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木塑复合材料配方设备的研究进展

2021-07-23 来源:河南机械信息网

木塑复合材料配方、设备的研究进展

摘要:木塑复合材料(wpc)的起源、现状进行的简单的概述,对国内外在性能改进及工艺设备方面取得的进步,进行了阐述。分析了目前该领域的现状及今后的发展方向,并展望了木塑复合材料未来的应用领域及市场前景

1木塑的起源(15753708086)

木塑复合材料的产业化推广大概起源于上世纪80年代,主要诞生地在美国。木塑复合材料(wpc)是以木纤维或植物纤维为主要组分,经过预处理使之与热塑性树脂或其它材料复合而成的一种新型材料 。与木材相比,它同向性、耐候性和尺寸稳定性好,产品不怕虫蛀、不腐朽、不易吸水和变形,机械性能好,更耐用。与塑料相比,它加卫生性更好,表面易于装饰,可以印刷、油漆、喷涂、覆膜等,环保性能也好。[1]

2我国木塑的现状

我国木塑复合材料的研发工作起始于上世纪90年代中期,比国外木塑复合材料的产业化研发晚了越十多年。但我国每年木材加工产生的木屑数量很大,其它天然纤维如稻糠等达上千万吨,城市产生的废旧塑料达240-280万吨,[2] 尤为值得一提的是,木塑复合材料不但加工原料可采用回收的废塑料和废木材,其本身也可回收再利用,对减少环境污染、保护森林资源意义重大,这为我国木塑行业的发展提供了先天的优势。经过众多木塑人多年来坚持不懈的努力,使年轻的木塑材料制造业成为目前我国制造业中为数不多的、能够享有与欧美发达国家制造商平等话语权的产业之一。

3木塑产品的分类

木塑产品分为普通木塑复合材料、微发泡木塑复合材料。

普通木塑材料由于植物纤维在加工过程中被压缩导致制品密度过大是传统木材密度的近倍, 给搬运、施工加工带来一定困难。同时由于纤维本身亲水性, 塑料疏水性, 使它们之间的结合力很小, 导致产品的力学拉伸和弯曲强度比未填充塑料要小。植物纤维的加人降低了塑料本身的韧性, 冲击强度相应降低。

与普通木塑材料相比,微发泡木塑复合材料因材料内部存在良好的泡孔结构可以钝化裂纹尖端,阻止裂纹的扩展;从而可有效地克服一般木塑复合材料脆性大、延展性和抗冲击应力低的缺点,并且降低了材料的密度,不仅节省原料,而且隔、音、隔热性能也较好。在建筑结构材料、汽车内饰、航天、物流、园林、室内装潢等方面得到极为广泛的应用。[3]

4木塑配方

4.1配方研究的内容以及动向

国内外对木塑复合材料的配方的研究内容主要包括木粉的种类及塑料的表面改性、木粉用量、填充剂用量、发泡剂类型及用量、加工助剂、工艺参数等对复合材料发泡程度、泡孔结构及其分布,以及最终对制品力学及其它性能的影响,如拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、耐候性及阻燃性能等。针对目前国内市场,配方的研究方向为在保证产品性能的前提下降低成本,主要手段是增加填充剂CACO3、木粉的用量。

4.2取得成果

通过木塑型材配方试验、木塑门板配方试验、木塑建筑模板配方试验。考察了挤出机各段温度、挤出压力以及螺杆转速等工艺参数、发泡剂的用量及类型、木粉的添加量对发泡影响;不同助剂(ACR、CPE、润滑剂等)对木塑复合材料的加工性能以及使用性能的影响;通过添加低成本填充剂以及回收料,降低木塑成本。

5木塑加工设备

目前木塑复合材料的主要成型方法是连续挤出成型和注塑成型法。连续挤出法由于具有加工周期短、产量大、效率高、成型工艺简单等优点,在工业化生产中与其它加工方法(模压成型、注射成型)相比有着更广泛的应用。

目前可用于木塑复合材料挤出成型的设备主要是单、双螺杆挤出机。[4]

单螺杆,由于单螺杆挤出机主要是靠摩擦来使各组分混合均匀,塑炼能力不强,木粉填充聚合物使得熔体粘度变大,流动性变差,挤出困难,物料在料筒中停留时间较长,容易烧焦,同时排气效果较差,所以限制了其在木塑复合材料生产中应用。

使用单螺杆生产WPC,需要在挤出之前对物料进行混炼制粒,由于单螺杆物料输送与塑化能力较弱,目前单螺杆挤出木塑,主要利用单螺杆塑化混炼效果不佳的特性,用于生产带有花纹的木塑型材。

双螺杆,与单螺杆挤出机相比,双螺杆挤出机主要是靠正位移原理进行输送物料,没有压力回流,排气和塑炼效果较好,物料混合比较均匀,木粉在料筒中停留时间较短,不易烧焦,且可使用粉料生产WPC,所以木塑复合材料加工设备主要是双螺杆挤出机。

我公司从2009年开始木塑双螺杆设备的研发生产,经过四年的不断改进优化,现已拥有成熟的木塑锥双(51/105、65/132、80/156、92/188)全系列挤出机,达到了国内先进水平。为了适应竞争日益激烈的木塑行业,提高产品的竞争力,适应低成本配方的需求,我公司生产的双螺杆挤出机,也在螺杆结构上进行了优化改进,通过在均化段增加强混合单元以及改变喂料段的螺棱宽度、螺槽等方法,提高了螺杆的塑化能力,从而实现了高填充、高发泡、低成本复合材料的正常生产。

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