木塑復(fù)合材料加工技術(shù)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)的發(fā)展，現(xiàn)代社會對材料的要求更高了，既要求其有較好的物理 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 廣泛莒愛和使用。隨著我國天然林面積的減少和“天然林保護(hù)”政策的實施，木材資源 困乏、質(zhì)量下降、木材價格越來越高、木材加工業(yè)的廢棄物增多以及世界林產(chǎn)品需求量 的增加都使得林產(chǎn)品工業(yè)越來越迫切地感到需要尋找木材的替代品。而由于生產(chǎn)和生活 水平提高，過去被大量用于燒柴的木制品加工廢棄物，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，并對環(huán)境產(chǎn)生極大的破壞性影響。據(jù)

2、統(tǒng)計，我國每年由于木材加工余下的廢棄木粉量達(dá)數(shù)百萬噸，其他天然纖維如稻糠等的 產(chǎn)量上千萬噸，這些資源如能得到有效開發(fā)和利用，價值可觀。在不斷研究屮人們認(rèn)識 到木材改性技術(shù)可以實現(xiàn)新的突破，而填充改性既可以降低產(chǎn)品成本，又可以提高產(chǎn)品 的使用性能，其至賦予木材材料全新的性能，從而使木材行業(yè)有了新的生機(jī)。與此同時，塑料制品在生產(chǎn)和生活中的應(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)而造成的白色污染問題已經(jīng)成為一大環(huán)保難題。冇關(guān)數(shù)字表明，在城市垃圾 屮，塑料廢棄物已占到垃圾總量的25%35°%。在我國，城市人門每年產(chǎn)生的廢舊塑料 達(dá)240萬280萬噸，已成為環(huán)衛(wèi)部門的嚴(yán)重負(fù)枳。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)生巨大的推動作用。這種背景下，將木質(zhì)纖維與廢舊塑料經(jīng) 過特殊處理合成新的材料，即木塑復(fù)合材料(woodpolymer composites,簡稱wpc) 也就應(yīng)運而生了。木塑復(fù)合材料的定義木塑復(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)奶幚硎蛊渑c各種塑料(用于木 塑復(fù)合材料的熱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

4、加特制的助劑，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、成型等工藝制成的一種新型復(fù)合材料，是一種高性能、高附加值的綠色環(huán)保復(fù)合材料，其性能優(yōu)良、用途廣 泛、利于環(huán)保，有廣闊的發(fā)展前景，值得大力研發(fā)推廣。2木塑復(fù)合材料的分類木塑復(fù)合材的制造方式0前主要冇兩種：一種是將塑料單體或者低聚合度樹脂浸入 到實體木材屮，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屮進(jìn)行白由基聚 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的尺寸穩(wěn)定性、耐腐性、防 蛀性，以及木材的物理、力學(xué)性能。所浸注的單體一般采用苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯等 單體。另一種是將木

5、材以刨花、纖維和木粉的形態(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)的熱塑性塑料進(jìn)行復(fù)合而得到的復(fù)合材料，稱為木塑 料復(fù)合材料（簡稱wpc）。從木塑復(fù)合材料的基體與功能體結(jié)合方式考慮，可將其分為以下三類：1）實體木材一塑料復(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 的化學(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。此種材料的制造工藝是將木纖維或木粉與塑料充分混合，在混合過程屮塑料熔化形 成制品。當(dāng)木材組分低于50%吋，稱為木質(zhì)填料塑料；而木材組分高

6、于60%吋，則稱為 熱塑性樹脂增強(qiáng)型復(fù)合材料。該種復(fù)合材料的某些物理力學(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)域具有廣泛的應(yīng)用前 景。3）木材一塑料合金復(fù)合材料。將實體木材或單板用一種聚合物的單體或預(yù)燃物浸注，然后再使其在木材屮聚合。 一般來說，這種聚合物不能進(jìn)入木材的細(xì)胞壁，而是存在于細(xì)胞腔內(nèi)。此種聚合材料比 原有材料具有更高的強(qiáng)度、剛度、耐磨性及其它一些優(yōu)良的物理性能?？芍瞥傻匕濉?器、運動設(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的完全融合，具冇類似于金屬材料 以及共混高分子材料所達(dá)到的那種狀態(tài)。該種復(fù)合材料首先要對木材的化

7、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)合材料的特點1）木塑復(fù)合材料的優(yōu)點 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)”的國策； 耐用、壽命長，類似木質(zhì)外觀，比塑料硬度高； 具有優(yōu)良的物性，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的各種制品； 具有熱塑性塑料的加工性，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； 有類似木材的二次加工性，可切割，粘接，用釘子或螺栓連接固定； 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

8、； 不怕蟲蛀、耐老化、耐腐蝕、吸水性小、不會吸濕變形； 能重復(fù)使用和冋收再利用，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，費用低廉，成本低。2）木塑復(fù)合材料的缺點從管廣大的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屮仍存 在著一些不足，主要表現(xiàn)為：1）密度高，通常為木材的24倍；2）產(chǎn)品的安裝費用相對較高（由于復(fù)合材料的密度較大，在組裝時需要使用射釘槍 或自攻螺釘）；3）耐熱性和耐紫外線能力較差；4）制品的硬度和載荷能力較木材差。3）國產(chǎn)塑木復(fù)合材料質(zhì)量上存在的主要問題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

9、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，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 同的物質(zhì)（塑料/天纖）不相容，不能牢固粘結(jié)的結(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)，沒有選用流動性適宜，收縮率和各向異性小的基體樹脂，對定型模冷卻控制不好。由于木塑復(fù)合材料具冇比單純的木材和塑料無法比擬的諸多優(yōu)點，已受到國內(nèi)外的 廣泛關(guān)注。該材料是綠色環(huán)保材料，可以冋

10、收利用低成本的廢棄木材和塑料，用此技術(shù) 生產(chǎn)出來的木塑復(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) 緊缺的矛盾。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)展的需要，也襯合國家的產(chǎn) 業(yè)政策，而ii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)展前途的材 料，也是一項有生命力、有市場開發(fā)前景的創(chuàng)新技術(shù)，具有廣闊的市場前景和良好的經(jīng) 濟(jì)效益和社會效益。4木塑復(fù)合材料的應(yīng)用木塑復(fù)合材料的應(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)有很大的市場需求。木塑材料具有耐潮、防蟲蛀等特點，適用于倉儲行 業(yè)使用的貨架鋪板、枕木、鋪梁、地板等。木塑材料制成的涼亭

11、、座椅、花盆、垃圾桶 等具有防水、防潮、防腐的特點，而且壽命長、價格低；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)品己在國外開始起步。近幾年來，由于木塑復(fù)合材料的木質(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的一類新型復(fù)合材料。它的出現(xiàn)冇利于緩解0前木材資源緊缺和廢 棄物冋收利用困難的問題，提高產(chǎn)品的附加值，可以廣泛應(yīng)用于汽牟工業(yè)、建筑行業(yè)、 室內(nèi)裝飾、家電和運輸?shù)刃袠I(yè)方面。研究木塑復(fù)合材料是木材工業(yè)史上的革命性發(fā)展， 是現(xiàn)代材料工業(yè)發(fā)展的主要方向之一。概括地說，在國內(nèi)，木塑復(fù)合材料的

12、應(yīng)用領(lǐng)域包括：包裝、運輸類：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、教學(xué)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)的發(fā)展，人們通過木塑復(fù)合微孔發(fā)泡技術(shù)制得木塑復(fù)合微 孔發(fā)泡材料，它比不發(fā)泡材料具有更高的沖擊強(qiáng)度、更高的韌性、更長的疲勞壽命、

13、更好的熱穩(wěn)定性和更低的密度（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 制品的應(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。卜*表列舉了常用助劑及其在復(fù)合材料中所起的作用。助劑應(yīng)用熱穩(wěn)定劑防止加工過程中聚合物降解 光穩(wěn)定劑防止紫外光對聚合物的傷害偶聯(lián)劑潤滑劑色素改善木塑界面結(jié)合，提高強(qiáng)度， 水，保持機(jī)械性能改善流動性能，提高生產(chǎn)效率， 緣磨損舉例酚醛樹脂（主要）和亞磷酸鹽（次要） hals （阻胺光穩(wěn)定劑）；紫外光吸收劑馬來酸酐改性聚烯烴&硬脂酸鋅、乙烯基而硬脂酰胺美化制品表面，并有一定紫外防護(hù)能力混

14、合染料殺蟲劑防止細(xì)菌真菌侵蝕發(fā)泡劑減小材料密度和制品重量6木塑復(fù)合材料加工工藝異噻唑類物質(zhì)放熱型（偶氮碳胺），吸熱型（碳酸氫 鈉）.木塑復(fù)合材料最先使用的生產(chǎn)工藝是混煉，再熱壓（或發(fā)泡壓制）成平板或模壓成型 材?，F(xiàn)在的生產(chǎn)工藝以擠出成型為主，并輔以注射成型。國pj木塑復(fù)合材料的主要成型 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。最早使用的為浸漬法，近年來，木塑復(fù)合材料的生產(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。因為用這種方法加工制品成本較高，自1999年起，就 開始研究該復(fù)合材料制品的一步法擠出成型技術(shù)，即直接用擠出機(jī)進(jìn)行該材料的混合與

15、 成型，因省掉造粒工序，從而降低了成本并提高了產(chǎn)品的市場競爭力。擠出成型、熱壓成型、注射成型、模壓成型是加工木塑復(fù)合材料的主要成型方法。 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的工藝路線。6.1注入單體聚合法該方法的歷史相對較早些。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 加熱催化等方法制成木塑復(fù)合材料（如圖1）。高頻輻射或加單板或木材一干燥一注入樹脂單體熱催化聚合j成品圖1注入單體聚合工藝流程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) 混合后通過一個針刺工段，用薄型無紡布襯托而制成纖維相互纏繞的低 密度板坯，

16、再根據(jù)最終產(chǎn)品的需求和要求，將一塊或數(shù)塊板坯熱壓成最終產(chǎn)品（如圖2）。纖維針刺（或加合成纖維f施膠干燥4混合一"綱模壓4成品圖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mdf的生產(chǎn)工藝（如圖3）。清洗分離干燥_造粒木材（刨花或纖維）施膠一鋪裝一熱壓冷卻一成品圖3壓制成型工藝流程6.4木塑復(fù)合材料平壓法成型技術(shù)工藝流程如卜*:刨花4除塵4篩分4粉碎4干燥4混合4鋪裝4熱壓4冷卻4齊邊塑料4精洗4干燥4碾碎4混煉圖4平壓法制備木塑復(fù)合材料的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)先混煉的塑料混合熱壓壓制成的板 材具有很好的力學(xué)性能經(jīng)測試該性能達(dá)到

17、刨花板國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。在熱壓過程屮，壓力 一定時，當(dāng)溫度升至200 °c時，模具中的物料達(dá)到最好的流動性。此時壓制的板材性 能較好。將塑料預(yù)先混煉后再與木刨花混合熱壓成型吋，隨著木刨花用量的增加，靜曲 強(qiáng)度成線性増加，混合的質(zhì)量比達(dá)到1 :3或1 :4時有最大值，此時制得的板材具有 最好的力學(xué)性能。6.5輻射法制備木塑復(fù)合材料工藝流程如下：地卜*貯罐_>體運送真空原木搬貨架貯存一>藥劑貯存一浸漬槽一裝袋輻則一制品貯存 圖5輻射法制備木塑復(fù)合材料的工藝流程浸漬冇機(jī)單體的木制品，經(jīng)電離輻射處理后，可制成一種新型材料-一木塑復(fù)合材 料。輻射法制備木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)可利用速生

18、、易得的木材如樺木、楊木等低檔 木材經(jīng)過輻射塑化處理來代替昂貴的優(yōu)質(zhì)木材，冇助于解決優(yōu)質(zhì)木材缺乏的難題，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的設(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)合擠出還是一個全新的研究 領(lǐng)域，尚處于實驗階段。擠出成型法是木塑復(fù)合材料加工中最重要的加工方法之一。這是一種低消耗，高產(chǎn) 出，適合各種異型材、板材的生產(chǎn)工藝。wpc的擠出工藝為：木材纖維/木粉/刨花由特 殊的喂料器在塑料熔融時連續(xù)喂料，木材纖維/木粉/刨花在雙螺桿擠出機(jī)的熔融段被充 分混合。此時木材屮的水分由真空泵帶走。

19、在混合充分后，混合物在一定壓力下從模門 擠出，制成型材或板材。這種擠塑可以擠出性能均一的材料。使用這種加工方式的木材 需要干燥，以防止復(fù)合材料中出現(xiàn)氣泡，同時木材纖維/纖維狀刨花的長徑比要小，以免 在加工時有大量的木材纖維/纖維狀刨花交纏成閉，影響產(chǎn)品質(zhì)量，也使設(shè)備易受損傷。 在擠塑加工工藝中溫度、轉(zhuǎn)速是主要的參數(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)合材料的強(qiáng)度。一般加工溫度都在150r-200°c 之間。轉(zhuǎn)速和木材纖維在擠塑機(jī)屮的停留時間對材料的影響很大，如果轉(zhuǎn)速太快，剪切 力增大，火量的木材纖維和刨花被剪斷，而ii兩種材料混合不均勻；如果轉(zhuǎn)速

20、過慢，木 材纖維和刨花在擠塑機(jī)中停留吋間太長也會使部分木纖維或刨花降解。當(dāng)加工溫度高于200°c時，木質(zhì)纖維就可能發(fā)生降解，因此在加工屮要嚴(yán)格控制物 料在擠出機(jī)內(nèi)的停留吋間，避免過量剪切和剪切失控。木質(zhì)纖維填充物料的粘度很人， 在剪切吋產(chǎn)生人量的粘滯熱，而i木塑混合物的熱傳導(dǎo)率很低，這兩個方面都導(dǎo)致從熔 體屮不能傳遞出足夠的熱量，以防止木質(zhì)纖維的降解和裂化。材料的這種加工性能不僅 對設(shè)備提出更高的要求，而ii限制了木塑復(fù)合材料的應(yīng)用。為此，用于木塑復(fù)合中的熱 塑性塑料通常只能選擇加工溫度較低的塑料，例如pp、ps、pvc、hdpe、ldpe等。擠出成型技術(shù)分為一步法和兩步法。一步直接

21、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，通過模具部件的幾何形狀成型 產(chǎn)品。這對擠出機(jī)提出了更高的要求，擠出機(jī)設(shè)計需有獨特的壓縮和低速剪切混合能力, 充分優(yōu)化給料區(qū)表面積，使螺桿對原材料的熱傳導(dǎo)過程更塊、更均勻。在螺桿設(shè)計吋需 提供一個較大的給料區(qū)，用于松散物料和在加工時施加自然壓縮力，其結(jié)果為木粉被更 有效地“浸濕”。在減小剪切力的同時，雙螺桿間的深螺槽和緊湊的相交齒空隙優(yōu)化擠 出料混合。在低螺桿轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的高扭矩處使用輕柔的低剪切力融化和混合，降低木粉 分解速率。預(yù)先造?；旌霞庸しǎ悍€(wěn)定的原材料是正常擠出的首要前提，為了保證對纖維材料的可靠計量，通常冇必 要采用兩步法擠出工藝對

22、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的水平，從而達(dá)到擠出產(chǎn)量，易于流 動性得到改進(jìn)。另外，粉體密度的均勻性保證了擠出過程的一致性。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合均勻，這樣塑料會 完全滲透到木粉屮。與一步法相比，兩步法工藝可以提高型材的沖擊性能，顯著改善木 塑復(fù)合材料的沖擊韌性，另外，在濕度很低的情況下（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%的木粉，擠出量將會降低30%50%。同樣，一步法工藝屮，松散的木粉不可避免地會引起牽引困難和配方的改變，導(dǎo)致擠出量的

23、改變。 而兩步法處理工藝就不存在該問題，處理過的原材料可以毫無問題地用于擠出，其至可 以和pvc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)合材料的導(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)計保證高效冷卻。第一：一步擠出成型工藝流程圖、助劑，一 擠出機(jī)y擠出成型圖6 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)處理預(yù)干燥助劑預(yù)混合混爍造粒木塑粒料圖7混煉造粒工藝流程圖2）兩步擠出成型工藝流程圖:擠出成型7常溫混合 -鋪裝一預(yù)壓定型 一冷卻!木塑制品牽引圖8兩步擠出成型工藝流程圖 6.7

24、木塑復(fù)合材料熱壓成型技術(shù)該工藝可成型一定規(guī)格的不連續(xù)的塑木制品，加工工藝類似于密度板的成型工藝。 熱壓成型工藝流程圖：木材纖維 _施加偶聯(lián)劑回收的塑料_磨粉與分選試件加工冷卻陳放 _熱壓圖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)模壓法因為具有可以將木纖維的添加量大大提高，木纖維可冇較大的長徑比，且加 工工藝簡單，可利用現(xiàn)冇國產(chǎn)普通人造板工藝技術(shù)及設(shè)備等優(yōu)點，受到越來越廣泛的重 視。以鋪裝后模壓成型加工成的產(chǎn)品，一般來說形狀較為簡單，其屮以板材居多。由于木纖維與塑料不經(jīng)處理直接按配比進(jìn)行熱壓時，熔融塑料分子很難浸潤木纖維，因而制 成的復(fù)合板材在物理力學(xué)性能指標(biāo)上難以取得大的提高，尤其是

25、彎曲彈性模量。壓縮成型方式：模壓成型、熱壓成型、碳化成型復(fù)一_模壓成型 閉式或升式合-一y不碳化材熱壓成型 料碳化庖/不41rb擠壓成型模壓成型工藝流程圖:熱塑性聚合物丄原料準(zhǔn)備 -粉碎-干燥一物料混合> 混合物料計量鋪裝物料計量鋪裝預(yù)壓4加熱模壓4脫模4清理模壓件4成品檢驗整修成品庫圖10模壓成型工藝流程圖7擠出成型的工藝過程 7. 1塑料的預(yù)處理為了保證成品的質(zhì)量，必須對冋收的塑料進(jìn)行分撿去雜、清洗烘干、粉碎，去除含 有的金屬、橡膠、泥土等雜物和加熱不融化的熱固性塑料.7. 2木質(zhì)纖維的預(yù)處理為了增加木纖維與塑料結(jié)合的表面積，提高成品的物理力學(xué)性能，必須對木質(zhì)纖維 進(jìn)行分選去雜、粉碎

26、烘干、改性等預(yù)處理，粒度一般要求在080s之間，要求無霉變、無結(jié)塊、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 的顆粒.烘干要求比較嚴(yán)格，一般要求在烘干箱中120°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)合材料的性能.7. 3配料根據(jù)使用性能要求以及原料配方，向經(jīng)過處理的廢舊塑料和木質(zhì)纖維中加入適量的 增容劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、膠合劑等化學(xué)助劑，改善木塑體系的相容性、耐熱性和加工 過程屮的流動性.7. 4造粒造粒的0的是使木塑混料進(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，能夠完全塑化.造粒工序屮，借助加熱和剪切等的作用，促使木

27、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的過程屮，擠出溫度、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)直接影響到物料的成型性能和混合過程，并對最終的結(jié)構(gòu)冇很人的影 響.溫度是木塑復(fù)合材料擠出成型的一個重要的工藝條件，是影響塑化及材 料質(zhì)量的主要因素，合理的擠出各段的溫度設(shè)置如表2,各段的溫度盡可能穩(wěn)定，尤其 是機(jī)頭的溫度控制必須保證在合適的范圍內(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)合材料制造的關(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)上有丫重火突破，使得木塑復(fù)合材料制

28、造技術(shù)和產(chǎn)品有性能上都己達(dá)到國際先進(jìn)水 平，并迅速走向市場化。其主要關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點：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%以上的水分，未經(jīng)干燥使用時易引起加工制 品起泡、燒焦、糊料，影響制品外觀，同時造成不斷停機(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。如簡單的將二者直接共混，制品變脆、力學(xué)性能很差，不能 實用。如通過接枝反應(yīng)對木粉進(jìn)行表面處理，可以將木纖維上的一0h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的界面粘著

29、力，同吋也使木粉在 復(fù)合材料中更易分散均勻，形成密實的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高復(fù)合材料的拉伸和沖擊強(qiáng)度。研究結(jié)果表明，不同的高聚物種類，所適 用的表面處理劑也是完全不同的。如木粉/聚丙烯體系，用馬來酸酐接枝聚丙烯，處理 的效果較好，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)合材料的拉伸強(qiáng)度也接近純樹脂的數(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)、提高相容性為一體的復(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pvc大分子親和相容的問題。7.

30、3加入高效流變潤滑劑可提高產(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，同吋也可提 高擠出速度，提高生產(chǎn)效率。廊坊市祌龍金海有限公司成功地研制出具有內(nèi)外潤滑作用 的高效流變潤滑劑，使加工過程中不僅具冇初期的潤滑作用，而ii中后期潤滑效果也很 好，可以保證擠出加工的快速穩(wěn)定。7. 4微發(fā)泡技術(shù)通常不發(fā)泡的木塑復(fù)合材料一是密度都比較人，并ii相體積的制品樹脂用量也比 發(fā)泡材料多。如木粉/pe復(fù)合材料的密度是木材的一倍，比純聚乙烯塑料也要高1 / 3左 右。承載一噸的1. 2mxl. 2m的托盤純塑料僅20kg,而木塑托盤要30kg以上，發(fā)泡木 塑制品與傳統(tǒng)木

31、塑相比，密度可降低20%45% ,更接近于木材。一般樹脂成本要占 材料成本的8090 ,采用發(fā)泡技術(shù)可節(jié)省近2倍的成本。二是剛性和沖擊性差。為了 増加剛性就要増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 粉與聚烯烴界面的親和性和相容性。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 平整光滑的型材，選擇優(yōu)質(zhì)的發(fā)泡

32、劑是決定型材質(zhì)量的關(guān)鍵。對于木粉/pvc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)泡劑的分解溫度和分解時間。因此要 選擇發(fā)泡劑的分解溫度相匹配。通常微發(fā)泡塑料使用的ac發(fā)泡劑也不適于木粉/ pvc復(fù) 合體系。因為ac發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體同吋還放出大量熱量，如不采取得力措施，極易 造成溫度升高使材料內(nèi)部孔隙人小不均或者制品表面出現(xiàn)鼓泡、塌陷等缺陷。廊坊市祌 龍金海公司自主研發(fā)的吸放熱均衡復(fù)合發(fā)泡劑可以將放熱型發(fā)泡劑分解時放出的熱量 吸收并促進(jìn)吸熱型發(fā)泡劑的分解，二者適當(dāng)?shù)钠ヅ淇梢詢?yōu)勢互補(bǔ)，攻克了木粉/pvc

33、復(fù) 合材料微發(fā)泡工藝的技術(shù)難關(guān)，使產(chǎn)品性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平?？梢蕴娲聡M(jìn)門的發(fā)泡劑，實現(xiàn)國產(chǎn)化，價格僅為進(jìn)門的一半。7.5特殊結(jié)構(gòu)擠出設(shè)備為了實現(xiàn)木塑復(fù)合材料的穩(wěn)定擠出，擠出機(jī)螺桿的結(jié)構(gòu)、長徑比和轉(zhuǎn)速對復(fù)合材料 的分散、混合、熔融及成型過程有著至關(guān)重要的影響，要求： 螺桿結(jié)構(gòu)要有利于物料的分散、混合、熔融； 防止物料在螺釘或螺簡上滯留，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)大的推進(jìn)作用，能平穩(wěn)地輸送物料； 建立足夠的成型壓力。7.6獨特的成型模具木塑復(fù)合材料最終要成為具有一定形狀、尺寸穩(wěn)定、外觀良好的各種型材，最后一 道工序是通過成型模具來實現(xiàn)的。由于微發(fā)

34、泡型材生產(chǎn)中需要膨脹速率較緩和的型胚， 尤其要防止僅僅通過螺桿減壓而造成的物流波動。所以要在流道設(shè)計上實現(xiàn)二次減壓， 使型胚平衡地向定型模具過渡。北京建誠機(jī)械冇限公司根據(jù)微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的生產(chǎn) 工藝特點研制出可調(diào)式發(fā)泡型村專用模具，可在主機(jī)工作狀況不變的情況下通過模具本 身的調(diào)控實現(xiàn)對型村表面質(zhì)量、型村尺寸和發(fā)泡倍率的控制。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的木塑復(fù)合材料整條生產(chǎn)線。二木塑復(fù)合材料的研宄現(xiàn)狀1-1國外木塑產(chǎn)業(yè)概況木塑材料的產(chǎn)業(yè)化推廣源于上世紀(jì)80年代的美國，最初是作為改性塑料應(yīng)用的。 隨著技術(shù)水平的提高，木塑逐漸具備了塑料、木材、金

35、屬等單質(zhì)材料的優(yōu)點，成為自成 體系的新型材料。目前，各類木塑制品在美國、加拿大、德國、英國、荷蘭、日本和韓 國等國己得到較為廣泛的應(yīng)用，形成了比較規(guī)范的產(chǎn)業(yè)和市場。北美是世界上木塑材料發(fā)展最快、用量最大的地區(qū)，主要用于風(fēng)格粗獷的戶外建筑。 美國木塑市場1990至2000年的增長率都在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，其中最大的幾家公司己在紐約證券交易所上 市。美國的木塑材料研發(fā)機(jī)構(gòu)也超過50家，形成了一個從產(chǎn)品研發(fā)、原料收集、設(shè)備 制造、模具開發(fā)、制成品生產(chǎn)到市場營銷的完整產(chǎn)業(yè)。加拿大安大略省的材料和制造屮 心堅持與美國國家森林實驗室合作主辦木塑材料

36、會議并資助研究人員和公司。經(jīng)過10 多年的努力，在加拿人也形成了以10多家企業(yè)為主體，年產(chǎn)量超過5萬噸的木塑產(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)大的裝備制造能力，發(fā)展?jié)摿Σ豢尚∫?。歐洲人對 木塑材料的要求比較細(xì)膩，對品種花色的需求也高于北美，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，有高速増長的空間。日本由于地理原因和環(huán)保意識，木塑材料的應(yīng)用比較普遍，產(chǎn)品質(zhì)量亦較優(yōu)良。曰 本的木塑研究機(jī)構(gòu)，經(jīng)過十多年的努力開發(fā)出高品質(zhì)的木塑材料。其產(chǎn)品具冇自然的木 材色澤和質(zhì)感，已在房屋建設(shè)和內(nèi)裝飾領(lǐng)域得到

37、廣泛使用，是目前國際上品質(zhì)最高的產(chǎn) 品之一，代表了木塑材料替代天然木材的質(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)政策的鼓勵和企業(yè)潛在效益需求的雙重推動k,全國性“木塑熱”逐 漸興起。據(jù)不完全統(tǒng)計，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 套的企事業(yè)單位己逾150家，包括國冇、民營，獨資、合股和合資等多種類型，國冇或 國有控股企業(yè)古有一定的優(yōu)勢?，F(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。東部個別企業(yè)工藝水平較為領(lǐng)先，南方企業(yè)則di冇產(chǎn)品數(shù)量和市 場的絕對優(yōu)

38、勢。行業(yè)內(nèi)主要技術(shù)代表企業(yè)的試驗樣品已達(dá)到或超過國際先進(jìn)水平。一些 行業(yè)外的人型企業(yè)和跨國集閉也在密切關(guān)注我國木塑產(chǎn)業(yè)的動態(tài)。我國的天然木材資 源日益減少，木質(zhì)制品的市場需求量卻與日倶增。巨人的市場需求和技術(shù)突破必然會不 斷拓寬木塑材料的市場通道。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、物流運輸、交通設(shè)施、家具用品等領(lǐng)域開始規(guī)模性拓展。結(jié)合國外木塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 經(jīng)驗，我國木塑材料的合理發(fā)展方向是：1）原料通用化。根據(jù)木塑制品的原料分類、使用性能和用途，制訂一個通用的木塑 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)的狀況，改進(jìn)、完善木塑制品 的生產(chǎn)裝備，使其專

39、業(yè)化、系列化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。3）產(chǎn)品高端化。以木塑材料的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、表面美觀的型材以及成套產(chǎn)品和組合產(chǎn)品。4）研發(fā)市場化。市場需要性能有特色、價格有優(yōu)勢的產(chǎn)品，應(yīng)推進(jìn)科研成果的迅速 轉(zhuǎn)化，促進(jìn)木塑新產(chǎn)品的市場接軌。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，使之常態(tài)化, 普遍化，為廣大消費者樂意接受。1.3我國木塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的主要問題我國木塑產(chǎn)業(yè)前景廣闊，但0前的投資冇過熱傾向。受技術(shù)、資金、設(shè)備和市場推廣能力的限制，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)費不足。大多木塑生產(chǎn)企業(yè)工藝

40、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)?；钠髽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)模的產(chǎn)業(yè)集群，無法產(chǎn)生群體拉動和市場推廣效應(yīng)。木 塑材料商業(yè)化推廣嚴(yán)重缺位，信息通道不通暢。3）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)滯后。國內(nèi)僅有的木塑托盤和地板的標(biāo)準(zhǔn)大多是參照木制托盤和地板的 標(biāo)準(zhǔn)制訂的，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)合材料的相容性研究隨著科學(xué)技術(shù)和社會的發(fā)展，人們對塑料材料性能的要求也越來越高。充分利用植 物纖維資源的潛力，發(fā)揮它獨特的功能和特性

41、，開發(fā)其新的應(yīng)用領(lǐng)域，是當(dāng)今引人注目 的研究熱點。然而，植物纖維也冇加工溫度低、不耐潮濕及與熱塑性塑料相容性差等缺 點。而其中憎水性的熱塑性塑料與親水性的植物纖維之間的界面相容性差是此復(fù)合材料 的最大缺點。這種極差的界面相容性導(dǎo)致了纖維在塑料基體屮分散不佳、力學(xué)性能k降, 限制了植物纖維在塑料中的應(yīng)用。為了改善它們二者之間的界面相容性，發(fā)揮各自的優(yōu) 點，增強(qiáng)木塑復(fù)合材料的力學(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 新的方法，以使這種復(fù)合材料能夠滿足實際的使用需要，并且取得了一系列階段性成果。改善木塑復(fù)合材料復(fù)合界面的相容性的方法主要有物理或化學(xué)的方法。物理方法包 括表面原纖化及放電

42、處理。在植物纖維的表面改性方面，低溫等離子放電、濺射放電、 電暈放電等越來越受到人們的廣泛關(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的變化，比如表面變得粗糙 等以增強(qiáng)界面間的粘結(jié)性能。等離子體的作用包括質(zhì)子的獲得以及不穩(wěn)定基閉的生成， 從而使醇、醛、酮、羧酸等的官能閉發(fā)生變化。放電處理可以通過降低纖維/聚合物熔 體的粘度來改善復(fù)合材料的力學(xué)性能；電暈放電則是通過改變纖維素分子的表面能來降 低復(fù)合材料的熔融粘度?；瘜W(xué)方法為在與聚合物母體復(fù)合之前通過在纖維填料的表面包 覆1層非極性的材料以改善界面的兼容性及纖維在塑料基體中的分散性。化學(xué)法

43、一般冇接枝共聚法處理、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種常見的改性聚合材料的 方法，此方法廣泛用于對纖維素填料和其他種類填料的化學(xué)性質(zhì)和極性進(jìn)行改性；接枝 共聚物反應(yīng)是由纖維素分子的自由基激發(fā)的，將纖維素用選好的離子處理并用高能輻射 就形成了自由基，然后用一合理的方法處理自由基位置，然后樹脂與纖維素以共價鍵結(jié)合，降低丫纖維的親水性，所形成的聚合物表現(xiàn)出2種材料的性能，因此它可以與樹脂 基體相容。偶聯(lián)劑法是通過偶聯(lián)劑的化學(xué)鍵與植物纖維填料的纖維素分子相連，其冇機(jī) 官能閉又能與聚合物連接，通過這2方面的反應(yīng)，在復(fù)合材料的界面上形成

44、由共價鍵連 接的連續(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的聚合物中進(jìn)行浸潤的方 法來改善界面的相容性；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、 熱輻射作用的條件卜*聚合；用交聯(lián)劑改變單體的填充方法，改變單體的聚合過程等，可 以得到一系列不同性能的復(fù)合材料。堿金屬溶液膨脹處理及取代反應(yīng)的堿化處理是用堿 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的類型及溶液的濃 度。乙酰化是1個單反應(yīng)過程，1個乙?；c1個羥基反應(yīng)，不發(fā)生聚合，這個反應(yīng)使失 去羥基的木質(zhì)纖維變?yōu)樵魉裕档土四举|(zhì)纖維與復(fù)合材料的吸濕性和膨脹性，發(fā)生酯 化作用的同吋，又有狻酸生成，因此它

45、會改善與用作處理劑的可溶性酸的相容性。和未 經(jīng)處理的木質(zhì)纖維相比，它與非極性塑料間的相容性可得到改善。我國木塑復(fù)合材料的研究工作雖然起步較國外晚，但卻充分吸收了國外的研究成果 并進(jìn)行了大量的工作。尤其是1 9 9 8年后，由于“天牛蟲”事件，加之塑料制品廢棄 物及木材資源缺門的不斷増加，客觀上推動了我國木塑復(fù)合材料的發(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 聚過程屮官能閉和表面極性的變化進(jìn)行丫研宄，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

46、果良好。上海交通人學(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的pp體系中，并對提高材料相容性的機(jī)理進(jìn) 行了分析。2.2木塑復(fù)合材料力學(xué)性能的實驗研究不同種類的木質(zhì)纖維由于纖維本身分子結(jié)構(gòu)的不同，其木塑復(fù)合體系的力學(xué)性能也 不同。未經(jīng)表面處理的木粉含量與復(fù)合材料力學(xué)性能的關(guān)系：當(dāng)木粉含量小于30%40% 的范圍內(nèi)，隨著木粉含量的增加，彎曲強(qiáng)度上升拉伸強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度下降。這是因為木粉 的主要成分是纖維素和木質(zhì)素是屬于剛性人分子，木粉含量增加，使得材料的剛性增加, 初性下降，此外它們之間很差的相容性進(jìn)一步降低了材料的力學(xué)性能。處理劑的種類不 同對木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能影響

47、也不相同。木塑復(fù)合材料將高分子材料和植物纖維的優(yōu)良性能集于一身，是一種具有優(yōu)良力學(xué) 性能的材料。其優(yōu)良的力學(xué)性能包括具冇較高的拉伸強(qiáng)度、彎曲模量、壓縮強(qiáng)度、沖擊 強(qiáng)度和初性以及好的抗蠕變和抗老化能力等。其差異主要與材料的結(jié)構(gòu)冇關(guān)。中密度纖維板是將木材纖維化處理后再經(jīng)高溫高壓生產(chǎn)出來的，材料的主體是木質(zhì)纖維或纖維 束，而楊木和水曲柳的抗彎性能較高主要與其木材結(jié)構(gòu)和木材細(xì)胞壁厚薄冇關(guān)。我們知 道木材的密度與木材強(qiáng)度呈線性關(guān)系，而木塑復(fù)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，在作彎曲試驗過程屮發(fā)現(xiàn)線彈性階段較小，變形較人，斷門 平直，為脆性斷裂，而木材初性較大，斷口撕裂，故其抗彎

48、性能遠(yuǎn)低于木材。2. 3木塑復(fù)合材料的微孔發(fā)泡20世紀(jì)80年代后，人們把塑料微孔發(fā)泡的理論運用到木塑復(fù)合材料中來，以期待解 決非發(fā)泡木塑復(fù)合材料低的沖擊強(qiáng)度、韌性、疲勞壽命、熱穩(wěn)定性和比重。微孔塑料是 1種由許多非常小的氣泡核構(gòu)成的熱塑性泡沬物質(zhì)。密度可降低至不發(fā)泡時的5%,氣泡 孔為閉孔結(jié)構(gòu)。與一般泡沫塑料相比，微孔塑料最顯著的特點是氣泡尺寸非常小，而h 氣泡密度非常大。微孔塑料的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，初度是其5倍，疲勞壽命是其5倍，強(qiáng)度重量比是其35倍，并具有良 好的熱穩(wěn)定性較低的介電常數(shù)及良好的絕緣性能等。2. 4木塑復(fù)合材料成型裝備的研究

49、現(xiàn)狀雖然木塑復(fù)合材料冇ft好的應(yīng)用前景，但是憎水性的熱塑性塑料與親水性的植物纖 維界面之間的相容性差，不易均勻分散，擠出成型困難，制品的物理機(jī)械性能差等因素 限制y這種材料的推廣應(yīng)用。人們通過各種物理和化學(xué)的方法來調(diào)整聚合物基體與植物 纖維界面的相容性，但是依然不能很好地解決上述問題。于是在混合技術(shù)和裝備的研究 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的問 題。0前用于木塑復(fù)合材料擠出成型的設(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)外都少有報道。2.4. 1用于

50、木塑復(fù)合材料加工的串聯(lián)式磨盤擠出機(jī)北京化工人學(xué)特種擠出中心自行開發(fā)研制的串聯(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)的結(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、可以承受大扭矩的特點，而ii具備磨盤擠出機(jī)超強(qiáng)的破碎、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)置冇特殊結(jié)構(gòu)的排氣裝置和可以計量控制的強(qiáng)制 喂料裝置，因此具有高效、多功能的特點。經(jīng)過多種物料體系共混改性的實驗研究表明: 串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)具冇廣泛的工藝適應(yīng)性，特別適用于高填充或高粘度復(fù)合材料的 共混改性，其破碎、混合、混煉性能要高于其他傳統(tǒng)的混煉裝置，具冇廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)加工溫度高于2 0 0

51、 °c時，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)的磨盤又具有超強(qiáng)的破碎、分散、混煉能力，極易產(chǎn)生過量的剪切熱，因此必須對該 擠出設(shè)備的磨盤進(jìn)行如下3個方面的調(diào)整，使其適合于對剪切敏感的木塑復(fù)合材料的擠 出成型加工。 選用溝槽形狀簡單、溝槽數(shù)少的扇形磨盤以減少植物纖維經(jīng)歷的剪切次數(shù)； 通過特別設(shè)計的磨盤間距調(diào)節(jié)裝置，實現(xiàn)對動盤、定盤之間間距的微調(diào)以降低磨 盤對復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度； 通過在定盤上設(shè)置進(jìn)行液體冷卻的通道，對熔體溫度進(jìn)行有效的控制。2.4.2木塑復(fù)合材料專用機(jī)頭木塑復(fù)合材料由于其材料的特殊性，對于機(jī)頭提出了許多特殊的要求。木塑復(fù)合材 料在擠出條件下流體被視為固

52、態(tài)流體，不能使用ent典型的壓力降和膨脹公式進(jìn)行計算。 因此用于木塑復(fù)合機(jī)頭的設(shè)計與傳統(tǒng)的機(jī)頭設(shè)計截然不同，要根據(jù)固體流動的流變狀 況來進(jìn)行設(shè)計。從機(jī)頭的設(shè)計角度，除了保證流道設(shè)計的圓滑過渡與合理的流量分配， 同吋對于建壓能力與溫度控制精度也要予以重點考慮。北京化工大學(xué)特種擠出技術(shù)中心 在大量實驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了木塑復(fù)合專用的棒形機(jī)頭、矩形機(jī)頭和工字型機(jī)頭。 特別是運用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)設(shè)計的工字型機(jī)頭，如圖1 1所示，這種機(jī)頭現(xiàn)己投入 工業(yè)使用，并取得了良好的效果。三木塑復(fù)合材料的發(fā)展趨勢3.1木塑發(fā)展中的問題近年來，人們對廢舊塑料回收利用的口益重視，同時木材資源的日益匱乏。用木粉 或其

53、他天然植物纖維來填充塑料再生料，經(jīng)專用設(shè)備制成的塑木材料及制品，因其兼具 塑料和木材的雙重特性，近年來嶄露頭角，并逐漸成為世界各國關(guān)注和開發(fā)的熱點。但 在我國，經(jīng)過幾年的開發(fā)，塑木材料的生產(chǎn)應(yīng)用情況并不樂觀，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的新型 環(huán)保材料會出現(xiàn)這種不利局面呢？一方面，塑木材料的加工要比普通塑料制品難度大，要求高。目前國內(nèi)的技術(shù) 大多來自于國外技術(shù)信息的消化、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)只看到以塑代木的前景，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

54、；少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)模壓壓制的木塑包裝材料，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)域的拓展，如何進(jìn)一步提高塑木材料的性能已成為科研人員開發(fā)的重點，塑木材料生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、專用設(shè) 備的開發(fā)及添加劑的選擇，也需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。另一方面，解決廢舊材料的冋收問題是實現(xiàn)塑木材料加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化的關(guān) 鍵。我國回收塑料的處理缺少專業(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，利用廢舊冋收塑料加工的產(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吋，往往忽視了這一問題， 無論什么回收塑料都用相同的配方和工藝加工，產(chǎn)品質(zhì)量

55、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)合所得的產(chǎn)品要能夠作為生態(tài)環(huán)境材料必須有三大特點： 要能滿足使用上的性能要求； 必須考慮盡可能節(jié)約資源和能源，盡可能減少對環(huán)境的污染； 在研究、設(shè)計制備材料及使用廢棄材料和生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，材料或產(chǎn)品在整個 壽命周期中必須滿足對環(huán)境的協(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的雙重性質(zhì)，加入一定量的功能材料，可使其具冇耐 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 的方向發(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 材料所追求的高價值。在進(jìn)行功能木質(zhì)復(fù)合材料的研究過程中應(yīng)考慮各組成的物理及化 學(xué)性質(zhì)，以避免各組成之間的沖突。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）納米技術(shù)在木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用納米科技是一門多學(xué)科交叉、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)緊密聯(lián)系的高技術(shù)，如：納米電 子學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)和納米機(jī)械學(xué)等。組成相或晶粒結(jié)構(gòu)控制在100納米以下 長度尺寸的材料稱為納米材料。將納米科技導(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)