木塑復(fù)合材料的共混加工技術(shù)應(yīng)用介紹

來(lái)源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2007-12-16 15:22:14點(diǎn)擊率：

木塑復(fù)合材料具有的優(yōu)點(diǎn)是，這兩種不同材料的性能可以被理想地結(jié)合在一起。填充有木粉料（鋸木灰）或木纖的塑料擠出物到目前為止主要被用在建筑領(lǐng)域，如用于陽(yáng)臺(tái)蓋板，以及窗戶、門(mén)和欄桿用到的型材。為重要的市場(chǎng)是在美國(guó)，在2000年約生產(chǎn)出20萬(wàn)噸木塑復(fù)合物。全球的年增長(zhǎng)率是25%。這些復(fù)合物的主要優(yōu)點(diǎn)是它們?cè)O(shè)計(jì)范圍寬、生產(chǎn)無(wú)廢物和近似木質(zhì)的外觀。迄今為止，木纖/塑料復(fù)合物在注塑中的應(yīng)用還不常見(jiàn)，盡管它們擁有大量的優(yōu)點(diǎn)。與殘余水分含量和均勻混合有關(guān)的質(zhì)量要求普遍要比在型材擠出中的要求要高，特別是在熱流道模具中加工或生產(chǎn)薄壁塑件時(shí)。

　　瑞典的斯堪的納維亞木纖公司與德國(guó)科倍隆公司密切合作，推出了旨在生產(chǎn)粒狀木纖/塑料復(fù)合物的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，具有注塑所需的高品質(zhì)。質(zhì)量主要由兩個(gè)因素所控制：

　　對(duì)木纖的加工和木材的種類(lèi)；

　　在雙螺桿混煉機(jī)中生產(chǎn)復(fù)合物過(guò)程中的工藝控制。

　　混煉次木纖料生產(chǎn)出具有良好機(jī)械性能的木纖/塑料復(fù)合物的一個(gè)條件是木纖質(zhì)量保持優(yōu)良。注塑粒料用到的木纖必須按質(zhì)量被歸類(lèi)為技術(shù)性纖維。生產(chǎn)的開(kāi)始材料由經(jīng)挑選過(guò)的粗刨木花組成。能大量獲取的鋸木屑不符合質(zhì)量要求。

　　刨木花在木工廠里被研磨成了技術(shù)性木質(zhì)纖維，具有盡可能大的長(zhǎng)度與直徑之比值。在研磨過(guò)程的末端，木纖通過(guò)一個(gè)篩網(wǎng)，以特定的長(zhǎng)度分布按纖維長(zhǎng)度被分類(lèi)。注塑粒料用的木纖長(zhǎng)度一般200至400mm之間，在特殊情況下可以達(dá)到3000mm。

　　生產(chǎn)復(fù)合物的混煉機(jī)

　　為生產(chǎn)復(fù)合料而不斷加工木纖之時(shí)，有一個(gè)需要考慮的重要限制條件：在160℃以上的溫度和有氧存在的情況下，會(huì)在纖維中出現(xiàn)熱氧化，引起發(fā)黑，纖維產(chǎn)生機(jī)械性損害。因?yàn)檫@種局限性，并根據(jù)對(duì)不同混煉系統(tǒng)所進(jìn)行的技術(shù)評(píng)估結(jié)果，科倍隆的雙螺桿混煉機(jī)被證明是特別適合的。它的主要優(yōu)點(diǎn)有：

　　能夠通過(guò)螺桿結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)來(lái)控制能量的引入，這樣便可以確保低的加工溫度；

　　無(wú)氧時(shí)，在塑料的熔融溫度下,由木纖所用去的停留時(shí)間極短，僅10至20秒；

　　緊密?chē)Ш系耐蛐D(zhuǎn)雙螺桿有著的混合與分散效果。

　　在機(jī)器制造商的試驗(yàn)車(chē)間所進(jìn)行一系列系統(tǒng)測(cè)試，被用來(lái)確定適于次木纖/塑料復(fù)合物加工的理想螺桿結(jié)構(gòu)和步驟。測(cè)試在雙螺桿混煉機(jī)（ZSK Megavolume）上進(jìn)行，它有著直徑62mm的螺桿，利用了不同的螺桿結(jié)構(gòu)。這種混煉機(jī)的螺桿螺紋特別深，直徑比為1.8，所以有著比ZSK Megpounder較大的自由體積。這種品牌特別適合于密度極低（0.15kg/dm3）的大體積木纖料。這些試驗(yàn)顯示，利用下面描述的工藝，圖2所示的裝置不僅生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)注塑復(fù)合物，而且它特別溫和地處理纖維。

　　基礎(chǔ)塑料，通常是PP，但有的時(shí)候是HDPE，與配方中規(guī)定的添加物一起，如粘著劑、紫外線穩(wěn)定劑、著色劑、抗菌劑或阻燃劑，通過(guò)重力測(cè)定系統(tǒng)被輸送至混煉機(jī)的外殼，并在加工區(qū)被熔化。隨后，木纖（殘余水分含量必須在重量的3%至6%之間，依配方而變）通過(guò)重力計(jì)量裝置和雙向喂料裝置被直接添加至熔體中。這確保了對(duì)纖維的溫和處理。木纖帶走的氣體在大多數(shù)情況下能通過(guò)裝置中的背部排氣系統(tǒng)散逸出來(lái)。

　　在第二加工段，木纖被均勻地分散在熔體當(dāng)中，從而每一點(diǎn)纖維都被塑料熔體完全潤(rùn)濕。接下來(lái)的真空排氣確保了殘余水分和所有其它揮發(fā)性成分被回收。接下來(lái)一個(gè)區(qū)段為造粒過(guò)程積累了壓力。因?yàn)槟纠w/塑料復(fù)合物的造粒有著特別的要求，所以出自科倍隆的一套更為先進(jìn)的造粒系統(tǒng)在工廠試驗(yàn)之后被開(kāi)發(fā)出來(lái)。產(chǎn)生出來(lái)的極均勻桶狀粒可以在傳統(tǒng)注塑機(jī)上被加工，不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題，生產(chǎn)出干凈無(wú)條痕的塑件。

　　依靠裝備精良的試驗(yàn)工廠，化合物的性能可以得到優(yōu)化，在與實(shí)際可能碰到的條件相近的條件下做出來(lái)的樣板的數(shù)量可以被檢查出來(lái)，從而測(cè)試其在潛在用途中的適合程度。這意味著感興趣的顧客能使自己熟悉生產(chǎn)所用的新材料和加工技術(shù)。

　　根據(jù)所介紹概念而造出來(lái)的機(jī)器具有螺桿直徑76mm的混煉機(jī)，由機(jī)器制造商在2003年底交貨給斯堪的納維亞木纖公司。這種機(jī)器能生產(chǎn)重量含量為40-70%的復(fù)合物，利用了PP或HDPE作為基層材料。其設(shè)計(jì)產(chǎn)量為1000kg/hr。一些由其生產(chǎn)出來(lái)的木纖/塑料復(fù)合物被斯堪的納維亞木纖公司加工成注塑件，一些就被賣(mài)掉。

木纖/塑料復(fù)合物的性能

　　對(duì)于所有的纖維增強(qiáng)型塑料，與非增強(qiáng)型基礎(chǔ)材料相比，強(qiáng)度、硬度和耐熱性提高了，而伸長(zhǎng)率降低了。但無(wú)論如何，伸長(zhǎng)率的降低比具有礦物填充物和增強(qiáng)劑的要小，因?yàn)槟纠w具有天然彈性。

　　除了纖維含量和纖維形狀以外，木纖種類(lèi)也對(duì)復(fù)合物性能有著影響。例如硬木頭通常具有較好的機(jī)械性能，如較高的模量和硬度。另外一方面，它們通常在復(fù)合物上形成較暗的固有色彩，即使象可能用到的櫸木這樣的淺色木材。

木纖/塑料復(fù)合物的優(yōu)點(diǎn)

　　在許多場(chǎng)合里，加工者因利用木纖/塑料復(fù)合物而節(jié)省的成本是可觀的。同時(shí)，終產(chǎn)品的性能與非填充型塑料的同樣不錯(cuò)，一些情況下甚至更佳。對(duì)部件的機(jī)械和光學(xué)要求將自然地在所選材料方面起著重要的作用。與各自環(huán)境無(wú)關(guān)，成本節(jié)省潛力來(lái)自較低的材料成本和對(duì)復(fù)合粒料更為經(jīng)濟(jì)的加工。盡管有著漫長(zhǎng)的研磨過(guò)程，木纖的價(jià)格要比基層塑料低得多。與其它增強(qiáng)劑相比，木纖的低密度也起著降低成本的作用。所以，木纖/塑料復(fù)合物有著極為理想的體積價(jià)格。

　　就加工成本而言，周期時(shí)間及產(chǎn)量起著重要的作用。因?yàn)橹皇撬苄猿煞衷趶?fù)合材料中結(jié)晶，所以模具冷卻系統(tǒng)不得不比非增強(qiáng)型塑料要消散少得多的熱量。除此以外，為了在較高溫下脫模，復(fù)合塑件有著必要的強(qiáng)度和表面硬度。由注塑機(jī)制造商完成的測(cè)試已經(jīng)顯示，與非填充型塑料相比，木纖/塑料復(fù)合物的保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間可以縮短40%。這使周期時(shí)間縮短了20%，并相應(yīng)地提高了產(chǎn)量。事實(shí)上，根據(jù)斯堪的納維亞木纖公司在這種復(fù)合物的注塑經(jīng)驗(yàn)，周期時(shí)間可以縮短多達(dá)35-50%。

　　，木纖/塑料復(fù)合物能帶來(lái)生態(tài)上的好處：它們主要是由可回收的原料組成，并且可以循環(huán)利用。

可加工的木材

　　在許多用途中，木纖/塑料可以和木頭一樣地被使用，終產(chǎn)品看起來(lái)象木質(zhì)，并有著木頭的特征顏色（圖5）。著色劑也可以被添加，產(chǎn)生出著色效果。木纖/塑料復(fù)合物還有著其它的優(yōu)點(diǎn)，形狀復(fù)合的塑件可以一步就成型，沒(méi)有任何費(fèi)時(shí)的后處理或裝配作業(yè)，也沒(méi)有任何邊角廢料。斯堪的納維亞木纖公司近與瑞典的家具公司簽訂了一份開(kāi)發(fā)合作協(xié)議，是在整個(gè)歐洲經(jīng)營(yíng)木纖/塑料復(fù)合物的應(yīng)用。

　　在家具領(lǐng)域和建筑業(yè)的應(yīng)用還有另外一個(gè)大優(yōu)點(diǎn)：木纖/塑料復(fù)合物塑件能象木頭一樣被加工和裝配，利用的是鋸、鉆、削等同樣的工具。因?yàn)閺?fù)合物的熱膨脹和木頭的一致，所以在使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，變形的可能性要比非增強(qiáng)型塑料的低，穩(wěn)定度更高。

　　除此以外，在其它領(lǐng)域，木纖/塑料復(fù)合物的很多其它應(yīng)用已經(jīng)敞開(kāi)了大門(mén)。例如，汽車(chē)業(yè)在汽車(chē)內(nèi)飾件中利用了木粉、木纖或其它天然纖維含量各異的材料。在這種情況中，纖維含量一定的木纖/塑料粒料能促進(jìn)成本的削減。

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