木塑復合材料的優(yōu)點木纖與塑料共混

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2007-12-16 15:23:04點擊率：

木塑復合材料具有的優(yōu)點是，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，如用于陽臺蓋板，以及窗戶、門和欄桿用到的型材。為重要的市場是在美國，在2000年約生產(chǎn)出20萬噸木塑復合物。全球的年增長率是25%。這些復合物的主要優(yōu)點是它們設(shè)計范圍寬、生產(chǎn)無廢物和近似木質(zhì)的外觀。迄今為止，木纖/塑料復合物在注塑中的應(yīng)用還不常見，盡管它們擁有大量的優(yōu)點。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。

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

      對木纖的加工和木材的種類；

      在雙螺桿混煉機中生產(chǎn)復合物過程中的工藝控制。

      混煉次木纖料生產(chǎn)出具有良好機械性能的木纖/塑料復合物的一個條件是木纖質(zhì)量保持優(yōu)良。注塑粒料用到的木纖必須按質(zhì)量被歸類為技術(shù)性纖維。生產(chǎn)的開始材料由經(jīng)挑選過的粗刨木花組成。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，具有盡可能大的長度與直徑之比值。在研磨過程的末端，木纖通過一個篩網(wǎng)，以特定的長度分布按纖維長度被分類。注塑粒料用的木纖長度一般200至400mm之間，在特殊情況下可以達到3000mm。

      生產(chǎn)復合物的混煉機

      為生產(chǎn)復合料而不斷加工木纖之時，有一個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，會在纖維中出現(xiàn)熱氧化，引起發(fā)黑，纖維產(chǎn)生機械性損害。因為這種局限性，并根據(jù)對不同混煉系統(tǒng)所進行的技術(shù)評估結(jié)果，科倍隆的雙螺桿混煉機被證明是特別適合的。它的主要優(yōu)點有：

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

      無氧時，在塑料的熔融溫度下,由木纖所用去的停留時間極短，僅10至20秒；

      緊密嚙合的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿有著的混合與分散效果。

      在機器制造商的試驗車間所進行一系列系統(tǒng)測試，被用來確定適于次木纖/塑料復合物加工的理想螺桿結(jié)構(gòu)和步驟。測試在雙螺桿混煉機（ZSK Megavolume）上進行，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，通過重力測定系統(tǒng)被輸送至混煉機的外殼，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）通過重力計量裝置和雙向喂料裝置被直接添加至熔體中。這確保了對纖維的溫和處理。木纖帶走的氣體在大多數(shù)情況下能通過裝置中的背部排氣系統(tǒng)散逸出來。

      在第二加工段，木纖被均勻地分散在熔體當中，從而每一點纖維都被塑料熔體完全潤濕。接下來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。接下來一個區(qū)段為造粒過程積累了壓力。因為木纖/塑料復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的造粒系統(tǒng)在工廠試驗之后被開發(fā)出來。產(chǎn)生出來的極均勻桶狀?？梢栽趥鹘y(tǒng)注塑機上被加工，不會出現(xiàn)任何問題，生產(chǎn)出干凈無條痕的塑件。

      依靠裝備精良的試驗工廠，化合物的性能可以得到優(yōu)化，在與實際可能碰到的條件相近的條件下做出來的樣板的數(shù)量可以被檢查出來，從而測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的機器具有螺桿直徑76mm的混煉機，由機器制造商在2003年底交貨給斯堪的納維亞木纖公司。這種機器能生產(chǎn)重量含量為40-70%的復合物，利用了PP或HDPE作為基層材料。其設(shè)計產(chǎn)量為1000kg/hr。一些由其生產(chǎn)出來的木纖/塑料復合物被斯堪的納維亞木纖公司加工成注塑件，一些就被賣掉。

      木纖/塑料復合物的性能

      對于所有的纖維增強型塑料，與非增強型基礎(chǔ)材料相比，強度、硬度和耐熱性提高了，而伸長率降低了。但無論如何，伸長率的降低比具有礦物填充物和增強劑的要小，因為木纖具有天然彈性。

      除了纖維含量和纖維形狀以外，木纖種類也對復合物性能有著影響。例如硬木頭通常具有較好的機械性能，如較高的模量和硬度。另外一方面，它們通常在復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/塑料復合物的優(yōu)點

      在許多場合里，加工者因利用木纖/塑料復合物而節(jié)省的成本是可觀的。同時，終產(chǎn)品的性能與非填充型塑料的同樣不錯，一些情況下甚至更佳。對部件的機械和光學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)境無關(guān)，成本節(jié)省潛力來自較低的材料成本和對復合粒料更為經(jīng)濟的加工。盡管有著漫長的研磨過程，木纖的價格要比基層塑料低得多。與其它增強劑相比，木纖的低密度也起著降低成本的作用。所以，木纖/塑料復合物有著極為理想的體積價格。

      就加工成本而言，周期時間及產(chǎn)量起著重要的作用。因為只是塑性成分在復合材料中結(jié)晶，所以模具冷卻系統(tǒng)不得不比非增強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，復合塑件有著必要的強度和表面硬度。由注塑機制造商完成的測試已經(jīng)顯示，與非填充型塑料相比，木纖/塑料復合物的保壓時間和冷卻時間可以縮短40%。這使周期時間縮短了20%，并相應(yīng)地提高了產(chǎn)量。事實上，根據(jù)斯堪的納維亞木纖公司在這種復合物的注塑經(jīng)驗，周期時間可以縮短多達35-50%。

       ，木纖/塑料復合物能帶來生態(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/塑料復合物還有著其它的優(yōu)點，形狀復合的塑件可以一步就成型，沒有任何費時的后處理或裝配作業(yè)，也沒有任何邊角廢料。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發(fā)合作協(xié)議，是在整個歐洲經(jīng)營木纖/塑料復合物的應(yīng)用。

      在家具領(lǐng)域和建筑業(yè)的應(yīng)用還有另外一個大優(yōu)點：木纖/塑料復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。因為復合物的熱膨脹和木頭的一致，所以在使用時不會出現(xiàn)問題，變形的可能性要比非增強型塑料的低，穩(wěn)定度更高。

      除此以外，在其它領(lǐng)域，木纖/塑料復合物的很多其它應(yīng)用已經(jīng)敞開了大門。例如，汽車業(yè)在汽車內(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/塑料粒料能促進成本的削減。而且，因為這種化合物的機械性能良好，應(yīng)用新領(lǐng)域已經(jīng)為結(jié)構(gòu)性部件而開啟，其中重量減輕起著重要的作用。

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