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木塑復合異型材及擠出模具設計

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-11-12 10:05:03點擊率：

　　在建筑門窗業(yè)內(nèi)，塑料異型材和木材的使用一直處在激烈的競爭之中。當優(yōu)質(zhì)木制產(chǎn)品越來越受到人們青睞，原木產(chǎn)品在都市越來越流行的時候，森林消失的速度也越來越快。塑料異型材行業(yè)的發(fā)展，在很大程度上取代了木制門窗，卻又帶來一些無法回避的缺憾，如塑料型材的質(zhì)感和顏色等。在塑料型材的研究和應用領域涉足較早的歐洲國家，又率先推出將木材纖維和塑料結(jié)合起來制成的復合型材，并已經(jīng)在諸多方面成功地實現(xiàn)了應用。

　　近年來，新加坡一家公司已成功地將木材纖維填充量提高50%，而所制造的門窗強度也能滿足有關標準要求。

　　1 木塑復合材料的物料性能。

　　1.1 木塑復合原料

　　木粉由軟質(zhì)木材除去樹皮、樹節(jié)后經(jīng)機械粉碎、研磨而得。主要是使用木制品加工行業(yè)生產(chǎn)中的邊角余斜和木屑。其顏色根據(jù)樹種配比不同而不同，有白色、淡褐色至褐色等不同品種。按粒度一般分為4個等級15-30目、30-50目、50-80目和80目以上。木粉制備后，將樹脂、木粉和其它助劑按一定的體系和配比混合經(jīng)塑煉和造粒即可獲得木塑復合粒料。

　　顆粒料根據(jù)不同的型材發(fā)泡要求配置了發(fā)泡及調(diào)節(jié)體系。

　　顆粒料根據(jù)不同的顏色要求，結(jié)合木粉添加量配置了顏料調(diào)節(jié)體系。

　　造粒的成品原料根據(jù)木粉的填充量分成三個等級：Ⅰ級含木粉30%(質(zhì)量組分)，Ⅱ級40%，Ⅲ級50%。

　　1.2 木塑復合擠出制品

　　和木材比較：木塑復合材料經(jīng)擠出工藝的制成品的外觀和質(zhì)感酷似木材，并具有和木材一樣的加工性能、施工性能。制品密度在600-1000kg/m3之間，根據(jù)木纖維填充量的多少和發(fā)泡率的高低有所不同，一般在600-800kg/m3左右，和木材相當接近。含水量約為2%，而木材的含水量在12%-13%之間，與原木相比木塑復合型材具有更好的抗水、抗腐蝕等功能。此外，還不存在木材自然的缺陷，如龜裂、翹曲、疤結(jié)、明顯色差等。

　　除機械的、理化的損傷外，木制門窗還有一個致合的弱點，那就是蟲害的損傷，如白蟻、蠹蟲等害蟲的侵害。而木塑復合型材含有多種化學制劑，可以抵御蟲害。

　　此外，擠出制品斷面設計靈活，可以設計裝飾性強的裝飾結(jié)構(gòu)和各種功能結(jié)構(gòu)。而木制品的功能結(jié)構(gòu)和裝飾結(jié)構(gòu)往往受加工方法的限制。

　　和普通塑料型材比較：木塑復合材料具有普通塑料型材的絕大部分優(yōu)點，如阻燃、抗老化等，同時又具有普通塑料型材不能替代的其它優(yōu)點，如色澤、質(zhì)感重量輕等品質(zhì)性能，可釘、可鉆、可鋸、可刨、可上油漆、可粘接等加工性能。

　　木塑復合材料的擠出制品焊接性能較差，基本上不適宜焊接，因此，門窗組裝要采用螺接形式。一方面，可以在現(xiàn)場行施工，給門窗的運輸和安裝帶來很多方便。

　　表1所示數(shù)據(jù)為新加坡工業(yè)鑒定局根據(jù)英國標準規(guī)定的方法對木塑復合型材進行測試的報告摘錄。

　　表1 木塑復合型材有關項目測試數(shù)據(jù)：

　　密 度 BS EN232：1993 669.4kg/m3

　　含水率 BS EN322：1993 2%

　　吸水率 BS 5669：1979 2.38%

　　彎曲強度 BS EN310：1993 28.9N/mm2

　　抗壓強度 BS EN789：1995 12.17N/mm2

　　拉抗強度 BS EN205：1991 850N/mm2

　　拔釘?shù)挚?BS 6948：1989 48.36N

　　1.3 擠出加工性能

　　由于木粉的加入，熔融物料的流動性能較UPVC材料大大降低，從Ⅰ級到Ⅲ級，流動逐漸變低。因此，擠出模具的壓縮角和擴張角都不宜太大，防止滯料區(qū)的產(chǎn)生與存在。

　　木塑復合材料在擠出加工過程中對溫度的變化相當敏感，要求料筒、模頭各區(qū)的溫度有非常嚴格的控制：一方面各區(qū)溫度要適合發(fā)泡，另一方面溫度的設置除考慮塑料降解外，還應該考慮木粉的炭化。因此對擠出設備、模具、工藝條件要求也相對苛刻。

　　2 制品結(jié)構(gòu)及工藝特點

　　由于木粉的填入，強度值有一定的下降。因此，對不同的使用場合，型材壁厚應有不同的設計。用作室內(nèi)裝飾材料的，如護墻板、墻角線、踢腳線等，可考慮壁厚較薄，一般壁厚在3-5mm，而用于門窗的型材，則應設計較大壁厚，通常在5-7mm。

　　2.2 通常是低發(fā)泡制品

　　根據(jù)使用場合和功能要求的不同，木塑復合型材的發(fā)泡率有高有低，裝飾型材一般采用相對較高的發(fā)泡率(600kg/m3左右)，用作門窗構(gòu)件的型材則采用較小的發(fā)泡率(800kg/g3左右 )。結(jié)皮厚度則可以根據(jù)要求通過工藝在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整。

　　2.3 過渡圓角大

　　普通型材圓角半徑可小至0.3-0.5，少數(shù)特殊要求“尖角”的地方還可以做到R0.2以下。但木塑復合材料型材的圓角達不到此種要求，一般在R1以上，否則不利于成型。

　　2.4 內(nèi)筋的設置不同

　　普通PVC型材斷面設計中，內(nèi)筋設置是為了加強或用來分隔功能腔室，分隔功能腔的內(nèi)筋往往很長。對于木塑復合型材，則應盡量避免長的內(nèi)筋。在不影響使用功能的情況下，盡可能使用開放結(jié)構(gòu)。

　　3 模具設計要點

　　基于上述物料性和制品特點分析，結(jié)合我公司對該類模具的開發(fā)試制的成功經(jīng)驗，木塑復合異型材模具設計的要點如下：

　　基于木塑復合物料對溫度敏感性，模具應采用較大的結(jié)構(gòu)尺寸，以增加熱容量，使整個擠出機頭的溫度穩(wěn)定性得以加強。

　　機頭擠出方向的尺寸盡量取小，縮短物料在機頭中經(jīng)過的時間，結(jié)合發(fā)泡的要求選較小的穩(wěn)定段長度，一般為口模間隙的10-15倍

　　取較大的壓縮比以增加模具壓力。保證有足夠的熔體強度，以利于發(fā)泡。一般情況下，木塑復合發(fā)泡型材壓縮在6-10。

　　盡量不要使用阻流塊等結(jié)構(gòu)來調(diào)整流道截面上各處的流量，各個局部流量的平衡要依靠流道尺寸變化來調(diào)節(jié)。

　　在結(jié)構(gòu)強度足夠的情況下，盡量減少支架筋的數(shù)量。同時應該設計足夠長度的匯料段，使物料在壓縮之前充分融合。

　　盡量不要采用內(nèi)流道。對長內(nèi)筋非采用獨立供料不可時，要考慮獨立流道有足夠大的截面積。獨立供料流道的壓縮比應比主流道的壓縮比小，約為87%。

　　由于壁厚較大、導熱系數(shù)小，型材內(nèi)部熱量不容易傳出，因此，冷卻定型部分應考慮加熱交換速度，并增加有效冷卻時間。根據(jù)經(jīng)驗，壁厚6mm左右的型材，除干式定型外，需要6m長的水浸式冷卻，才能冷卻充分。

　　木塑復合型材的斷面設計、工藝設計、模具設計有許多不同于PVC低發(fā)泡型材的特點。由于木塑復合型材有著與塑料型材和木材不可比擬的優(yōu)勢，是具有廣泛前景的應用方向。

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