2022年木塑复合材料加工技术分析研究现状及发展趋势.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 木塑复合材料加工技术、讨论现状及进展趋势一 木塑复合材料加工技术随着科学技术的进展,现代社会对材料的要求更高了,既要求其有较好的物理力学性能,对人类有亲和力,又要环保；木材是一种自然生物质材料,自古以来被人们广泛宠爱和使用；随着我国自然林面积的削减和“ 自然林爱护” 政策的实施,木材资源困乏、质量下降、木材价格越来越高、木材加工业的废弃物增多以及世界林产品需 求量的增加都使得林产品工业越来越迫切地感到需要查找木材的替代品；而由于生产 和生活水平提高,过去被大量用于烧柴的木制品加工废弃物,如木屑、刨花、边角废 料以及大量农作物纤维如秸秆、稻糠、果

2、壳等被严峻铺张,并对环境产生极大的破坏 性影响；据统计,我国每年由于木材加工余下的废弃木粉量达数百万吨,其他自然纤 维如稻糠等的产量上千万吨,这些资源如能得到有效开发和利用,价值可观；在不断 讨论中人们熟悉到木材改性技术可以实现新的突破,而填充改性既可以降低产品成 本,又可以提高产品的使用性能,甚至给予木材材料全新的性能,从而使木材行业有 了新的生气；与此同时,塑料制品在生产和生活中的应用,随着经济进展越来越广泛,因塑料 废品处理不当而造成的白色污染问题已经成为一大环保难题；有关数字说明,在城市垃圾中,塑料废弃物已占到垃圾总量的2535；在我国,城市人口每年产生的废旧塑料达 240 万 280

3、 万吨,已成为环卫部门的严峻负担；假如能将废旧塑料制品有效1 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 利用起来,将对环保和经济进展产生庞大的推动作用；这种背景下,将木质纤维与废旧塑料经过特殊处理合成新的材料,即木塑复合材料 称 WPC）也就应运而生了；1 木塑复合材料的定义Woodpolymer Composites ,简木塑复合材料 WPC）是以木材为主要原料 形式有锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等）,经过适当的处理使其与各种塑料 ,聚苯乙烯PST ,聚甲基丙烯酸甲酷 CPMM）

4、,以及聚乙烯 PE）,聚丙烯 PP）、聚苯乙烯按肯定比例混合并添加特制的助剂,如偶联剂、分散剂、增塑剂、润滑剂、热稳固剂、着色剂、阻燃剂、防霉剂 等加工助剂,经高温、挤压、成型等工艺制成的 一种新型复合材料,是一种高性能、高附加值的绿色环保复合材料,其性能优良、用 途广泛、利于环保,有宽阔的进展前景,值得大力研发推广；2 木塑复合材料的分类木塑复合材的制造方式目前主要有两种：一种是将塑料单体或者低聚合度树脂浸 入到实体木材中,通过加热或辐射引发塑料单体或者低聚合度树脂在木材中进行自由基聚合,所得复合材料称为塑合木 ；这种复合方式可以提高木材的尺寸稳固性、耐腐性、防蛀性 , 以及木材的物理、力学

5、性能；所浸注的单体一般采纳 苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯 等单体；2 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 另一种是将木材以刨花、纤维和木粉的外形作为增强材料或填料添加到热塑性塑料中,并通过加热使木材与熔融状态的热塑性塑料进行复合而得到的复合材料,称为 木塑料复合材料 实体木材一塑料复合材料；此类材料以基体与功能体之间或功能体在基体内部 的化学合成反应为主要特点；2 木纤维 木粉 一塑料复合材料；此类材料以木质纤维材料为基体与高分子量塑料直接复合,其结合方式以两种材料表面 或界面 物理结合为主；此种材料的制造工艺是

6、将木纤维或木粉与塑料充分混合,在混合过程中塑料熔化形成制品；当木材组分低于50时,称为木质填料塑料；而木材组分高于60时,就称为热塑性树脂增强型复合材料；该种复合材料的某些物理力学指标优于纯木材制 品,可再成型为各种模压制品,在包装、家具、房屋建筑及汽车内饰件等领域具有广 泛的应用前景；3 木材一塑料合金复合材料；将实体木材或单板用一种聚合物的单体或预燃物浸注,然后再使其在木材中聚 合；一般来说,这种聚合物不能进入木材的细胞壁,而是存在于细胞腔内；此种聚合 材料比原有材料具有更高的强度、刚度、耐磨性及其它一些优良的物理性能；可制成 地板、乐器、运动设备及装饰材料等；木材塑料合金复合材料要求木材

7、高分子与塑料的完全融合,具有类似于金属材3 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 料以及共混高分子材料所达到的那种状态；该种复合材料第一要对木材的化学组分进行改性,使其能溶于某些溶剂之中或与高分子塑料之间相互匀称分散；3 木塑复合材料的特点1）木塑复合材料的优点社会经济性好,可连续进展,特殊适于我国“ 自然林爱护” 的国策；耐用、寿命长,类似木质外观,比塑料硬度高；具有优良的物性,比木材稳固性好,不会产生裂缝、翘曲、无木材竹疤、斜纹,加入着色剂、覆膜或复合表层可制成颜色绚丽的各种制品；具有热塑性塑料的加工性,

8、简洁成型,用一般塑料加功设备或稍加改造后便可进行成型加工；加工设备新投入资金少,便于推广应用；有类似木材的二次加工性,可切割,粘接,用钉子或螺栓连接固定；利于装潢、装饰,可涂漆美化,产品规格外形可依据用户要求调整,敏捷性大；不怕虫蛀、耐老化、耐腐蚀、吸水性小、不会吸湿变形；能重复使用和回收再利用,可以生物降解,爱护环境；4 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 利于环境爱护,可用废弃木材、农作物纤维和废弃塑料作材料；资源丰富,费用低廉,成本低；2） 木塑复合材料的缺点尽管广大的科研和工程人员做了不懈努力,但木

9、塑复合材料在各种使用场合中仍存在着一些不足,主要表现为：1密度高 ,通常为木材的 24倍；2产品的安装费用相对较高 或自攻螺钉 ； 由于复合材料的密度较大,在组装时需要使用射钉枪3耐热性 和耐紫外线才能较差；4制品的硬度和载荷才能较木材差；3）国产塑木复合材料质量上存在的主要问题a、制品抗冲击性能差,脆性大,易损坏断裂；其缘由：废旧塑料及木粉天纤）质量不合格,挑选不当,配方及工艺条件不合理,原料含水量高,加工时产愤怒泡,水解或热分解,使树脂分子量降低所致；5 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - b、制品结构

10、不密实,有气孔,蜂窝,剥离或分层；其缘由：原料混合不匀称,混炼成效不好,没有应用塑料改性技术,使两种极性 不同的物质 ,从而进一步拓宽了木塑木塑复合材料常常要有一些助剂加入,如偶联剂、光稳固剂、色素、润滑剂、杀 真菌剂和发泡剂；下表列举了常用助剂及其在复合材料中所起的作用；助剂应用举例热稳固剂防止加工过程中聚合物降解酚醛树脂 光稳固剂防止紫外光对聚合物的损害HALS 阻胺光稳固剂 ； 紫外光吸取剂偶联剂改善木塑界面结合,提高强度,削减马来酸酐改性聚烯烃吸水,保持机械性能润滑剂改善流淌性能,提高生产效率,削减硬脂酸锌、乙烯基而硬脂酰胺边缘磨损色素美化制品表面,并有肯定紫外防护能混合染料力杀虫剂防

11、止细菌真菌腐蚀异噻唑类物质发泡剂减小材料密度和制品重量放热型 偶氮碳胺 , 吸热型 . 8 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 6 木塑复合材料加工工艺木塑复合材料最先使用的生产工艺是混炼,再热压 或发泡压制 成平板或模压成型材；现在的生产工艺以挤出成型为主 , 并辅以注射成型；国内木塑复合材料的主要成型方法有浸渍成型、平压成型、模压成型、挤出成型、热压成型、辐射法成型、注射成型等；最早使用的为浸渍法,近年来,木塑复合材料的生产工艺基本采纳两步法,即先进行共混造粒,再进行成品挤出；由于用这种方法加工制品成本

12、较高,自 1999 年起,就开头讨论该复合材料制品的一步法挤出成型技术,即直接用挤出机进行该材料的混合与成型,因省掉造粒工序,从而降低了成本并提高了产品的市场竞争力；挤出成型、热压成型、注射成型、模压成型是加工木塑复合材料的主要成型方法；由于挤出成型加工周期短、效率高,因此挤出成型方法是一种较为常用的工艺路 线；6.1 注入单体聚合法该方法的历史相对较早些；生产工艺是将化学单体注入木材,然后再用高能辐射 或加热催化等方法制成木塑复合材料 如图1；高频辐射或加单板或木材干燥注入树脂单体热催化聚合成品9 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 37 页精选学习资料 - -

13、 - - - - - - - 图1 注入单体聚合工艺流程6.2 非气流辅装成型该工艺是将木纤维与塑料或树脂在常温下混合,木材纤维、束或其它纤维状材料经混合后通过一个针刺工段,用薄型无纺布衬托而制成纤维相互缠绕的低密度板坯,再依据最终产品的需求和要求,将一块或数块板坯热压成最终产品 如图2；纤 维 针 刺木纤维施 胶干燥混合铺网；10 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 塑料清洗分别干燥造粒木材干燥改性可以将水分显著降至 1,并使木粉和塑料完全混合匀称,这样 塑料会完全渗透到木粉中；与一步法相比,两步法工艺

14、可以提高型材的冲击性能,显著改善木塑复合材料的冲击韧性,另外,在湿度很低的情形下 小于 1,挤出机可以依据额定挤出量挤出；假如使用湿度大于8的木粉,挤出量将会降低30 50；同14 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 样,一步法工艺中,松散的木粉不行防止地会引起牵引困难和配方的转变,导致挤出 量的转变；而两步法处理工艺就不存在该问题,处理过的原材料可以毫无问题地用于 挤出,甚至可以和 PVC型材挤出相类似,在挤出过程也不必调整和不断地优化挤出工艺 参数；木塑复合材料的导热性差,且其制品多为异型材,冷却定型

15、较困难,多采纳水冷 定型；冷却流道合理设计保证高效冷却；第一：一步挤出成型工艺流程图木 质 纤 维原料助剂挤出机挤出 成型定型冷却热 塑 性塑 料木塑制品牵引图 6 一步挤出成型工艺流程图其次：两步法挤出成型工艺1）混炼造粒工艺流程图：就好得多,即使木粉含量达6O ,复合材料的拉伸强度也接近纯树脂的数值；对于木粉聚氯乙烯使用铝酸酯偶联剂并不能达到要求,硅烷偶联剂虽然成效较好,但 价格贵；廊坊市神龙金海有限公司开发出售活化偶联、提高相容性为一体的复合型表面处理剂成效就更好,有效地解决了木粉表面处理与PVC大分子亲和相容的问题；7.3 加入高效流变润滑剂可提高产品质量和生产效率讨论结果说明,加入流

16、变润滑剂可使木塑复合材料制品表面光滑,外观好,同时也可 提高挤出速度,提高生产效率；廊坊市神龙金海有限公司胜利地研制出具有内外润滑 作用的高效流变润滑剂,使加工过程中不仅具有初期的润滑作用,而且中后期润滑效 果也很好,可以保证挤出加工的快速稳固；7.4 微发泡技术通常不发泡的木塑复合材料一是密度都比较大,并且相同体积的制品树脂用量也比发泡材料多；如木粉PE复合材料的密度是木材的一倍,比纯聚乙烯塑料也要高13左右；承载一吨的 12m 12m 的托盘纯塑料仅 2Okg,而木塑托盘要 3Okg以上, 发21 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 37 页精选学习资料 -

17、 - - - - - - - - 泡木塑制品与传统木塑相比,密度可降低2O 45,更接近于木材； 一般树脂成本要占材料成本的 8O 9O ,采纳发泡技术可节约近 2倍的成本；二是刚性和冲击性差；为了增加刚性就要增加型材截面积或转变型材截面外形来解决；提高冲击性能就需要提高木粉与聚烯烃界面的亲和性和相容性；三是生产效率低,一般单机产量低于 lOOkgh,形成肯定规模就要增加挤诞生产线,需增大固定资产；所以近几年微发泡木塑复 合材料作为塑料加工换代产品快速进展起来；微发泡挤出成型需经受三个阶段,即气泡核生产阶段、气泡成长阶段和泡体固定成型阶段 ；要获是泡体塑化优良,泡孔数量多、直径小、分布匀称、外

18、表结皮成效 好,且平整光滑的型材,挑选优质的发泡剂是打算型材质量的关键；对于木粉PVC微 发泡复合材料,加工过程中因聚氯乙烯属于热敏性聚合物,要求加工温度范畴很窄,温度过高会造成聚合物热分解,在发泡过程中要严格掌握发泡剂的分解温度和分解时 间；因此要挑选发泡剂的分解温度相匹配；通常微发泡塑料使用的 AC发泡剂也不适于 木粉 PVC复合体系；由于 AC发泡剂分解产生的气体同时仍放出大量热量,如不实行得 力措施,极易造成温度上升使材料内部孔隙大小不均或者制品表面显现鼓泡、塌陷等 缺陷；廊坊市神龙金海公司自主研发的吸放热均衡复合发泡剂可以将放热型发泡剂分 解时放出的热量吸取并促进吸热型发泡剂的分解,

19、二者适当的匹配可以优势互补,攻 克了木粉 PVC复合材料微发泡工艺的技术难关,使产品性能达到国外同类产品的先进 水平；可以替代德国进口的发泡剂,实现国产化,价格仅为进口的一半；7.5 特殊结构挤出设备为了实现木塑复合材料的稳固挤出,挤出机螺杆的结构、长径比和转速对复合材 料的分散、混合、熔融及成型过程有着至关重要的影响,要求：22 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 螺杆结构要有利于物料的分散、混合、熔融；防止物料在螺钉或螺筒上滞留,防止物料受热分解、焦化,要求具有高度自洁 才能；保证螺杆具有强大的推动作

20、用,能平稳地输送物料；建立足够的成型压力；7.6 特殊的成型模具木塑复合材料最终要成为具有肯定外形、尺寸稳固、外观良好的各种型材,最终 一道工序是通过成型模具来实现的；由于微发泡型材生产中需要膨胀速率较缓和的型 胚,特殊要防止仅仅通过螺杆减压而造成的物流波动；所以要在流道设计上实现二次 减压,使型胚平稳地向定型模具过渡；北京建诚机械有限公司依据微发泡木塑复合材 料的生产工艺特点研制出可调式发泡型村专用模具,可在主机工作状况不变的情形下 通过模具本身的调控实现对型村表面质量、型村尺寸和发泡倍率的掌握；为了超越世界先进水平,他们正在研制木粉填加量可达 产线；二 木塑复合材料的讨论现状1 木塑产业进

21、呈现状8O 9,69O 9,6的木塑复合材料整条生23 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.1 国外木塑产业简况木塑材料的产业化推广源于上世纪80 岁月的美国,最初是作为改性塑料应用的；随着技术水平的提高,木塑逐步具备了塑料、木材、金属等单质材料的优点,成为自 成体系的新型材料；目前,各类木塑制品在美国、加拿大、德国、英国、荷兰、日本 和 韩 国 等 国 已 得 到 较 为 广 泛 的 应 用 , 形 成 了 比 较 规 范 的 产 业 和 市 场 ；北美是世界上木塑材料进展最快、用量最大的地区,主要

22、用于风格粗犷的户外建筑；美国木塑市场1990 至 2000 年的增长率都在10以上,近 5 年增长尤快；美国现有约 50 家木塑企业,年产量大都在万吨以上,其中最大的几家公司已在纽约证券交易所上市；美国的木塑材料研发机构也超过50 家,形成了一个从产品研发、原料收集、设备制造、模具开发、制成品生产到市场营销的完整产业；加拿大安大略省的材 料和制造中心坚持与美国国家森林试验室合作主办木塑材料会议并资助讨论人员和公司；经过 10 多年的努力,在加拿大也形成了以10 多家企业为主体,年产量超过5 万吨的木塑产业；欧洲木塑产业总体进展不如北美地区,但近年来有加快趋势；木塑企 业不多,产量和技术水平与国

23、内企业相当,但其拥有强大的装备制造才能,进展潜力 不行小视；欧洲人对木塑材料的要求比较细腻,对品种花色的需求也高于北美,室内 装修装饰和户外建筑齐头并进,但应用技术和商品市场仍不甚成熟,有高速增长的空 间；日本由于地理缘由和环保意识,木塑材料的应用比较普遍,产品质量亦较优 良；日本的木塑讨论机构,经过十多年的努力开发出高品质的木塑材料；其产品具有 自然的木材色泽和质感,已在房屋建设和内装饰领域得到广泛使用,是目前国际上品 质最高的产品之一,代表了木塑材料替代自然木材的质量水平和进展方向；24 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页,共 37 页精选学习资料 - - -

24、- - - - - - 1.2 国内木塑产业进呈现状在国家循环经济政策的勉励和企业潜在效益需求的双重推动下,全国性“ 木塑热” 逐步兴起；据不完全统计,截至2005 年年底,全国直接或间接从事木塑研发、生产和配套的企事业单位已逾 150 家,包括国有、民营,独资、合股和合资等多种类 型,国有或国有控股企业占有肯定的优势；现有木塑产业从业人员数万人,木塑制品年产销量已接近10 万吨,年产值超过8 亿元人民币；木塑企业集中分布在珠三角和长三角地区,东部远远超过中、西部；东部个别企业工艺水平较为领先,南方企业就占 有产品数量和市场的肯定优势；行业内主要技术代表企业的试验样品已达到或超过国 际先进水平

25、；一些行业外的大型企业和跨国集团也在亲密关注我国木塑产业的动态；我国的自然木材资源日益削减,木质制品的市场需求量却与日俱增；庞大的市场需求 和技术突破必定会不断拓宽木塑材料的市场通道；从市场需求角度分析,木塑最有可 能在建筑材料、户外设施、物流运输、交通设施、家具用品等领域开头规模性拓展；结 合 国 外 木 塑 产 业 发 展 的 经 验 , 我 国 木 塑 材 料 的 合 理 发 展 方 向 是 ： 1 原料通用化；依据木塑制品的原料分类、使用性能和用途,制订一个通用的木塑原料适用性标准； 2 装备专业化；尽快转变当前沿用塑料设备进行生产的状况,改进、完善木 塑 制 品 的 生 产 装 备 , 使 其 专