塑木復(fù)合材料的制備加工設(shè)備簡介

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2007-12-16 15:30:02點(diǎn)擊率：

塑木復(fù)合材料及其制備加工
摘要：介紹了用木粉或植物纖維填充、增強(qiáng)的塑料——塑木復(fù)合材料的發(fā)展、性能、制備和加工、市場和應(yīng)用前景，重點(diǎn)討論和比較了配混和加工用的二種重要設(shè)備——同向平行雙螺桿擠出機(jī)和異向錐型雙螺桿擠出機(jī)的特性和優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：塑木復(fù)合材料雙螺桿擠出機(jī) 配混填充塑料

1．塑木復(fù)合材料的發(fā)展和背景

塑木復(fù)合材料（wood-plasticsposites,簡稱WPC）是用木纖維或植物纖維填充、增強(qiáng)

的改性熱塑性材料，兼有木材和塑料的成本和性能的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)擠出或壓制成型為型材、板材或其他制品，替代木材和塑料。木纖維塑料配混料研究已有80多年歷史，但一直未能工業(yè)化，15年前左右，才很小量用于低值的吸聲制品。由于環(huán)境觀念的加強(qiáng)，美國建筑工業(yè)尋找象木一樣的替代材料（不腐蝕、不翹曲、維修方便，外觀與木材相似），而韓國和日本的紙、木材加工廠為尋找鋸木粉、廢木屑等的應(yīng)用，都推動和加速了WPC的研究和應(yīng)用開發(fā)。把木粉填充配混料加工成建筑和結(jié)構(gòu)用型材是目前擠出行業(yè) 活躍的部門之一，新應(yīng)用開發(fā)也層出不窮，所以盡管已有幾十年的研究歷史，但由于WPC巨大的潛在應(yīng)用市場，使其象一種新產(chǎn)品受到人們普遍關(guān)注。不少國家投入力量加快開發(fā)和應(yīng)用步伐，尤其是型材的生產(chǎn)，被稱為是一個(gè)“熱門”市場。

美國塑料配混機(jī)生產(chǎn)廠Farrel公司⑴認(rèn)為發(fā)展WPC是受越來越被重視的環(huán)境觀念的結(jié)果,以往廢木屑、邊角料只能燃燒或作為固體垃圾處理，工業(yè)咨詢家認(rèn)為發(fā)展推動力來自合理利用地球有限資源的要求，減少原始木材用量，保護(hù)森林，回收再利用舊木粉和塑料。木纖維和植物纖維來源豐富、價(jià)廉、質(zhì)輕，對設(shè)備磨損小，尺寸穩(wěn)定性良好，電絕緣性優(yōu)，無毒，可反復(fù)加工，能生物降解。木纖維有廢木粉、刨花、鋸木，植物纖維為粉碎處理過的稻桿、花生殼、椰子殼、甘蔗、亞麻、澤麻、黃麻、大麻等。熱塑性塑料主要為PE、PP、PS等聚烯烴和PVC，包括新料、回收料和二者混合料。

中國是一個(gè)木材資源不豐的國家，儲量小，產(chǎn)量滿足不了市場的需求。另外，自1998年2月開始，美國、加拿大和歐盟國家相繼對我國出口貨物的木質(zhì)包裝材料實(shí)施新的檢疫標(biāo)準(zhǔn)，要求采取薰蒸或高溫消毒處理，否則將拒絕入境，促進(jìn)和推動我國采用塑木型材做包裝用托盤為代表的制品發(fā)展。

2．塑木材料性能

木纖維和植物纖維初作為低成本、提高塑料剛性的改性填充材料，塑木塑料可充利用資源，而且可回收利用，而材料能否回收利用已成為工業(yè)界選材的重要考慮因素，因而前景看好，主要特點(diǎn)可歸結(jié)如下：

⑴ 耐用、壽命長，有類似木質(zhì)外觀，比塑料硬度高；

⑵ 具有優(yōu)良的物性，比木材尺寸穩(wěn)定性好，不會產(chǎn)生裂縫、翹曲、無木材節(jié)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；

⑶ 具有熱塑性塑料的加工性，容易成型，用一般塑料加工設(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；

⑷ 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，可涂漆，產(chǎn)品規(guī)格形狀可根據(jù)用戶要求調(diào)整，靈活性大；

⑸ 不怕蟲蛀、耐老化、耐腐蝕、吸水性小，不會吸濕變形；

⑹ 能重復(fù)使用和回收再利用，環(huán)境友好；

⑺ 維修費(fèi)用低。

缺點(diǎn)是韌性低于塑料母體樹脂，加工設(shè)備、下游裝置、模具均需作相應(yīng)調(diào)整和改造。

3．配混和加工

世界塑木制品生產(chǎn)和應(yīng)用的大國家是美國，其大制品是鋪板（decking），生產(chǎn)工藝

為擠出成型，可以先配混成中間塑木粒料，然后再經(jīng)單螺桿擠出機(jī)加工成制品。然而可能的話，也可越過造粒階段，配混（包括脫揮）、擠出型材（板材）在一個(gè)設(shè)備或一組設(shè)備內(nèi)連續(xù)完成。

塑木材料（包括制品）的制備過程（歷程）對WPC的性能影響很大，研究早就表明⑵不合適的加工會引起不良的纖維分散和浸潤，而過分的配混則會使纖維嚴(yán)重破損，都會導(dǎo)致降低WPC力學(xué)性能。另外，要防止過分剪切或高溫產(chǎn)生糊料、燒焦等問題，一步法連續(xù)工藝若脫揮（主要脫水）不佳將影響工藝的連續(xù)性和使產(chǎn)品因有氣泡而性能大幅降低。目前主要的加工設(shè)備為雙螺桿擠出機(jī)，物料在加工中停留時(shí)間比較窄，使塑木材料的加工熱歷史盡可能相近?？煞譃橥蚱叫须p螺桿擠出機(jī)和異向錐型雙螺桿擠出機(jī)。

3． 1 同向平行雙螺桿擠出機(jī)

塑木材料加工業(yè)稱同向平行雙螺桿擠出機(jī)為高速、高能耗“配混”型設(shè)備，一般為組合

式螺桿，可調(diào)節(jié)螺桿長徑比和構(gòu)型（捏合塊角度及其塊數(shù)、不同捏合塊組合方法），靈活設(shè)置脫氣口，可以直接加工木粉或植物纖維，完成木粉干燥后與熔融的樹脂混合再連續(xù)擠出，即木粉干燥和樹脂熔融分開進(jìn)行，因此往往是由雙階擠出機(jī)組成。但一般要求廢木屑含水量為4%~7%，這種工藝要求有大量符合要求水含量的木粉，并在嚴(yán)格條件下運(yùn)輸和貯存，這種雙階擠出機(jī)稱之為“木材用擠出機(jī)”。與此相類似的方法還有用含水6%~8%木粉加入擠出機(jī)主料口，擠出機(jī)前段作為脫水、脫揮裝置，然后通過側(cè)加料器加入塑料樹脂、添加劑，因此擠出機(jī)相對長，長徑比（L/D）可達(dá)44~48，其中2/3用于除水和脫揮。

美國Strandex公司⑶在塑木復(fù)合材料建筑和結(jié)構(gòu)加工設(shè)備方面居材料地位，已經(jīng)進(jìn)行了近10年的工作，已在美國、加拿大、日本發(fā)放了8個(gè)專利許可證，并看好在歐洲的應(yīng)用前景，已與18家以上未來歐洲用戶洽談技術(shù)轉(zhuǎn)讓許可事宜。意大利ICMA公司有其擠出三層板的專利技術(shù)，美國Davis-Standard、Krupp W&P等公司也生產(chǎn)塑木加工用同向雙螺桿擠出機(jī)。

3．2 異向錐型雙螺桿擠出機(jī)

與“配混”型設(shè)備比，異向錐型雙螺桿機(jī)被稱之為低速、低能耗“型材”型設(shè)備，非組合式螺桿。與一般錐型雙螺桿機(jī)比，為適應(yīng)熱敏樹脂加工要求，有許多新的特點(diǎn)和要求⑷，要求螺桿設(shè)計(jì)適應(yīng)的加工范圍寬，對木纖維切斷少，樹脂少時(shí)仍能均勻分散和物料完全熔融。由于木粉、植物纖維比重小、填充量大，加料區(qū)體積比常規(guī)型號的大和長。若木粉、植物纖維加入量大，熔融樹脂剛性大，要求耐高背壓齒輪箱，螺桿推動力強(qiáng)，采用壓縮和熔融快、計(jì)量段短的螺桿，確保木纖維停留時(shí)間短，防止其斷裂和劣化。

生產(chǎn)這種設(shè)備的主要為Cincinatti Milacron 公司，包括在美國的Extion Tek Milacron公司，在德國的SMC公司Cincinatti分公司。據(jù)稱前者在WPC擠出機(jī)設(shè)計(jì)和工程化方面很有經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際投放使用的設(shè)備已超過100臺,擁有世界大的機(jī)型,加工能力為770kg/h。德國Cincinatti 擠出機(jī)公司已公開展示其WPC用錐型雙螺桿擠出機(jī)“Titan”系列產(chǎn)品。

另外,據(jù)稱意大利Bano 公司和ICMA San Gio 公司在上世紀(jì)70年代便開始從事木粉填充塑料配混料加工設(shè)備工作，而且ICMA公司用異向錐型雙螺桿機(jī)生產(chǎn)50%木粉和50%PP的能熱成型的板材。

除此之外，德國SMS塑料技術(shù)分公司Battenfeld公司⑸在德國的K2001展覽會展出了塑木材料加工用新的設(shè)備組合方法，擴(kuò)大服務(wù)和應(yīng)用范圍，組合二臺行星滾輪式擠出機(jī)（或其中一臺為雙螺桿擠出機(jī)），即從一臺行星滾輪式擠出機(jī)出料到下一臺行星滾輪式擠出機(jī)或雙螺桿機(jī)，利用行星滾輪式擠出機(jī)的有效控制冷卻作用，化熱敏性塑料配混料的冷卻。

4．應(yīng)用和前景

北美是目前世界塑木復(fù)合材料市場大的地區(qū)，據(jù)美國Pricipia Partners 咨詢公司的專

項(xiàng)報(bào)告“2001年塑木復(fù)合材料用作建筑用鋪板——充滿活力的室外建筑應(yīng)用”中指出，2001年僅北美市場用量就達(dá)32萬t，預(yù)計(jì)2005年前需求以兩位數(shù)速率遞增，2005年用量將比2001年翻番，其中鋪板（包括平臺、路板、站強(qiáng)臺、墊板）用量就占總用量的60%以上⑴⑹。因其不開裂、翹曲，維修容易，外觀好，耐用。除鋪板外，還有護(hù)墻板、天花板、裝飾板、踏腳板、壁板、高速公路噪音隔板、海邊鋪地板、建筑模板、防潮板，還可做裝飾邊框、柵欄和庭園扶手、包裝用墊板和組合托盤，家俱包括室外露天桌椅，船舶坐艙隔板、辦公室隔板、貯存箱、花箱、活動架，開發(fā)中的制品有披疊板、百頁窗等。

由于WPC是環(huán)境友好材料，Strandex公司指出⑶，盡管目前歐洲用量不大，但因?yàn)榧庸S擔(dān)心歐洲反對用PVC會由歐共體以法規(guī)形式有效地限用PVC，所以塑木窗框替代PVC窗框是個(gè)巨大市場和機(jī)會，因此有人認(rèn)為木塑制品替代PVC和其他塑料制品會象以前塑料替代木制品一樣，增長會相當(dāng)快。

總之，塑木復(fù)合材料是一種前景看好的環(huán)保型材料，加工技術(shù)日趨成熟和多樣化。

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