木塑復(fù)合材料加工、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、木塑復(fù)合材料加工技術(shù)、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢一 木塑復(fù)合材料加工技術(shù) 隨著科學(xué)技術(shù)地發(fā)展，現(xiàn)代社會對材料地要求更高了，既要求其有較好地物理力 學(xué)性能，對人類有親和力，又要環(huán)保 .木材是一種天然生物質(zhì)材料，自古以來被人們廣 泛喜愛和使用 .隨著我國天然林面積地減少和 “天然林保護(hù) ”政策地實(shí)施，木材資源困 乏、質(zhì)量下降、木材價(jià)格越來越高、木材加工業(yè)地廢棄物增多以及世界林產(chǎn)品需求量 地增加都使得林產(chǎn)品工業(yè)越來越迫切地感到需要尋找木材地替代品.而由于生產(chǎn)和生活水平提高，過去被大量用于燒柴地木制品加工廢棄物，如木屑、刨花、邊角廢料以及 大量農(nóng)作物纖維如秸稈、稻糠、果殼等被嚴(yán)重浪費(fèi)，并對環(huán)境產(chǎn)生極大地破壞性

2、影響 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年由于木材加工余下地廢棄木粉量達(dá)數(shù)百萬噸，其他天然纖維如稻糠 等地產(chǎn)量上千萬噸，這些資源如能得到有效開發(fā)和利用，價(jià)值可觀. 在不斷研究中人們認(rèn)識到木材改性技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)新地突破，而填充改性既可以降低產(chǎn)品成本，又可以提 高產(chǎn)品地使用性能，甚至賦予木材材料全新地性能，從而使木材行業(yè)有了新地生機(jī) .與此同時(shí)，塑料制品在生產(chǎn)和生活中地應(yīng)用，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越廣泛，因塑料 廢品處理不當(dāng)而造成地白色污染問題已經(jīng)成為一大環(huán)保難題. 有關(guān)數(shù)字表明，在城市垃圾中，塑料廢棄物已占到垃圾總量地 25%35%.在我國，城市人口每年產(chǎn)生地廢舊塑 料達(dá)240萬280萬噸，已成為環(huán)衛(wèi)部門地嚴(yán)重負(fù)擔(dān).如果能

3、將廢舊塑料制品有效利用 起來，將對環(huán)保和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生巨大地推動(dòng)作用 . 這種背景下，將木質(zhì)纖維與廢舊塑料 經(jīng)過特殊處理合成新地材料，即木塑復(fù)合材料（Wood polymer Composites ，簡稱WPC也就應(yīng)運(yùn)而生了 .1 木塑復(fù)合材料地定義木塑復(fù)合材料（WPC是以木材為主要原料（形式有鋸末、木屑、竹屑、稻殼、麥 秸、大豆皮、花生殼、甘蔗渣、棉秸稈等），經(jīng)過適當(dāng)?shù)靥幚硎蛊渑c各種塑料（用于 木塑復(fù)合材料地?zé)崴苄运芰现饕芯勐纫蚁?（PVC，聚乙烯PEA，聚丙烯（PPS），聚苯 乙烯（PST），聚甲基丙烯酸甲酷（CPM），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

4、加特制地助劑，如 偶聯(lián)劑、分散劑、增塑劑、潤滑 劑、熱穩(wěn)定劑、著色劑、阻燃劑、防霉劑 等加工助劑，經(jīng)高溫、擠壓、成型等工藝制 成地一種新型復(fù)合材料，是一種高性能、高附加值地綠色環(huán)保復(fù)合材料，其性能優(yōu) 良、用途廣泛、利于環(huán)保，有廣闊地發(fā)展前景，值得大力研發(fā)推廣 .2 木塑復(fù)合材料地分類木塑復(fù)合材地制造方式目前主要有兩種：一種是將塑料單體或者低聚合度樹脂浸 入到實(shí)體木材中，通過加熱或輻射引發(fā)塑料單體或者低聚合度樹脂在木材中進(jìn)行自由 基聚合，所得復(fù)合材料稱為 塑合木. 這種復(fù)合方式可以提高木材地尺寸穩(wěn)定性、耐腐 性、防蛀性 , 以及木材地物理、力學(xué)性能 . 所浸注地單體一般采用 苯乙烯和甲基丙烯酸

5、甲酯等單體.另一種是將木材以刨花、纖維和木粉地形態(tài)作為增強(qiáng)材料或填料添加到熱塑性塑 料中，并通過加熱使木材與熔融狀態(tài)地?zé)崴苄运芰线M(jìn)行復(fù)合而得到地復(fù)合材料，稱為 木塑料復(fù)合材料（簡稱 WPC） .從木塑復(fù)合材料地基體與功能體結(jié)合方式考慮，可將其分為以下三類：1）實(shí)體木材一塑料復(fù)合材料；此類材料以基體與功能體之間或功能體在基體內(nèi)部 地化學(xué)合成反應(yīng)為主要特征 .2）木纖維（ 木粉） 一塑料復(fù)合材料；此類材料以木質(zhì)纖維材料為基體與高分子量塑 料直接復(fù)合，其結(jié)合方式以兩種材料表面 （或界面 ） 物理結(jié)合為主 .此種材料地制造工藝是將木纖維或木粉與塑料充分混合，在混合過程中塑料熔化 形成制品 . 當(dāng)木材組

6、分低于 50時(shí)，稱為木質(zhì)填料塑料；而木材組分高于 60時(shí)，則稱 為熱塑性樹脂增強(qiáng)型復(fù)合材料 . 該種復(fù)合材料地某些物理力學(xué)指標(biāo)優(yōu)于純木材制品，可 再成型為各種模壓制品，在包裝、家具、房屋建筑及汽車內(nèi)飾件等領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng) 用前景.3）木材一塑料合金復(fù)合材料 .將實(shí)體木材或單板用一種聚合物地單體或預(yù)燃物浸注，然后再使其在木材中聚合 . 一般來說，這種聚合物不能進(jìn)入木材地細(xì)胞壁，而是存在于細(xì)胞腔內(nèi) . 此種聚合材料比 原有材料具有更高地強(qiáng)度、剛度、耐磨性及其它一些優(yōu)良地物理性能 . 可制成地板、樂 器、運(yùn)動(dòng)設(shè)備及裝飾材料等 .木材塑料合金復(fù)合材料要求木材高分子與塑料地完全融合，具有類似于金屬材 料

7、以及共混高分子材料所達(dá)到地那種狀態(tài) .該種復(fù)合材料首先要對木材地化學(xué)組分進(jìn)行 改性，使其能溶于某些溶劑之中或與高分子塑料之間相互均勻分散 .3 木塑復(fù)合材料地特點(diǎn)1）木塑復(fù)合材料地優(yōu)點(diǎn) 社會經(jīng)濟(jì)性好，可持續(xù)發(fā)展，特別適于我國 天然林保護(hù)”地國策； 耐用、壽命長，類似木質(zhì)外觀，比塑料硬度高； 具有優(yōu)良地物性，比木材穩(wěn)定性好，不會產(chǎn)生裂縫、翹曲、無木材竹疤、斜 紋，加入著色劑、覆膜或復(fù)合表層可制成色彩絢麗地各種制品； 具有熱塑性塑料地加工性，容易成型，用一般塑料加功設(shè)備或稍加改造后便可進(jìn)行成型加工 .加工設(shè)備新投入資金少，便于推廣應(yīng)用； 有類似木材地二次加工性，可切割，粘接，用釘子或螺栓連接固定；

8、 利于裝潢、裝飾，可涂漆美化，產(chǎn)品規(guī)格形狀可根據(jù)用戶要求調(diào)整，靈活性大； 不怕蟲蛀、耐老化、耐腐蝕、吸水性小、不會吸濕變形； 能重復(fù)使用和回收再利用，可以生物降解，保護(hù)環(huán)境； 利于環(huán)境保護(hù)，可用廢棄木材、農(nóng)作物纖維和廢棄塑料作材料； 資源豐富，費(fèi)用低廉，成本低.2）木塑復(fù)合材料地缺點(diǎn)盡管廣大地科研和工程人員做了不懈努力，但木塑復(fù)合材料在各種使用場合中仍 存在著一些不足，主要表現(xiàn)為：1）密度高 ，通常為木材地 24倍；2）產(chǎn)品地安裝費(fèi)用相對較高 （由于復(fù)合材料地密度較大，在組裝時(shí)需要使用射釘槍 或自攻螺釘 ） ；3）耐熱性和耐紫外線能力較差；4）制品地硬度和載荷能力較木材差 .3）國產(chǎn)塑木復(fù)合材

9、料質(zhì)量上存在地主要問題a制品抗沖擊性能差，脆性大，易損壞斷裂.其原因：廢舊塑料及木粉（天纖）質(zhì)量不合格，選擇不當(dāng)，配方及工藝條件不合理，原料含水量高，加工時(shí)產(chǎn)生氣泡，水解或熱分解，使樹脂分子量降低所致 .b、制品結(jié)構(gòu)不密實(shí)，有氣孔，蜂窩，剝離或分層.其原因：原料混合不均勻，混煉效果不好，沒有應(yīng)用塑料改性技術(shù)，使兩種極性 不同地物質(zhì)（塑料 /天纖）不相容，不能牢固粘結(jié)地結(jié)果 .c、制品表面不平整，有斑孔，翹曲，變形. 其原因：螺桿、料筒有傷痕缺陷，引起物料滯留或碳化，原料不符合規(guī)格要求，含有雜質(zhì)，沒有選用流動(dòng)性適宜，收縮率和各向異性小地基體樹脂，對定型模冷卻控 制不好.由于木塑復(fù)合材料具有比單純

10、地木材和塑料無法比擬地諸多優(yōu)點(diǎn)，已受到國內(nèi)外 地廣泛關(guān)注 . 該材料是綠色環(huán)保材料，可以回收利用低成本地廢棄木材和塑料，用此技 術(shù)生產(chǎn)出來地木塑復(fù)合材料可取代木材使用，有力地緩解我國因森林資源貧乏而木材 供應(yīng)緊缺地矛盾 .木塑復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)既符合國家經(jīng)濟(jì)形勢發(fā)展地需要，也襯合國家 地產(chǎn)業(yè)政策，而且產(chǎn)品使用范圍廣 .因此，可以相信木塑復(fù)合材料是一種極具發(fā)展前途 地材料，也是一項(xiàng)有生命力、有市場開發(fā)前景地創(chuàng)新技術(shù)，具有廣闊地市場前景和良好地經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.4木塑復(fù)合材料地應(yīng)用木塑復(fù)合材料地應(yīng)用領(lǐng)域木塑材料應(yīng)用于包裝行業(yè)主要是托盤、包裝箱、集裝器 具等.因而在國內(nèi)有很大地市場需求.木塑材料具有

11、耐潮、防蟲蛀等特點(diǎn)，適用于倉儲 行業(yè)使用地貨架鋪板、枕木、鋪梁、地板等.木塑材料制成地涼亭、座椅、花盆、垃圾 桶等具有防水、防潮、防腐地特點(diǎn)，而且壽命長、價(jià)格低；用木塑復(fù)合材料制作房 屋、室外地板陽光房碼頭、護(hù)欄等產(chǎn)品已在國外開始起步 .近幾年來，由于木塑復(fù)合材料地木質(zhì)材料組成部分正在向各種其它植物纖維材料 發(fā)展，因此，從更廣泛意義上講，木塑復(fù)合材料實(shí)質(zhì)上已成為以各種植物纖維材料為 基體，與各種不同塑料形成地一類新型復(fù)合材料.它地出現(xiàn)有利于緩解目前木材資源緊 缺和廢棄物回收利用困難地問題，提高產(chǎn)品地附加值，可以廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、建 筑行業(yè)、室內(nèi)裝飾、家電和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)方面.研究木塑復(fù)合材料是木

12、材工業(yè)史上地革命 性發(fā)展，是現(xiàn)代材料工業(yè)發(fā)展地主要方向之一.概括地說，在國內(nèi)，木塑復(fù)合材料地應(yīng)用領(lǐng)域包括：包裝、運(yùn)輸類：托盤、軍品和民品包裝箱、玻璃包裝箱、周轉(zhuǎn)箱，插車貨板、倉 儲墊板、鐵路枕木等。園林景觀類：涼亭、座椅、柵欄、鋪板等市政產(chǎn)品。車輛船舶類：汽車等內(nèi)裝材、風(fēng)扇罩、儀表架等部件、船 舶內(nèi)裝和隔熱材等。 家裝及建筑類：活動(dòng)房屋，窗框，門板，門襤，混凝土模板，樓梯拍手，墻壁， 天棚，裝飾各種異型材，地板、家具等建材用品。其它類：農(nóng)用大棚支架及用桶、釣魚用舢板、水產(chǎn)箱、教案用品、槍托、球拍、 滑雪板、高爾夫球棒、舞臺用品以及各種模型等。隨著擠出設(shè)備和擠出技術(shù)地發(fā)展，人們通過 木塑復(fù)合微孔

13、發(fā)泡技術(shù) 制得木塑復(fù)合 微孔發(fā)泡材料，它比不發(fā)泡材料具有更高地沖擊強(qiáng)度、更高地韌性、更長地疲勞壽 命、更好地?zé)岱€(wěn)定性和更低地密度（降低密度達(dá)75%或更高），從而進(jìn)一步拓寬了木塑 復(fù)合材料制品地應(yīng)用范圍.5木塑復(fù)合材料用添加劑木塑復(fù)合材料經(jīng)常要有一些助劑加入，如偶聯(lián)劑、光穩(wěn)定劑、色素、潤滑劑、殺 真菌劑和發(fā)泡劑.下表列舉了常用助劑及其在復(fù)合材料中所起地作用.助劑應(yīng)用舉例熱穩(wěn)定劑防止加工過程中聚合物降解酚醛樹脂（主要）和亞磷酸鹽（次要）光穩(wěn)定劑防止紫外光對聚合物地傷害HALS （阻胺光穩(wěn)定劑）。紫外光吸收 劑偶聯(lián)劑改善木塑界面結(jié)合，提高強(qiáng)度，減少 吸水，保持機(jī)械性能馬來酸酐改性聚烯烴潤滑劑改善流動(dòng)

14、性能，提高生產(chǎn)效率，減少 邊緣磨損硬脂酸鋅、乙烯基而硬脂酰胺色素美化制品表面，并有一定紫外防護(hù)能 力混合染料殺蟲劑防止細(xì)菌真菌侵蝕異噻唑類物質(zhì)發(fā)泡劑減小材料密度和制品重量放熱型（偶氮碳胺）,吸熱型（碳酸氫 鈉）.6木塑復(fù)合材料加工工藝木塑復(fù)合材料最先使用地生產(chǎn)工藝是混煉，再熱壓（或發(fā)泡壓制）成平板或模壓成型材.現(xiàn)在地生產(chǎn)工藝以擠出成型為主，并輔以注射成型國內(nèi)木塑復(fù)合材料地主要成型 方法有浸漬成型、平壓成型、模壓成型、擠出成型、熱壓成型、輻射法成型、注射成 型等.最早使用地為浸漬法，近年來，木塑復(fù)合材料地生產(chǎn)工藝基本采用兩步法，即先 進(jìn)行共混造粒，再進(jìn)行成品擠出因?yàn)橛眠@種方法加工制品成本較高，自

15、1999年起，就開始研究該復(fù)合材料制品地一步法擠出成型技術(shù)，即直接用擠出機(jī)進(jìn)行該材料地混合 與成型，因省掉造粒工序，從而降低了成本并提高了產(chǎn)品地市場競爭力擠出成型、熱壓成型、注射成型、模壓成型是加工木塑復(fù)合材料地主要成型方法由于擠出成型加工周期短、效率高，因此擠出成型方法是一種較為常用地工藝路線.6.1注入單體聚合法該方法地歷史相對較早些生產(chǎn)工藝是將化學(xué)單體注入木材，然后再用高能輻射或6.2非氣流輔裝成型該工藝是將木纖維與塑料或樹脂在常溫下混合，木材纖維、束或其它纖維狀材料 經(jīng)混合后通過一個(gè)針刺工段，用薄型無紡布襯托而制成纖維相互纏繞地低 密度板坯，再根據(jù)最終產(chǎn)品地需求和要求，將一塊或數(shù)塊板坯

16、熱壓成最終產(chǎn)品（如圖2）.圖2非氣流輔裝成型工藝流程6.3壓制成型這種方法采用類似于普通刨花板或干法 MD地生產(chǎn)工藝（如圖3）.6.4木塑復(fù)合材料平壓法成型技術(shù) 工藝流程如下：圖4平壓法制備木塑復(fù)合材料地工藝流程將木粉和塑料共同混煉后熱壓，或?qū)⒛九倩ㄅc預(yù)先混煉地塑料混合熱壓壓制成地 板材具有很好地力學(xué)性能經(jīng)測試該性能達(dá)到刨花板國家標(biāo)準(zhǔn)地要求.在熱壓過程中，壓力一定時(shí)，當(dāng)溫度升至200 C時(shí)，模具中地物料達(dá)到最好地流動(dòng)性此時(shí)壓制地板材性 能較好.將塑料預(yù)先混煉后再與木刨花混合熱壓成型時(shí)，隨著木刨花用量地增加，靜曲 強(qiáng)度成線性增加，混合地質(zhì)量比達(dá)到1 : 3或1 : 4時(shí)有最大值，此時(shí)制得地板材具

17、有 最好地力學(xué)性能.6.5輻射法制備木塑復(fù)合材料工藝流程如下：地下貯罐單體運(yùn)送二段真空原木搬運(yùn)貨架貯存一藥劑貯存浸漬槽一裝袋輻身尸制品貯存圖5輻射 法制備木塑復(fù)合材料地工藝流程浸漬有機(jī)單體地木制品，經(jīng)電離輻射處理后，可制成一種新型材料-木塑復(fù)合材料.輻射法制備木塑復(fù)合材料地生產(chǎn)技術(shù)可利用速生、易得地木材如樺木、楊木等低檔 木材經(jīng)過輻射塑化處理來代替昂貴地優(yōu)質(zhì)木材，有助于解決優(yōu)質(zhì)木材缺乏地難題，應(yīng) 用前景廣闊.6.6 木塑復(fù)合材料擠出成型技術(shù)可以用于木塑復(fù)合材料制品擠出成型地設(shè)備有單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)以及 串聯(lián)式磨盤擠出機(jī) . 目前主要以前兩種為主，后者用于木塑復(fù)合擠出還是一個(gè)全新地研 究

18、領(lǐng)域，尚處于實(shí)驗(yàn)階段 .擠出成型法是木塑復(fù)合材料加工中最重要地加工方法之一 . 這是一種低消耗，高產(chǎn) 出，適合各種異型材、板材地生產(chǎn)工藝 .WPC 地?cái)D出工藝為：木材纖維 /木粉/刨花由特 殊地喂料器在塑料熔融時(shí)連續(xù)喂料，木材纖維 /木粉 /刨花在雙螺桿擠出機(jī)地熔融段被充 分混合 .此時(shí)木材中地水分由真空泵帶走 .在混合充分后，混合物在一定壓力下從?？跀D 出，制成型材或板材 .這種擠塑可以擠出性能均一地材料 .使用這種加工方式地木材需要 干燥 ,以防止復(fù)合材料中出現(xiàn)氣泡，同時(shí)木材纖維 /纖維狀刨花地長徑比要小，以免在加 工時(shí)有大量地木材纖維 /纖維狀刨花交纏成團(tuán)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，也使設(shè)備易受損傷

19、.在擠塑加工工藝中溫度、轉(zhuǎn)速是主要地參數(shù) .如果溫度太高，木材纖維會很快降解，其力學(xué) 強(qiáng)度降低，顏色變深，從而影響復(fù)合材料地強(qiáng)度 一般加工溫度都在150C -200r之間 轉(zhuǎn)速和木材纖維在擠塑機(jī)中地停留時(shí)間對材料地影響很大，如果轉(zhuǎn)速太快，剪切力增 大，大量地木材纖維和刨花被剪斷，而且兩種材料混合不均勻；如果轉(zhuǎn)速過慢，木材 纖維和刨花在擠塑機(jī)中停留時(shí)間太長也會使部分木纖維或刨花降解 .當(dāng)加工溫度高于200r時(shí)，木質(zhì)纖維就可能發(fā)生降解，因此在加工中要嚴(yán)格控制物 料在擠出機(jī)內(nèi)地停留時(shí)間，避免過量剪切和剪切失控 . 木質(zhì)纖維填充物料地粘度很大， 在剪切時(shí)產(chǎn)生大量地粘滯熱，而且木塑混合物地?zé)醾鲗?dǎo)率很低，

20、這兩個(gè)方面都導(dǎo)致從 熔體中不能傳遞出足夠地?zé)崃?，以防止木質(zhì)纖維地降解和裂化 .材料地這種加工性能不 僅對設(shè)備提出更高地要求，而且限制了木塑復(fù)合材料地應(yīng)用 . 為此，用于木塑復(fù)合中地 熱塑性塑料通常只能選擇加工溫度較低地塑料，例如 PP、PS PVC HDPE LDP等.擠出成型技術(shù)分為一步法和兩步法 .一步直接擠出法： 采用一步直接擠出法，物料在擠出機(jī)內(nèi)被混合均化，通過模具部件地幾何形狀成 型產(chǎn)品 . 這對擠出機(jī)提出了更高地要求，擠出機(jī)設(shè)計(jì)需有獨(dú)特地壓縮和低速剪切混合能 力，充分優(yōu)化給料區(qū)表面積，使螺桿對原材料地?zé)醾鲗?dǎo)過程更塊 更均勻 . 在螺桿設(shè)計(jì) 時(shí)需提供一個(gè)較大地給料區(qū)，用于松散物料和在

21、加工時(shí)施加自然壓縮力，其結(jié)果為木 粉被更有效地“浸濕” . 在減小剪切力地同時(shí)，雙螺桿間地深螺槽和緊湊地相交齒空隙 優(yōu)化擠出料混合 . 在低螺桿轉(zhuǎn)速狀態(tài)下地高扭矩處使用輕柔地低剪切力融化和混合，降 低木粉分解速率 .預(yù)先造粒混合加工法： 穩(wěn)定地原材料是正常擠出地首要前提，為了保證對纖維材料地可靠計(jì)量，通常有必要采用兩步法擠出工藝對纖維材料進(jìn)行造粒預(yù)先壓縮，與一步法直接擠出松散纖維 相比，這種預(yù)混料方式可以把粉體密度增加到所需要地水平，從而達(dá)到擠出產(chǎn)量，易 于流動(dòng)性得到改進(jìn)另外，粉體密度地均勻性保證了擠出過程地一致性 在初期準(zhǔn)備階 段（冷熱混合、造粒）可以將水分顯著降至1%,并使木粉和塑料完全混

22、合均勻，這樣塑 料會完全滲透到木粉中.與一步法相比，兩步法工藝可以提高型材地沖擊性能，顯著改 善木塑復(fù)合材料地沖擊韌性，另外，在濕度很低地情況下 （小于1%），擠出機(jī)可以按照 額定擠出量擠出.如果使用濕度大于8%地木粉，擠出量將會降低30%50%.同樣，一 步法工藝中，松散地木粉不可避免地會引起牽引困難和配方地改變，導(dǎo)致擠出量地改 變.而兩步法處理工藝就不存在該問題，處理過地原材料可以毫無問題地用于擠出，甚 至可以和PV（型材擠出相類似，在擠出過程也不必調(diào)整和不斷地優(yōu)化擠出工藝參數(shù).木塑復(fù)合材料地導(dǎo)熱性差，且其制品多為異型材，冷卻定型較困難，多采用水冷 定型.冷卻流道合理設(shè)計(jì)保證高效冷卻.第一

23、：一步擠出成型工藝流程圖圖6 一步擠出成型工藝流程圖第二：兩步法擠出成型工藝（混煉造粒和擠出成型）1）混煉造粒工藝流程圖：預(yù)處理f預(yù)干燥木塑粒料圖7混煉造粒工藝流程圖2）兩步擠出成型工藝流程圖：圖8兩步擠出成型工藝流程圖6.7木塑復(fù)合材料熱壓成型技術(shù)該工藝可成型一定規(guī)格地不連續(xù)地塑木制品，加工工藝類似于密度板地成型工藝 熱壓成型工藝流程圖：圖9熱壓成型工藝流程圖6.8木塑復(fù)合材料模壓制造技術(shù)模壓法因?yàn)榫哂锌梢詫⒛纠w維地添加量大大提高，木纖維可有較大地長徑比，且 加工工藝簡單，可利用現(xiàn)有國產(chǎn)普通人造板工藝技術(shù)及設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越廣泛 地重視.以鋪裝后模壓成型加工成地產(chǎn)品，一般來說形狀較為簡單

24、，其中以板材居多.由于木纖維與塑料不經(jīng)處理直接按配比進(jìn)行熱壓時(shí)，熔融塑料分子很難浸潤木纖維，因 而制成地復(fù)合板材在物理力學(xué)性能指標(biāo)上難以取得大地提高，尤其是彎曲彈性模量.壓縮成型方式：模壓成型、熱壓成型、碳化成型模壓成型工藝流程圖:圖10模壓成型工藝流程圖7擠出成型地工藝過程7.1塑料地預(yù)處理為了保證成品地質(zhì)量，必須對回收地塑料進(jìn)行分撿去雜、清洗烘干、粉碎，去除 含有地金屬、橡膠、泥土等雜物和加熱不融化地?zé)峁绦运芰?7.2木質(zhì)纖維地預(yù)處理為了增加木纖維與塑料結(jié)合地表面積，提高成品地物理力學(xué)性能，必須對木質(zhì)纖 維進(jìn)行分選去雜、粉碎烘干、改性等預(yù)處理，粒度一般要求在080目之間，要求無霉變、無結(jié)塊

25、、無雜物、干燥.按照粒度要求把木纖維粉碎過篩，得到適合制造木塑復(fù) 合材料地顆粒.烘干要求比較嚴(yán)格，一般要求在烘干箱中1 20 C下烘干，以排除水分 和低分子揮發(fā)物，這樣能提高木塑復(fù)合材料地性能.7.3配料根據(jù)使用性能要求以及原料配方，向經(jīng)過處理地廢舊塑料和木質(zhì)纖維中加入適量 地增容劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、膠合劑等化學(xué)助劑，改善木塑體系地相容性、耐熱性和 加工過程中地流動(dòng)性.7.4造粒造粒地目地是使木塑混料進(jìn)行熱熔、混煉，使木塑預(yù)塑化，排除揮發(fā)物，以便在 生產(chǎn)型材時(shí)，能夠完全塑化.造粒工序中，借助加熱和剪切等地作用，促使木塑混料 剪切混合、塑化、去除揮發(fā)物.7.5 擠出成型 在擠出成型地過程中，擠出

26、溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出壓力、冷卻定型、牽引速度和 加料速度等參數(shù)直接影響到物料地成型性能和混合過程，并對最終地結(jié)構(gòu)有很大地影 響溫度是木塑復(fù)合材料擠出成型地一個(gè)重要地工藝條件，是影響塑化及材 料質(zhì)量地主要因素，合理地?cái)D出各段地溫度設(shè)置如表 2，各段地溫度盡可能穩(wěn)定，尤其 是機(jī)頭地溫度控制必須保證在合適地范圍內(nèi)，溫度過高，擠出樣品炭化，強(qiáng)度降低； 溫度過低，出料不均勻，有塑料顆粒沒有熔融7 木塑復(fù)合材料制造地關(guān)鍵技 術(shù) 近幾年來國內(nèi)有關(guān)科技及工程技術(shù)人員經(jīng)過多年努力在木塑復(fù)合材料制造關(guān)鍵技 術(shù)上有了重大突破，使得木塑復(fù)合材料制造技術(shù)和產(chǎn)品有性能上都已達(dá)到國際先進(jìn)水 平，并迅速走向市場化 . 其主要

27、關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)：7.1 原料需充分干燥木粉不同于無機(jī)礦物，通常有高達(dá)10%以上地水分，未經(jīng)干燥使用時(shí)易引起加工制 品起泡、燒焦、糊料，影響制品外觀，同時(shí)造成不斷停機(jī)清洗設(shè)備，難以連續(xù)生產(chǎn).首先必須對木粉充分干燥 .7.2 對木粉要進(jìn)行表面處理木粉表面為 多羥基結(jié)構(gòu)是極性親水性物質(zhì) ，而 高聚物一般為非極性親油性物質(zhì) ， 二者很難相容，親和性極差 . 如簡單地將二者直接共混，制品變脆、力學(xué)性能很差，不 能實(shí)用.如通過接枝反應(yīng)對木粉進(jìn)行表面處理， 可以將木纖維上地一 0H基團(tuán)接枝上有機(jī) 基團(tuán)，使木粉表面變面親油物質(zhì)， 提高了與高聚物大分子地界面粘著力，同時(shí)也使木 粉在復(fù)合材料中更易分散均勻，形

28、成密實(shí)地網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 從而提高復(fù)合材料地拉伸和沖擊強(qiáng)度 . 研究結(jié)果表明， 不同地高聚物種類，所適 用地表面處理劑也是完全不同地 . 如木粉聚丙烯體系，用馬來酸酐接枝聚丙烯，處理 地效果較好，但對木粉聚乙烯體系效果并不顯著 . 而使用乙烯一丙烯酸共聚物 (EAA) 就好得多，即使木粉含量達(dá) 60 ，復(fù)合材料地拉伸強(qiáng)度也接近純樹脂地?cái)?shù)值 . 對于木粉 聚氯乙烯使用鋁酸酯偶聯(lián)劑并不能達(dá)到要求，硅烷偶聯(lián)劑雖然效果較好，但價(jià)格貴 . 廊坊市神龍金海有限公司開發(fā)出售活化偶聯(lián)、提高相容性為一體地復(fù)合型表面處理劑 效果就更好，有效地解決了木粉表面處理與 PV(大分子親和相容地問題.7.3 加入高效流變潤滑劑可

29、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率 研究結(jié)果表明，加入流變潤滑劑可使木塑復(fù)合材料制品表面光滑，外觀好，同時(shí)也可 提高擠出速度，提高生產(chǎn)效率 . 廊坊市神龍金海有限公司成功地研制出具有內(nèi)外潤滑作 用地高效流變潤滑劑，使加工過程中不僅具有初期地潤滑作用，而且中后期潤滑效果 也很好，可以保證擠出加工地快速穩(wěn)定 .7.4 微發(fā)泡技術(shù) 通常不發(fā)泡地木塑復(fù)合材料一是密度都比較大，并且相同體積地制品樹脂用量也 比發(fā)泡材料多如木粉/ PE復(fù)合材料地密度是木材地一倍，比純聚乙烯塑料也要高 1/3 左右承載一噸地1. 2mK 1. 2m地托盤純塑料僅20kg而木塑托盤要30kg上，發(fā)泡 木塑制品與傳統(tǒng)木塑相比，密度可降低 2

30、0%45%，更接近于木材.一般樹脂成本要占 材料成本地8090 ,采用發(fā)泡技術(shù)可節(jié)省近2倍地成本.二是剛性和沖擊性差.為了增 加剛性就要增加型材截面積或改變型材截面形狀來解決 . 提高沖擊性能則需要提高木粉 與聚烯烴界面地親和性和相容性三是生產(chǎn)效率低，一般單機(jī)產(chǎn)量低于100kg/ h,形成 一定規(guī)模就要增加擠出生產(chǎn)線，需增大固定資產(chǎn) . 所以近幾年微發(fā)泡木塑復(fù)合材料作為 塑料加工換代產(chǎn)品迅速發(fā)展起來 .微發(fā)泡擠出成型需經(jīng)歷三個(gè)階段，即 氣泡核生產(chǎn)階段、氣泡成長階段和泡體固定 成型階段.要獲是泡體塑化優(yōu)良，泡孔數(shù)量多、直徑小、分布均勻、外表結(jié)皮效果好， 且平整光滑地型材，選擇優(yōu)質(zhì)地發(fā)泡劑是決定型

31、材質(zhì)量地關(guān)鍵.對于木粉/ PV（微發(fā)泡 復(fù)合材料，加工過程中因聚氯乙烯屬于熱敏性聚合物，要求加工溫度范圍很窄，溫度 過高會造成聚合物熱分解，在發(fā)泡過程中要嚴(yán)格控制發(fā)泡劑地分解溫度和分解時(shí)間 . 因 此要選擇發(fā)泡劑地分解溫度相匹配通常微發(fā)泡塑料使用地AC發(fā)泡劑也不適于木粉/ PVCT合體系.因?yàn)锳C發(fā)泡劑分解產(chǎn)生地氣體同時(shí)還放出大量熱量，如不采取得力措 施，極易造成溫度升高使材料內(nèi)部孔隙大小不均或者制品表面出現(xiàn)鼓泡、塌陷等缺陷 . 廊坊市神龍金海公司自主研發(fā)地吸放熱均衡復(fù)合發(fā)泡劑可以將放熱型發(fā)泡劑分解時(shí)放 出地?zé)崃课詹⒋龠M(jìn)吸熱型發(fā)泡劑地分解，二者適當(dāng)?shù)仄ヅ淇梢詢?yōu)勢互補(bǔ)，攻克了木 粉/ PVCT

32、合材料微發(fā)泡工藝地技術(shù)難關(guān)，使產(chǎn)品性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品地先進(jìn)水平.可以替代德國進(jìn)口地發(fā)泡劑，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，價(jià)格僅為進(jìn)口地一半 .7.5 特殊結(jié)構(gòu)擠出設(shè)備 為了實(shí)現(xiàn)木塑復(fù)合材料地穩(wěn)定擠出，擠出機(jī)螺桿地結(jié)構(gòu)、長徑比和轉(zhuǎn)速對復(fù)合材料地分散、混合、熔融及成型過程有著至關(guān)重要地影響，要求： 螺桿結(jié)構(gòu)要有利于物料地分散、混合、熔融； 防止物料在螺釘或螺筒上滯留，避免物料受熱分解、焦化，要求具有高度自潔 能力； 保證螺桿具有強(qiáng)大地推進(jìn)作用，能平穩(wěn)地輸送物料； 建立足夠地成型壓力 .7.6 獨(dú)特地成型模具 木塑復(fù)合材料最終要成為具有一定形狀、尺寸穩(wěn)定、外觀良好地各種型材，最后一道工序是通過成型模具來實(shí)現(xiàn)地 .

33、由于微發(fā)泡型材生產(chǎn)中需要膨脹速率較緩和地型 胚，尤其要防止僅僅通過螺桿減壓而造成地物流波動(dòng) . 所以要在流道設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)二次減 壓，使型胚平衡地向定型模具過渡 . 北京建誠機(jī)械有限公司根據(jù)微發(fā)泡木塑復(fù)合材料地 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)研制出可調(diào)式發(fā)泡型村專用模具，可在主機(jī)工作狀況不變地情況下通過 模具本身地調(diào)控實(shí)現(xiàn)對型村表面質(zhì)量、型村尺寸和發(fā)泡倍率地控制 . 為了超越世界先進(jìn) 水平，他們正在研制木粉填加量可達(dá) 80 9, 690 9, 6地木塑復(fù)合材料整條生產(chǎn)線.二 木塑復(fù)合材料地研究現(xiàn)狀1 木塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.1 國外木塑產(chǎn)業(yè)簡況木塑材料地產(chǎn)業(yè)化推廣源于上世紀(jì) 80 年代地美國，最初是作為改性塑料應(yīng)用地

34、. 隨著技術(shù)水平地提高，木塑逐漸具備了塑料、木材、金屬等單質(zhì)材料地優(yōu)點(diǎn)，成為自 成體系地新型材料 .目前，各類木塑制品在美國、加拿大、德國、英國、荷蘭、日本和 韓 國 等 國 已 得 到 較 為 廣 泛 地 應(yīng) 用 ， 形 成 了 比 較 規(guī) 范 地 產(chǎn) 業(yè) 和 市 場 . 北美是世界上木塑材料發(fā)展最快、用量最大地地區(qū)，主要用于風(fēng)格粗獷地戶外建筑 . 美國木塑市場 1990 至 2000 年地增長率都在 10以上，近 5 年增長尤快 .美國現(xiàn)有約 50 家木塑企業(yè)，年產(chǎn)量大都在萬噸以上，其中最大地幾家公司已在紐約證券交易所上 市.美國地木塑材料研發(fā)機(jī)構(gòu)也超過 50 家，形成了一個(gè)從產(chǎn)品研發(fā)、原

35、料收集、設(shè)備 制造、模具開發(fā)、制成品生產(chǎn)到市場營銷地完整產(chǎn)業(yè) .加拿大安大略省地材料和制造中 心堅(jiān)持與美國國家森林實(shí)驗(yàn)室合作主辦木塑材料會議并資助研究人員和公司. 經(jīng)過 10多年地努力，在加拿大也形成了以 10 多家企業(yè)為主體，年產(chǎn)量超過 5 萬噸地木塑產(chǎn)業(yè) . 歐洲木塑產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展不如北美地區(qū)，但近年來有加快趨勢 .木塑企業(yè)不多，產(chǎn)量和技 術(shù)水平與國內(nèi)企業(yè)相當(dāng)，但其擁有強(qiáng)大地裝備制造能力，發(fā)展?jié)摿Σ豢尚∫?歐洲人對木塑材料地要求比較細(xì)膩，對品種花色地需求也高于北美，室內(nèi)裝修裝飾和戶外建筑 齊 頭 并 進(jìn) ， 但 應(yīng) 用 技 術(shù) 和 商 品 市 場 還 不 甚 成 熟 ， 有 高 速 增 長

36、地 空 間 .日本由于地理原因和環(huán)保意識，木塑材料地應(yīng)用比較普遍，產(chǎn)品質(zhì)量亦較優(yōu)良 .日 本地木塑研究機(jī)構(gòu)，經(jīng)過十多年地努力開發(fā)出高品質(zhì)地木塑材料 . 其產(chǎn)品具有自然地木 材色澤和質(zhì)感，已在房屋建設(shè)和內(nèi)裝飾領(lǐng)域得到廣泛使用，是目前國際上品質(zhì)最高地 產(chǎn)品之一，代表了木塑材料替代天然木材地質(zhì)量水平和發(fā)展方向 .1.2 國內(nèi)木塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀在國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策地鼓勵(lì)和企業(yè)潛在效益需求地雙重推動(dòng)下，全國性“木塑熱 ”逐漸興起 .據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至 2005 年年底，全國直接或間接從事木塑研發(fā)、生產(chǎn)和 配套地企事業(yè)單位已逾 150 家，包括國有、民營，獨(dú)資、合股和合資等多種類型，國 有或國有控股企業(yè)占有一

37、定地優(yōu)勢 .現(xiàn)有木塑產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)萬人，木塑制品年產(chǎn)銷量 已接近 10 萬噸，年產(chǎn)值超過 8 億元人民幣 . 木塑企業(yè)集中分布在珠三角和長三角地區(qū)，東部遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中、西部 .東部個(gè)別企業(yè)工藝水平較為領(lǐng)先，南方企業(yè)則占有產(chǎn)品數(shù) 量和市場地絕對優(yōu)勢 .行業(yè)內(nèi)主要技術(shù)代表企業(yè)地實(shí)驗(yàn)樣品已達(dá)到或超過國際先進(jìn)水平.一些行業(yè)外地大型企業(yè)和跨國集團(tuán)也在密切關(guān)注我國木塑產(chǎn)業(yè)地動(dòng)態(tài) . 我國地天然木材 資源日益減少，木質(zhì)制品地市場需求量卻與日俱增 . 巨大地市場需求和技術(shù)突破必然會 不斷拓寬木塑材料地市場通道 . 從市場需求角度分析，木塑最有可能在建筑材料、戶外 設(shè)施、物流運(yùn)輸、交通設(shè)施、家具用品等領(lǐng)域開始規(guī)模性

38、拓展.結(jié)合國外木塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展地經(jīng)驗(yàn)，我國木塑材料地合理發(fā)展方向是：1) 原料通用化 .根據(jù)木塑制品地原料分類、使用性能和用途，制訂一個(gè)通用地木塑原 料適用性標(biāo)準(zhǔn).2) 裝備專業(yè)化 .盡快改變當(dāng)前沿用塑料設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)地狀況，改進(jìn)、完善木塑制品地 生產(chǎn)裝備，使其專業(yè)化、系列化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化.3) 產(chǎn)品高端化 .以木塑材料地良好加工性能為依托，生產(chǎn)性能良好、做工精細(xì)、形態(tài) 復(fù)雜、表面美觀地型材以及成套產(chǎn)品和組合產(chǎn)品.4) 研發(fā)市場化 .市場需要性能有特色、價(jià)格有優(yōu)勢地產(chǎn)品，應(yīng)推進(jìn)科研成果地迅速轉(zhuǎn) 化，促進(jìn)木塑新產(chǎn)品地市場接軌.5) 使用廣泛化 .木塑制品在品種、質(zhì)量上突破后應(yīng)大面積推廣和使用，使之常

39、態(tài)化， 普遍化，為廣大消費(fèi)者樂意接受 . 1.3 我國木塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在地主要問題 我國木塑產(chǎn)業(yè)前景廣闊，但目前地投資有過熱傾向 .受技術(shù)、資金、設(shè)備和市場推 廣能力地限制，木塑產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展?fàn)顩r不理想.問題表現(xiàn)為：1) 產(chǎn)品研發(fā)處于起步階段，研究力量分散、經(jīng)費(fèi)不足 . 大多木塑生產(chǎn)企業(yè)工藝技術(shù) 薄弱，缺乏創(chuàng)新能力，產(chǎn)品種類單一，生產(chǎn)成本高，附加值低.國有研發(fā)機(jī)構(gòu)與木塑企業(yè)缺乏溝通、協(xié)調(diào)和合作機(jī)制，科研成果難以轉(zhuǎn)化.2) 企業(yè)弱小、分散，市場化程度較低 .產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；仄髽I(yè)數(shù)量少，尤其缺乏大 型骨干企業(yè)，不能形成一定規(guī)模地產(chǎn)業(yè)集群，無法產(chǎn)生群體拉動(dòng)和市場推廣效應(yīng).木塑材料商業(yè)化推廣嚴(yán)重缺位，信息

40、通道不通暢.3) 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)滯后 . 國內(nèi)僅有地木塑托盤和地板地標(biāo)準(zhǔn)大多是參照木制托盤和地板地標(biāo) 準(zhǔn)制訂地，缺乏木塑材料特色 .2 木塑復(fù)合材料技術(shù)研究現(xiàn)狀2.1 木塑復(fù)合材料地相容性研究 隨著科學(xué)技術(shù)和社會地發(fā)展，人們對塑料材料性能地要求也越來越高 . 充分利用植 物纖維資源地潛力，發(fā)揮它獨(dú)特地功能和特性，開發(fā)其新地應(yīng)用領(lǐng)域，是當(dāng)今引人注 目地研究熱點(diǎn) . 然而，植物纖維也有加工溫度低、不耐潮濕及與熱塑性塑料相容性差等 缺點(diǎn). 而其中憎水性地?zé)崴苄运芰吓c親水性地植物纖維之間地界面相容性差是此復(fù)合材 料地最大缺點(diǎn) . 這種極差地界面相容性導(dǎo)致了纖維在塑料基體中分散不佳、力學(xué)性能下 降，限制了植物

41、纖維在塑料中地應(yīng)用 . 為了改善它們二者之間地界面相容性，發(fā)揮各自 地優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)木塑復(fù)合材料地力學(xué)性能，擴(kuò)大其使用范圍，長期以來各國學(xué)者都在努 力尋求新地方法，以使這種復(fù)合材料能夠滿足實(shí)際地使用需要，并且取得了一系列階 段性成果.改善木塑復(fù)合材料復(fù)合界面地相容性地方法主要有物理或化學(xué)地方法 . 物理方法包 括表面原纖化及放電處理 . 在植物纖維地表面改性方面，低溫等離子放電、濺射放電、 電暈放電等越來越受到人們地廣泛關(guān)注 . 低溫等離子放電處理主要引起化學(xué)修飾、聚 合、自由基產(chǎn)生、結(jié)晶等變化；濺射放電處理主要引起物理方面地變化，比如表面變 得粗糙等以增強(qiáng)界面間地粘結(jié)性能 . 等離子體地作用包括

42、質(zhì)子地獲得以及不穩(wěn)定基團(tuán)地 生成，從而使醇、醛、酮、羧酸等地官能團(tuán)發(fā)生變化 . 放電處理可以通過降低纖維 / 聚 合物熔體地粘度來改善復(fù)合材料地力學(xué)性能；電暈放電則是通過改變纖維素分子地表 面能來降低復(fù)合材料地熔融粘度 . 化學(xué)方法為在與聚合物母體復(fù)合之前通過在纖維填料 地表面包覆 1 層非極性地材料以改善界面地兼容性及纖維在塑料基體中地分散性 .化學(xué)法一般 有接枝共聚法處理、偶聯(lián)劑處理、對植物纖維浸潤處理、堿金屬溶液 膨脹處理及取代反應(yīng)和乙?；幚淼葦?shù)種方法 .接枝共聚法是 1種常見地改性聚合材料 地方法，此方法廣泛用于對纖維素填料和其他種類填料地化學(xué)性質(zhì)和極性進(jìn)行改性； 接枝共聚物反應(yīng)是由

43、纖維素分子地自由基激發(fā)地，將纖維素用選好地離子處理并用高 能輻射就形成了自由基，然后用一合理地方法處理自由基位置，然后樹脂與纖維素以 共價(jià)鍵結(jié)合，降低了纖維地親水性，所形成地聚合物表現(xiàn)出 2 種材料地性能，因此它 可以與樹脂基體相容 . 偶聯(lián)劑法是通過偶聯(lián)劑地化學(xué)鍵與植物纖維填料地纖維素分子相 連，其有機(jī)官能團(tuán)又能與聚合物連接，通過這 2 方面地反應(yīng)，在復(fù)合材料地界面上形 成由共價(jià)鍵連接地連續(xù)體 .浸潤處理法是通過對植物纖維填料在與聚合物母體相容地聚合物中進(jìn)行浸潤地方 法來改善界面地相容性；纖維填料在液態(tài)單體中浸潤，然后使單體在有催化劑、加 熱、熱輻射作用地條件下聚合；用交聯(lián)劑改變單體地填充方

44、法，改變單體地聚合過程 等，可以得到一系列不同性能地復(fù)合材料 . 堿金屬溶液膨脹處理及取代反應(yīng)地堿化處理 是用堿金屬溶液對植物纖維填料進(jìn)行處理，其效果主要取決于堿金屬溶液地類型及溶 液地濃度.乙?；?個(gè)單反應(yīng)過程， 1個(gè)乙?；c 1個(gè)羥基反應(yīng)，不發(fā)生聚合，這個(gè)反 應(yīng)使失去羥基地木質(zhì)纖維變?yōu)樵魉?，降低了木質(zhì)纖維與復(fù)合材料地吸濕性和膨脹 性，發(fā)生酯化作用地同時(shí)，又有羧酸生成，因此它會改善與用作處理劑地可溶性酸地 相容性. 和未經(jīng)處理地木質(zhì)纖維相比，它與非極性塑料間地相容性可得到改善.我國木塑復(fù)合材料地研究工作雖然起步較國外晚，但卻充分吸收了國外地研究成果并進(jìn)行了大量地工作尤其是1 9 9 8年

45、后，由于“天牛蟲”事件，加之塑料制品廢 棄物及木材資源缺口地不斷增加，客觀上推動(dòng)了我國木塑復(fù)合材料地發(fā)展北京化工大學(xué)、林科院、國防科技大學(xué)、中國石化北京化工研究院以及東北林業(yè)大學(xué)等高校和科 研單位都進(jìn)行了有關(guān)研究和開發(fā).中國林科院木材工業(yè)研究所對木材和苯乙烯（PS） 接枝共聚過程中官能團(tuán)和表面極性地變化進(jìn)行了研究，并使用順丁烯二酸酐和丁二酸 酐經(jīng)過酯化反應(yīng)來降低表面極性，效果良好上海交通大學(xué)高分子材料研究所用馬來酸 酐接枝聚丙烯作為偶聯(lián)劑應(yīng)用于紙粉或纖維素填充地 P P體系中，并對提高材料相容 性地機(jī)理進(jìn)行了分析.2.2木塑復(fù)合材料力學(xué)性能地實(shí)驗(yàn)研究不同種類地木質(zhì)纖維由于纖維本身分子結(jié)構(gòu)地不同

46、，其木塑復(fù)合體系地力學(xué)性能 也不同.未經(jīng)表面處理地木粉含量與復(fù)合材料力學(xué)性能地關(guān)系：當(dāng)木粉含量小于30%40地范圍內(nèi)，隨著木粉含量地增加，彎曲強(qiáng)度上升拉伸強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度下降.這是因?yàn)槟痉鄣刂饕煞质抢w維素和木質(zhì)素是屬于剛性大分子，木粉含量增加，使得材料 地剛性增加，韌性下降，此外它們之間很差地相容性進(jìn)一步降低了材料地力學(xué)性能處理劑地種類不同對木塑復(fù)合材料地力學(xué)性能影響也不相同木塑復(fù)合材料將高分子材料和植物纖維地優(yōu)良性能集于一身，是一種具有優(yōu)良力 學(xué)性能地材料其優(yōu)良地力學(xué)性能包括具有較高地拉伸強(qiáng)度、彎曲模量、壓縮強(qiáng)度、沖 擊強(qiáng)度和韌性以及良好地抗蠕變和抗老化能力等其差異主要與材料地結(jié)構(gòu)有關(guān)中密 度

47、纖維板是將木材纖維化處理后再經(jīng)高溫高壓生產(chǎn)出來地，材料地主體是木質(zhì)纖維或 纖維束，而楊木和水曲柳地抗彎性能較高主要與其木材結(jié)構(gòu)和木材細(xì)胞壁厚薄有關(guān).我們知道木材地密度與木材強(qiáng)度呈線性關(guān)系，而木塑復(fù)合材地基材是高密度聚乙烯，木 粉只是填充在空隙中起填充作用，在作彎曲實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)線彈性階段較小，變形較 大，斷口平直，為脆性斷裂，而木材韌性較大，斷口撕裂，故其抗彎性能遠(yuǎn)低于木材.2.3木塑復(fù)合材料地微孔發(fā)泡20世紀(jì)80年代后，人們把塑料微孔發(fā)泡地理論運(yùn)用到木塑復(fù)合材料中來，以期待 解決非發(fā)泡木塑復(fù)合材料低地沖擊強(qiáng)度、韌性、疲勞壽命、熱穩(wěn)定性和比重.微孔塑料是1種由許多非常小地氣泡核構(gòu)成地?zé)崴苄耘菽?/p>

48、物質(zhì) .密度可降低至不發(fā)泡時(shí)地5%氣 泡孔為閉孔結(jié)構(gòu).與一般泡沫塑料相比，微孔塑料最顯著地特點(diǎn)是氣泡尺寸非常小，而 且氣泡密度非常大.微孔塑料地性能主要取決于密度和氣泡直徑，于未發(fā)泡塑料相比， 沖擊強(qiáng)度是其23倍，韌度是其5倍，疲勞壽命是其5倍，強(qiáng)度重量比是其35倍，并具 有良好地?zé)岱€(wěn)定性較低地介電常數(shù)及良好地絕緣性能等 .2.4木塑復(fù)合材料成型裝備地研究現(xiàn)狀雖然木塑復(fù)合材料有良好地應(yīng)用前景，但是憎水性地?zé)崴苄运芰吓c親水性地植物 纖維界面之間地相容性差，不易均勻分散，擠出成型困難，制品地物理機(jī)械性能差等 因素限制了這種材料地推廣應(yīng)用 . 人們通過各種物理和化學(xué)地方法來調(diào)整聚合物基體與 植物纖維

49、界面地相容性，但是依然不能很好地解決上述問題 . 于是在混合技術(shù)和裝備地 研究方面，各國爭相研發(fā)新型高效混煉擠出成型裝置來克服木塑復(fù)合材料難混合難成 型地問題.目前用于木塑復(fù)合材料擠出成型地設(shè)備主要有單螺桿擠出機(jī)、錐形雙螺桿擠出 機(jī)、同向和異向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿擠出機(jī) . 而采用串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)進(jìn)行一步法木塑 復(fù)合材料擠出成型研究在國內(nèi)外都少有報(bào)道 .2.4.1 用于木塑復(fù)合材料加工地串聯(lián)式磨盤擠出機(jī) 北京化工大學(xué)特種擠出中心自行開發(fā)研制地串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)將單螺桿擠出 機(jī)和磨盤擠出機(jī)地結(jié)構(gòu)進(jìn)行了科學(xué)組合，它不僅具備了單螺桿擠出機(jī)機(jī)構(gòu)簡單、擠出 壓力高、可以承受大扭矩地特點(diǎn)，而且具備磨盤擠出

50、機(jī)超強(qiáng)地破碎、分散、剪切、混 合和塑化性能優(yōu)勢 . 此外，在該機(jī)內(nèi)還設(shè)置有特殊結(jié)構(gòu)地排氣裝置和可以計(jì)量控制地強(qiáng) 制喂料裝置，因此具有高效、多功能地特點(diǎn) . 經(jīng)過多種物料體系共混改性地實(shí)驗(yàn)研究表 明：串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)具有廣泛地工藝適應(yīng)性，特別適用于高填充或高粘度復(fù)合 材料地共混改性，其破碎、混合、混煉性能要高于其他傳統(tǒng)地混煉裝置，具有廣泛地 應(yīng)用前景當(dāng)加工溫度高于200 C時(shí)，植物纖維就可能發(fā)生降解和裂化，而串聯(lián)式磨 盤螺桿擠出機(jī)地磨盤又具有超強(qiáng)地破碎、分散、混煉能力，極易產(chǎn)生過量地剪切熱， 因此必須對該擠出設(shè)備地磨盤進(jìn)行如下 3 個(gè)方面地調(diào)整，使其適合于對剪切敏感地木 塑復(fù)合材料地?cái)D出成型

51、加工 . 選用溝槽形狀簡單、溝槽數(shù)少地扇形磨盤以減少植物纖維經(jīng)歷地剪切次數(shù)； 通過特別設(shè)計(jì)地磨盤間距調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)盤、定盤之間間距地微調(diào)以降低 磨盤對復(fù)合材料地剪切強(qiáng)度； 通過在定盤上設(shè)置進(jìn)行液體冷卻地通道，對熔體溫度進(jìn)行有效地控制.2.4.2 木塑復(fù)合材料專用機(jī)頭 木塑復(fù)合材料由于其材料地特殊性，對于機(jī)頭提出了許多特殊地要求 . 木塑復(fù)合材 料在擠出條件下流體被視為固態(tài)流體，不能使用 ENT典型地壓力降和膨脹公式進(jìn)行計(jì)算 因此用于木塑復(fù)合機(jī)頭地設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)地機(jī)頭設(shè)計(jì)截然不同，要根據(jù)固體流動(dòng)地流變狀 況來進(jìn)行設(shè)計(jì) . 從機(jī)頭地設(shè)計(jì)角度，除了保證流道設(shè)計(jì)地圓滑過渡與合理地流量分配， 同時(shí)對于建

52、壓能力與溫度控制精度也要予以重點(diǎn)考慮 . 北京化工大學(xué)特種擠出技術(shù)中心 在大量實(shí)驗(yàn)地基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)了木塑復(fù)合專用地棒形機(jī)頭、矩形機(jī)頭和工字型機(jī)頭 . 特別是運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)地工字型機(jī)頭，如圖 1 1所示，這種機(jī)頭現(xiàn)已投入 工業(yè)使用，并取得了良好地效果 .三木塑復(fù)合材料地發(fā)展趨勢3.1 木塑發(fā)展中地問題近年來，人們對廢舊塑料回收利用地日益重視，同時(shí)木材資源地日益匱乏 . 用木粉 或其他天然植物纖維來填充塑料再生料，經(jīng)專用設(shè)備制成地塑木材料及制品，因其兼 具塑料和木材地雙重特性，近年來嶄露頭角，并逐漸成為世界各國關(guān)注和開發(fā)地?zé)狳c(diǎn) . 但在我國，經(jīng)過幾年地開發(fā)，塑木材料地生產(chǎn)應(yīng)用情況并不

53、樂觀，一方面研究成果產(chǎn) 業(yè)化困難，而另一方面塑木材料生產(chǎn)企業(yè)銷售也不暢 . 為什么塑木材料這種頗具潛力地 新型環(huán)保材料會出現(xiàn)這種不利局面呢？一方面，塑木材料地加工要比普通塑料制品難度大，要求高 . 目前國內(nèi)地技術(shù)大 多來自于國外技術(shù)信息地消化、吸收，雖然取得了一定成績，但工業(yè)化應(yīng)用還有許多 工作要做 . 而一些生產(chǎn)企業(yè)只看到以塑代木地前景，而忽視了其他問題，加工設(shè)備、工 藝技術(shù)等均達(dá)不到要求，產(chǎn)品檔次上不去；少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)模壓壓制地木塑包裝材料， 因木質(zhì)填量比例小，成本較高，缺乏市場競爭力 . 因此，隨著應(yīng)用領(lǐng)域地拓展，如何進(jìn) 一步提高塑木材料地性能已成為科研人員開發(fā)地重點(diǎn)，塑木材料生產(chǎn)工藝地改

54、進(jìn)、專 用設(shè)備地開發(fā)及添加劑地選擇，也需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究 .另一方面，解決廢舊材料地回收問題是實(shí)現(xiàn)塑木材料加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?關(guān)鍵.我國回收塑料地處理缺少專業(yè)機(jī)構(gòu)，不僅塑料品種不分類，改性料、二次循環(huán)甚 至多次循環(huán)料以及多元組分料更是無法細(xì)分，在這種情況下，利用廢舊回收塑料加工 地產(chǎn)品質(zhì)量會有較大差異 .國內(nèi)一些企業(yè)在加工塑木材料和制品時(shí)，往往忽視了這一問 題，無論什么回收塑料都用相同地配方和工藝加工，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性當(dāng)然無法保證 長此以往，用戶也就對塑木制品失去了信心 .2 木塑復(fù)合材料發(fā)展趨勢 1 ）向生態(tài)環(huán)境材料方向發(fā)展 木材與塑料復(fù)合所得地產(chǎn)品要能夠作為生態(tài)環(huán)境材料必須有三大特點(diǎn)

55、： 要能滿足使用上地性能要求； 必須考慮盡可能節(jié)約資源和能源，盡可能減少對環(huán)境地污染； 在研究、設(shè)計(jì)制備材料及使用廢棄材料和生產(chǎn)地各個(gè)環(huán)節(jié)中，材料或產(chǎn)品在整 個(gè)壽命周期中必須滿足對環(huán)境地協(xié)調(diào)性要求 .2）向結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料方向發(fā)展 木塑復(fù)合材料兼有木材和塑料地雙重性質(zhì)，加入一定量地功能材料，可使其具有 耐磨、阻燃，耐老化性能以及可降解等功能 . 應(yīng)使材料從低級到高級、從單功能向多功 能地方向發(fā)展 . 通過調(diào)節(jié)其復(fù)合度、選擇其連接形式和改變其對稱性等因素，以達(dá)到功 能材料所追求地高價(jià)值 . 在進(jìn)行功能木質(zhì)復(fù)合材料地研究過程中應(yīng)考慮各組成地物理及 化學(xué)性質(zhì)，以避免各組成之間地沖突 . 要充分提高其主要力學(xué)性能，使其能夠作為結(jié)構(gòu)材料使用.3）納M技術(shù)在木塑復(fù)合材料中地應(yīng)用納廂技是一門多學(xué)科交叉、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)緊密聯(lián)系地高技術(shù)，如：納毗子學(xué)、納M化學(xué)、納M材料學(xué)和納M機(jī)械學(xué)等.組成相或晶粒結(jié)構(gòu)控制在100納M以下長度 尺寸地材料稱為納M材料.將納M科技導(dǎo)入木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，可把木材科學(xué)、木材一 無機(jī)、有機(jī)復(fù)合材料學(xué)研究水平提升到納 M尺度地研究階段.木材在變成納M尺寸后，其 材料特異性質(zhì)、尺寸效應(yīng)及變化機(jī)理