲醛释放、低迁移、低吸湿等一剂多效型阻燃剂。常用的WPC阻燃剂种类见表1。

2 WPC阻燃剂的研究现状

WPC的原料本身就是组分复杂的天然高分子和有机高分子材料的复合体,其热分解过程很复杂。同样,其燃烧过程也包括一系列复杂的物理化学反应。为了了解阻燃机理,改变热分解过程以达到阻燃效果,国内外的研究者进行了一系列的研究。

杨舒宁等[11]将椰壳纤维、环氧包覆型聚磷酸铵(EAPP)与聚乳酸(PLA)进行熔融共混,得到一种环境友好型PLA阻燃复合材料。通过燃烧实验、热重分析、极限氧指数测试和差示扫描量热分析研究了EAPP及椰壳纤维的添加对PLA复合材料阻燃性能和结晶性能的影响。发现EAPP与椰壳纤维具有良好的协同阻燃效果,成炭效果显著。当加入10%(wt,质量分数,下同)椰壳纤维及20%的EAPP后,PLA复合材料的LOI可达到34.6%,UL94测试通过V-0级。此外,EAPP的加入显著提高了PLA基体的结晶速率和结晶度。

王林等[12]在制备注塑级木塑复合材料的基础上,采用磷系/氢氧化镁阻燃体系对WPC进行阻燃改性。发现当阻燃体系含量为30%时,其阻燃等级能达到UL94V-0级,且其他性能较好。相对于溴-锑阻燃WPC,用磷系/氢氧化镁阻燃体系所制备的WPC属于低烟无卤阻燃复合材料。

白晓艳等[13]利用热重分析和锥形量热仪测试方法研究硼酸锌对PVC木塑复合材料燃烧过程产烟量的影响。结果发现在WPC中加入硼酸锌使热解过程残炭量增加52.83%,总产烟量降低55.8%,硼酸锌对WPC阻燃与抑烟效果显著,热解产物HCl的含量增加1.64%。WPC和添加硼酸锌的样品燃烧产物中烷烃的含量分别增加29.15%和24.31%,烟毒性降低。

郭垂根等[14]采用改性炭(M-CB)、膨胀石墨(EG)、聚磷酸铵(APP)三者复合与木粉及聚丙烯制备了阻燃抗静电WPC。锥形量热及氧指数结果表明,M-CB/EG/APP三者复合阻燃体系的阻燃性能优于单一组分;热重分析表明,样品材料热稳定性高于单一阻燃体系,残炭量显著增加。

Deng等[15]合成了两种不同化学结构的含磷热致液晶共聚酯(P-LCPs),并对其阻燃机理进行了研究。发现在聚酯中加入热致性液晶高分子(TLCP)可促进了炭层的形成,残炭含量明显增多。在燃烧时,生成的炭化残余物能够形成一种惰性的屏障,阻碍裂解产生的可燃性气体向火焰面扩散,起到隔氧和隔热的作用。其次,TLCP中磷组分在热解过程中会产生火焰抑制剂,降低火焰中氢浓度,使燃烧中链的支化反应无法进行,从而阻止了燃烧的延续性。

除了常规的磷氮系阻燃剂、镁铝类阻燃剂、硼系阻燃剂及复合阻燃剂体系之外,也对一些新型阻燃剂和协效剂进行了研究开发,具有典型代表的主要有分子筛、蒙脱土、笼型聚倍半硅氧烷等。

夏燎原等[16]采用改性13X分子筛(MS)与APP复合对木材进行阻燃与抑烟处理,发现APP与MS质量比为7∶3时表现出最佳的协同效应,不仅可以提高炭层的热稳定性,而且还表现出有益的阻燃与抑烟特性。其热释放速率(HRR)显示降低,总热释放量(THR)下降了31.1%,总烟量(TSP)下降了75.9%,一氧化碳平均产量(COY)下降了69.6%,具有明显的减毒作用和对阻燃过程中释放的烟气具有转化作用。

赵永生等[17]将有机改性蒙脱土(OMMT)加入PVC木塑体系,制备了有机蒙脱土/木粉/PVC纳米复合材料,发现OMMT可明显降低WPC的初始热失重率,但使其快速分解的开始时间提前,大大提高样品的燃烧残余率,显著延迟WPC的点燃时间和燃烧热峰值产生时间,OMMT起到了有效的阻燃效果,此外OMMT的加入还降低了总燃烧热,但燃烧热峰值有所增加,发烟量也有所增加,CO和CO2产率也随之增加,增加了WPC燃烧的烟气危害性。

胡源研究小组[18,19]通过熔融共混制备了聚苯乙烯/笼型聚倍半硅氧烷(POSS)复合材料,通过锥形量热仪测试发现复合材料的最大热释放速率(pk-HRR)及CO的浓度和释放速率显著地降低了。此外,还研究了苯基三硅醇POSS/聚碳酸酯复合材料,发现添加2%的苯基三硅醇POSS能够将复合材料的pk-HRR从492kW/m2降低到167kW/m2,同时还可避免生成残炭被氧化,增加了残炭产率和热稳定性。

3 WPC的阻燃处理工艺

WPC的阻燃处理主要是阻燃剂的制备以及阻燃剂和WPC的有效结合,阻燃工艺按照不同的方法有不同的分类。按制备工艺,通常可以分为添加法和浸渍法。

添加法就是在制备复合材料过程中将阻燃剂与原材料一起加入,再经一定成型手段制备而成的方法,APP、Al(OH)3等一般都是采用这种方法。Yoshihiko[20]、Balakrishnan[21]、Charles[22]均采用直接添加阻燃剂的工艺研究了阻燃性能。

浸渍法是将WPC浸渍在阻燃剂溶液中,经常压或高压处理使阻燃剂溶液进入WPC内部的方法[23]。赵大伟等[24]采用阻燃型石蜡乳液常压浸渍处理云南松木,研究了浸渍材的燃烧性能。浸渍法处理的材料一旦阻燃剂流失,阻燃效果也就失效了[25]。目前绝大多数阻燃剂采用添加法。

4 展望

为了追求低烟低毒与高效阻燃,拓展WPC在其他行业的应用领域,今后可以从以下几个方面进行深入研究。

(1)引入纳米技术,使用阻燃剂纳米化后处理的WPC不仅能提高阻燃性,还可以克服传统阻燃剂力学下降的不足,在阻燃领域拥有广阔的应用前景。因此,新型纳米WPC的阻燃技术研究将成为今后的新课题。

(2)对原适用于木材或者塑料的单一阻燃剂进行改性处理,使其适用于WPC。另外,深入研究WPC阻燃机理,以便对制定WPC燃烧测试的标准提供参考。

(3)对WPC阻燃剂的抑烟、减毒效果进行深入研究。分析燃烧释放的气体有利于复配阻燃剂的选择,新型阻燃剂的复配对阻燃机理研究有重大的意义。

木塑环保耐用新材料将成未来主流 篇7

2008年, 在一次前往日本考察并参加展会的过程中, 冯红华被当地一种广泛使用的材料——木塑复合材料深深吸引, 回国后, 他一边继续原来电子五金公司的经营, 一边为新项目研发筹备, 并在2011年初顺利投产。

“当初相中新材料, 完全是冲着它的最大特点, 形似木材, 使用却优于木材, 最关键的是, 我们一直在提倡低碳、节能减排, 倘若因此减少木材的砍伐, 岂不一举两得?”冯红华的决定, 让他成了进军中国木塑行业的“第一批吃螃蟹的人”。

“中国的森林资源虽然很丰富, 但是人均拥有量很少, 随着木材资源越来越少, 未来定会有一种材料替代它。不仅如此, 电子五金行业, 是完全依附于电子成品的, 而木塑行业, 一旦进入, 从生产到销售, 企业可以掌握主动权。”在一番深思熟虑之后, 冯红华开始将想法投入实践。

冯红华从日本引进了木塑材料的配方, 但他很快发现, 由于两地的材料成分存在差异, 完全按照配方制造的材料并不能符合标准。“强度、防滑度等等, 哪一个指标有差异, 就在哪一方面做改进。”为了达到这一标准, 研发人员花了半年多的时间。

2011年初, 公司正式开始投入生产。每推广1吨木塑材料, 每年可节省约1立方米的木材。倘若以一期工程5万吨的生产量来计算, 这些材料的使用就能节省5万立方米的木材, 这可不是一个小数目。

这些木塑分三个渠道, 流向了不同的地方:其中三分之一以出口方式, 走向了欧美、日本、韩国等地, 甚至有些还被搬上了超市的货架;一部分通过各地的经销商, 销售到各个工程等;其他的通过一些市政园林工程、房地产工程, 走进了每个消费者的日常生活。以杭州市的动物园为例, 在一期工程中, 就有近700平方米的地板、护栏用上了这些木塑材料。

“只要有木材的地方, 就有这些材料的用武之地, 比如空调外箱等, 倘若加紧利用, 深入研发, 它的行业前景十分广阔。”公司常务副总经理曾晓天强调, “这些木塑材料比木材更好用, 因为它防水、防腐, 除了可以降低维护成本外, 还可以循环再利用, 省下不少木材原料。此外, 材料的外形很美观, 颜色也丰富, 且可根据用户需要进行生产。”如地板, 木质质感, 耐水防腐, 防白蚁;组装安装简易, 经济实用;免除油漆维护, 节省使用成本, 色泽恒定持久;防滑, 不易开裂, 温度适应零下40℃到零上60℃;抗撞击, 品质经久耐用。

木塑材料 篇8

随着农村生活水平的日益提高,液化气、煤气等清洁能源进入农村,大量的农作物秸秆被焚烧处理,这不仅造成了自然资源的严重浪费,更对农村及其周边城市的环境造成了巨大的损害。另一方面,我国大城市以及某些农村地区因塑料废弃物制品处理不当而造成的“白色污染”问题已成为我国环保事业中的一个棘手难题。木塑复合材料生产技术正是采用这些廉价的农作物秸秆及回收的废旧塑料为主要原料,生产各种木塑复合制品。由于生产原料中废弃资源利用比例高达95%以上,因此木塑复合材料的研制和广泛应用,有助于减缓塑料废弃物的污染,也有助于减少农业废弃物焚烧给环境带来的各种污染。因此,对木塑复合材料的制备进行研究,蕴含着巨大的经济效益和环保效益。

1国内外技术现状和水平

到目前为止,对木塑复合材料制备方法的研究很多,福建林学院的杨庆贤、中国林科院王正等研究了塑料种类、木纤维、助剂、成型工艺等对木塑复合材料性能的影响[1,2]。北京化工大学张明珠等对该类设备进行了研究开发,同时研制了挤出成型装备,设计了专用螺杆[3,4]。美国米拉克隆(Milacron)公司自20世纪90年代已经向加工厂商出售了100多台同向旋转锥形双螺杆挤出机。加拿大ONYX公司1997年在多伦多建立了3条生产线,1999年达到了43条生产线。俄罗斯伊莫埃特公司开发了30余条高填充量木塑制品生产线[5]。

提高木塑复合材料界面相容性,一般从3方面入手:一是木纤维的改性;二是塑料的改性;三是添加助剂。对于这3个方面,国内外都有研究。华南理工大学的殷小春等对影响界面的因子进行了探讨,得出结论:不同基体、不同木纤维的尺寸与含量、不同的加工工艺得到的复合材料,其相容性是有差异的,其力学性能也有差异[6]。关于偶联剂的研究比较多,英国学者R.G.Raj采用了硬脂酸、矿物油等对木纤维进行处理,然后制成复合材料。加拿大的B.V.Kokta等研究了在木纤维表面包覆乳胶或者接枝聚合物/乙烯基单体,复合材料的力学性能得到了提高[7,8]。Oksman和Lindberg研究了苯乙烯基-乙烯基/丁烯-苯乙烯(SEBS-G-MA)对木塑复合材料界面相容性的影响[9,10]。用硅烷对木纤维进行预处理,可以改善木纤维与基体间的界面粘结和在基体中的分散性,并且降低复合材料的水分吸收率,从而提高复合材料的拉伸强度和模量[11,12]。中国林业科学院的郭文静等对于塑料改性提出了制备塑料合金的方法,可以综合均衡各聚合物的性能,取长补短,消除各单一聚合物组分性能的弱点,获得综合性能较为理想的聚合物材料[13]。还有其它的一些大学以及科研机构都着重对木塑复合材料的界面相容性进行了研究。

2材料性能及其应用前景

2.1材料性能

木塑复合材料具有比单独的木质材料或塑料产品更优异的性能,是木材的理想代用品。用于木塑复合材料的热塑性塑料主要为PE,PP,PS和PVC等,包括新料、回收料以及二者的混合料,而木纤维则为木屑、稻壳、麦秸等资源丰富、价格低廉的农业废弃物和木材加工的废弃物。与木质材料相比,具有强度高、稳定性好、材质均一、耐水性、耐酸碱性能好等优点;与塑料材料相比,具有低毒、不锈蚀、成本低等优点。因而,木塑复合材料制品具备独特的优良特性[14]。

2.2材料的应用前景

目前,塑料与木材两个行业都遇到了难题。一方面,塑料难以分解,对环境造成严重的危害;另一方面,木材产量锐减,出现供不应求的局面。木塑复合材料的适时出现,恰巧将二者融合到一起。木塑复合材料制品兼有木材和塑料的特点,因此被广泛地应用于家具、建筑、工业、车辆船舶、包装运输等行业领域[15]。

3生产工艺

把木质纤维和热塑性塑料利用热搅拌技术使其充分结合,然后像加工传统的塑料产品一样,以挤出、层压、模压或者注塑的方式成型。木塑复合材料的工艺流程,如图1所示。

4设备的配置方案

该木塑复合材料技术实用性强,产业化比较容易,所以比较适合投资生产。现设计一个投资方案,并对其进行经济效益分析。

4.1厂房、仓库

1)原料仓库面积:50m2;

2)生产厂房面积:160m2;

3)成品仓库面积:50m2。

4.2配套设施

1)电力:生产线总装机容量150kVA;

2)水:压力在0.4～0.6MPa;

3)用户工厂配套工程:空压泵储气罐,过滤冷却系统,污物排放或储存;

4)生产线需要工人5～10人,管理人员5人。

4.3生产线的配置

生产线根据生产工艺进行选择。根据比较,选择一步挤出法,即由混炼后直接挤出成型。一般选择如下设备:混合机组、挤出机、模具、真空定型台、牵引机等。所有设备估算合计金额为43.1万元,设备明细如表1所示。

5经济效益分析

项目以一组生产线为例,总投资200万元,其中固定资产投入43.1万。流动资金156.9万元。效益分析的前提假设是:

1)价格稳定,且产品销售单价与销售量无关;

2)年生产总成本中,变动成本与产量成正比,固定成本则与产量无关;

3)年销售量与年产量相同,不存在产品积压;

4)产品以及产品组合不变。

5.1产品成本构成

产品成本构成,如表2所示。

固定成本=固定资产折旧+管理人员工资+管理费用+厂房租赁费=32.10万元

变动成本=原材料+模具费+动力费+工人工资+维修费=260.02万元

5.2销售利润

销售价格按2006年的市场价格7500元/t来计算,销售利润,年销售税金按综合税率35%,则

年利税总额=157.88万元

年税金总额=55.258万元

年利润总额=年利税总额—年税金总额=102.62 2万元。

1)投资利润率

投资利润率=年利润/总投资×100%=51.31%

2)投资利税率

投资利税率=年利税总额/总投资×100%=78.94%

3)投资回收期

投资回收期=总投资/年利润=1.95年

5.3盈亏平衡分析

盈亏平衡分析是指根据建设项目正常生产年份的产品产量(销售量)、成本、税金等,研究建设项目的产量、成本、利润之间变化与平衡关系的方法。盈亏平衡点(BEP)是指销售收入正好等于成本时的产量,在该点收入等于生产成本,项目刚好盈亏平衡。BEP越低,表明项目赢利的可能性越大,造成亏损的可能性越小。

盈亏平衡点(BEP)产量=年固定成本/(销售收入-税金-变动成本)×100%=23.83%

由以上测算可知,该项目只要达到生产能力的23.83%,即143t/a便可保本,小于143t即亏损。

6结语

木塑材料 篇9

1 木塑复合材料的生产

1.1 工艺路线

木塑复合材料生产的主要工艺路线为:原材料预处理→原材料混合→挤出成型→切割。

原材料预处理主要是对木粉进行干燥。之后将木粉、树脂以及其他助剂放入高速混合机中混合均匀。混合完毕后, 通过真空上料方式将混合物吸入料斗, 在挤出设备上设定适当的加工工艺参数 (如加热温度、加料速度、螺杆转速和冷却辊温度等) , 将三辊间隙调整到要求的厚度, 打开挤出机, 经挤出机熔融混合、三辊冷却压片、切刀按需要的尺寸切割后, 即可生产出满足需要的木塑复合材料。图1为典型木塑生产线示意图。

1.2 决定木塑复合材料质量的几个关键因素

(1) 原材料的选择

生产木塑复合材料的原材料主要有热塑性树脂、偶联剂或相容剂、木粉、PP薄膜及助剂等。原材料的性能基本上决定了木塑复合材料的性能, 因此应根据木塑复合材料的不同性能要求选取不同的原材料。

a.热塑性树脂

有PP、PE、PVC和ABS等。因汽车内饰件特定的产品形状及强度要求, 大多采用PP。PP典型性能指标见表1。

b.木粉

木粉的粒径控制在40~100目。木粉易吸水, 使用前应进行干燥处理, 需将含水量控制在6%以内。表2为一些常用木粉的技术指标。

c.PP薄膜 (外覆材料)

PP薄膜厚度一般为0.08 mm, 对装饰面料与木塑复合材料之间的粘结强度要求不高时可降为0.03 mm。

d.助剂

主要有无机填料、偶联剂、润滑剂和增强剂等。

(2) 木塑复合材料配方的设计

配方设计对木塑复合材料性能影响很大。增加木粉含量可提高木塑复合材料的刚性、弯曲模量和硬度, 但会降低冲击强度和材料收缩率。在配方中加入偶联剂或相容剂, 可增加热塑性树脂与木粉之间的结合力, 同时能大幅度提高木塑复合材料的各方面性能。在配方中加入润滑剂, 能增加熔体的流动性, 使材料挤出更容易, 有助于提高木塑复合材料在单位时间内的挤出量。

(3) 工艺控制

木粉耐高温性能差, 工艺控制时要注意加工温度。温度过高可使木粉炭化, 温度过低则塑化不良, 木塑复合材料表面易出现桔皮现象等表面缺陷。

1.3 木塑复合材料的性能

各汽车主机厂对汽车内饰件用木塑复合材料有不同的标准要求。一汽解放公司采用解放JF03系列标准, 一汽大众采用TL52203标准, 二汽系统采用47EQ系列标准。这些标准主要是对木塑复合材料的弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、吸水率、热变形温度和尺寸变化率等指标提出要求。

2 木塑复合材料在汽车上的应用

2.1 木塑复合材料的特点

a.表面硬度和耐磨性能与纯树脂制品相比有明显改善;

b.尺寸稳定性好, 无裂纹、不翘曲, 吸水性较其它木质材料明显降低;

c.耐热性能比纯树脂制品高;

d.表面性状较其它木质材料有显著改善, 无需涂饰, 具有独特光泽;

e.耐腐蚀性好, 不怕虫蛀;

f.耐候性好;

g.机械加工性能好, 可锯、可刨、可粘结、可用钉子或螺钉固定, 并且容易维修;

h.可重复使用和回收利用, 可生物降解, 符合环保要求, 适于做汽车内饰件。

2.2 应用木塑复合材料的汽车内饰件

有汽车门内饰板、左右侧围饰板、高架箱、衣帽架和后盖板等。用木塑复合材料生产的汽车内饰件的典型结构见图2。

2.3 用木塑复合材料生产汽车内饰件的加工工艺

一般采用热压成型工艺。

(1) 热压成型工艺流程

上料→加热→压制成型→切边→包边→包装。

热压成型工艺的关键点为烘烤木塑复合材料的温度与时间。该工艺的优点是不用胶粘剂, 可以将装饰面料与木塑复合材料一次压制成需要的产品。如产品需要更新换代, 只需改换相应的模具 (热压模具费用较注塑模具费用低) 。

(2) 热压成型工艺的生产设备

生产设备主要包括液压系统和加热系统。液压系统主要采用四柱液压机, 根据所生产制品的大小选用不同型号的液压机。较先进的加热系统采用自动加热炉, 炉内上、下两面都有加热瓦, 以保证木塑复合材料受热均匀。木塑复合材料通过履带传动送入加热炉内, 烘烤到需要的时间和温度后, 再由履带传输到模具上方, 到达预定位置后送料履带自动回位, 木塑基材自动落在下模上方, 启动压机压制成型。

(3) 热压成型工艺的成型模具

热压生产用的成型模具有金属模具和树脂模具两种, 生产者可根据自身需要选择。

a.金属模具一般为钢模, 寿命为20万件以上。钢模导热性好, 可直接切边 (分单切和双切断) , 工人劳动强度低, 但造价较高。

b.树脂模具寿命短, 大约为1万

件左右。树脂模具导热性差, 需人工辅助切边, 工人劳动强度较大, 但制模周期短、造价低。

3 木塑复合材料的发展方向

木塑复合材料的加工是把木质材料作为塑料的填充物, 靠外力加压或胶接强行将木质材料和塑料结合在一起。这样, 未塑化的极性木质材料和非极性的塑料相容性差, 塑料和木质材料结合不紧, 导致材料品质下降。未来的发展方向应是首先用一种专门配制的反应引发剂在木质材料之间引发化学反应, 通过塑化预处理, 把木质材料的极性尽可能消除, 使之与非极性的PP树脂极性相近, 以改善木质材料与热塑性树脂之间的界面粘结性能。塑化预处理使木塑复合材料加工性能好转, 对加工机械的要求降低, 塑料使用量下降, 既改善了产品性能, 又降低了生产成本。

木塑材料 篇10

关键词：木塑复合材料,弯曲性能,温度

随着加工工艺和成型设备的改善,木塑复合材料的产品质量逐步提高。但户外使用的木塑产品长期暴露在空气中,当空气温度有较大变化时,产品内部结构会发生改变,使性能也有所改变,甚至会使内部结构严重破坏,使用寿命大大降低,并造成资源的极大浪费。

本文研究了经过不同温度处理后的木塑复合材料的弯曲性能。为了使选择的试验温度更具有广泛的代表性和实用性,试验考虑了使用时的最低和最高平均气温。

1 试 验

1.1 试验材料

木粉,80目,市售;HDPE,5000S,中国石化总公司;偶联剂,KH-550,青岛海化阻燃材料公司;润滑剂,RH330-1,市售;无水乙醇,分析纯,青岛华东化玻有限公司。

1.2 试验设备

双螺杆挤出机,SJSZ-51/105,青岛鑫泉塑料机械有限公司;万能制样机,FYWN-15,吉林省峰远精密电子设备有限公司;高速混合机,MSJX-13,张家港明塑机械厂;万能试验机,DYD-50-5,无锡东仪科技制造有限公司;电热恒温干燥箱,101A-4,上海英松工矿设备仪器有限公司;数显式低温试验箱,DW-100,无锡精创科技有限公司。

1.3 基本配方及工艺流程

1.3.1 基本配方

在实际生产中,木塑产品中的木粉掺量一般在30%以上,因此,本试验确定的木塑复合材料中木粉掺量为40%~70%,其基本配方如表1所示。

注:(1)掺量指各组分在复合体系中所占的质量百分比,下同。

1.3.2 制备工艺

由于高密度聚乙烯属于热塑性塑料,最高加工温度不超过200℃,而且在熔融状态时对剪切力较为敏感,在较大剪切力下容易分解,因此,本试验木塑复合材料的工艺参数设置见表2,制备工艺流程见图1。

1.3.3 试验方案

试验温度分别考虑了夏季南方地区最高平均气温和冬季北方地区最低平均气温,以10℃作为1个梯度,试验温度分别设为:-26、-16、-6、6、16、26、36和46℃。

木塑复合材料经挤出成型后,在常温下放置72 h以上再进行制样,然后放入设定温度的低温试验箱或恒温干燥箱中72 h,取出后在常温下放置24 h,按GB/T 9341—2000《塑料弯曲性能试验方法》进行弯曲性能试验。

2 结果与分析

2.1 温度对木塑复合材料弯曲性能的影响

不同木粉掺量时木塑复合材料弯曲强度随温度的变化见图2,弯曲模量随温度的变化见图3。

由图2、图3可以看出,当温度大于6℃时,木粉掺量为40%~60%的木塑复合材料的弯曲强度和弯曲模量随着温度的升高而降低;当温度小于6℃时,弯曲强度和弯曲模量随着温度的升高而升高。这是因为在以上3个配方(木粉掺量分别为40%、50%和60%)的木塑复合材料中塑料的掺量较大,而且在成型过程中,由于塑料的润滑性较大,更易于分散,塑料在复合体系中属于连续相,对体系的强度起决定作用。聚乙烯主链只有C—C键,原子及链段旋转容易,因而具有较好的柔性,分子活化能较低,受温度的影响较大。木粉的主要成分是木质纤维,而木质纤维由于具有很多分子内及分子间氢键,属于刚性大分子,使得原子及链段不易活动,受温度影响较小[1]。

当木粉掺量达到65%和70%时,由于复合体系中木粉占据了大部分空间,此时体系的弯曲强度主要由木粉决定。但较多的木粉使得体系流动性变得极差,成型后产品中存在较多的空隙,虽然木粉的刚性较大,但由于空隙的存在,抵消了一部分刚性,使得弯曲强度和弯曲模量下降。当木粉掺量达到65%,处理温度由6℃降低至-6℃时,体系的弯曲模量有一定提高,但弯曲强度却降低,这说明在木粉填充量达到临界填充体积时,弯曲强度和弯曲模量也并不是绝对相关。

木塑复合材料在成型过程中,由于冷却时分子运动被冻结,一部分分子链不可避免地仍处于被压缩状态,在材料内部产生较大的应力。当温度由26℃升高到46℃的过程中,被冻结的分子链具有了更高的能量,分子链段运动开始活跃,分子链之间的距离增大,范德华力减小,在受到外力时,可以产生更大的形变,相当于分子链“变软”,复合材料刚性变小,弯曲强度随之下降。

当温度由26℃降至6℃时,由于降低的温度使得复合体系中未被冻结可以旋转的分子链段也被冻结,使刚性增大,在受到外力时不易改变构象,使得弯曲强度增大(木粉掺量70%的除外)。

当温度由6℃降至-26℃时,由于温度越来越接近聚乙烯的玻璃化温度(-48℃),复合体系中可以自由旋转的链段越来越少,只能通过改变键角及键长来抵抗外力载荷,但键长及键角对分子链构象的改变程度较小,形变较小,因此致使化学键断裂,弯曲强度反而降低。

2.2 木粉掺量对木塑复合材料弯曲强度的影响

图4为不同处理温度下木粉掺量对木塑复合材料弯曲强度的影响。

由图4可以看出,在试验温度范围内,随着木粉掺量的增加,弯曲强度先上升然后再降低,并且均在木粉掺量达到65%左右时弯曲强度达到最大值。这是因为聚乙烯属于柔性分子,而木质纤维由于含有较多的氢键而具有很大的刚性。在木粉掺量较低时,塑料在体系中属于连续相,而木粉是分布在体系中的多个“孤岛”,木质纤维之间相距较远,无法形成“交叉”式的机械互锁[2]。在外力作用时,木质纤维反而成为应力集中点,体系弯曲强度降低。随着木粉掺量的增加,塑料则成为木质纤维的粘结剂和润滑剂,木质纤维在体系中形成连续相,分子间距变小,分子间氢键增多,范德华力增大,分子间作用力增强,而且木质纤维之间形成了更多的交叉,在高压下较为密实,体系的刚性增大,弯曲强度也随着增大。

当木粉掺量达到70%时,体系中的塑料掺量很少,在挤出过程中,体系的润滑性较差,黏度较大,挤出困难,而且木质纤维之间的强氢键作用使得“聚团”现象严重,挤出的制品不密实,产生较多空隙。当受到外力作用时,产生较多的应力集中点,抗变形能力迅速下降,弯曲强度也随之急剧降低,致使制品无法正常使用。

3 结 语

(1)木粉掺量为40%~60%的PE/木粉木塑复合材料的弯曲强度在6℃左右达到最大值,当温度升高或降低时,复合材料的弯曲强度均会降低。

(2)木塑复合材料的弯曲强度随着木粉掺量的增加而增大,在掺量达到65%时弯曲强度达到最大值。

(3)木塑复合材料弯曲强度一般随着弯曲模量的增大而增大,但木粉达到临界填充体积时,弯曲强度会随着弯曲模量的增大而减小。

(4)木塑复合材料是一种新型的环保型建筑装饰材料,力学性能优良,在户外使用时,使用温度的变化与光照的强度和时间均有直接联系,而光照会引起木塑复合材料的降解,使材料的力学性能降低。因此,本试验得出的强度数据比实际情况下的要大,在使用时应加以注意。对于生产企业来说,不能一味追求降低生产成本,要保证产品质量,同时也要注重提高其耐久性,保证使用安全和使用寿命,使其走上良性发展的道路。

参考文献

[1]蒋永涛,李大纲,吴正元,等.温度对两种木塑复合材料的影响[J].林业机械与木工设备,2008,36(3):13-26.