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木塑復(fù)合材料加工工藝與設(shè)備的研究
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木塑復(fù)合材料兼有木材和塑料的雙重特性。它有著天然木材的外觀，可鋸、可釘、可粘結(jié)、可上漆。同時，它防蟲，防腐，吸水性小，不易變形，不開裂、機(jī)械性能好，具有堅硬、強(qiáng)韌、持久、耐磨、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。一般來說，木塑復(fù)合材料的硬度較未處理的木材高2～8倍，耐磨性高4～5倍，甚至比大理石還高。而各種添加劑的應(yīng)用，又賦予它許多特殊的性能，比如向木塑復(fù)合材料的原料中加入發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡擠出，可以降低產(chǎn)品密度，提高其韌性和抗沖擊性能。此外，它還是一種環(huán)保材料，可回收重復(fù)使用，且原料廉價豐富，它在減少環(huán)境污染、保護(hù)森林資源、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面都有良好的效益，因而它受到了眾多研究者關(guān)注。20世紀(jì)90年代以來，北美、歐洲的許多國家對木塑復(fù)合材料已進(jìn)行了大量的研究，近年來國內(nèi)對它的研究也日益增多。同時它的生產(chǎn)和應(yīng)用也得到了迅速增加，北美和歐洲2002年消費(fèi)的木塑復(fù)合材料達(dá)到68萬t，并預(yù)計到2010年前將以14%和19%的速度增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同期塑料工業(yè)的總體增長率。
1 木塑復(fù)合材料的發(fā)展趨勢與成型方法
根據(jù)木塑復(fù)合材料的研究與應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，可以預(yù)計其加工技術(shù)主要有如下發(fā)展趨勢：(1)原料多樣化；(2)木粉填充量超高化；(3)設(shè)備工藝專業(yè)化；(4)產(chǎn)品高檔化。
目前其工業(yè)化生產(chǎn)中所采用的主要成型方法有：擠出成型、注射成型和熱壓成型。由于擠出成型加工周期短、效率高、成型工藝簡單，它在工業(yè)化生產(chǎn)中與其它加工方法相比有著更廣泛的應(yīng)用。
木塑復(fù)合材料的擠出成型可分為一步法和多步法。一步法是木塑復(fù)合材料的配混、脫揮及制品擠出在一個設(shè)備或一組設(shè)備內(nèi)連續(xù)完成。多步法是木塑復(fù)合材料的配混、脫揮和制品擠出在不同設(shè)備中完成，可以先將原料配混制成中間木塑粒料，然后再擠出加工成制品。采用一步法時，若脫揮、脫水不佳將使產(chǎn)品因有氣泡而力學(xué)性能大幅度降低；同時，它要求制品的結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。所以，實際加工過程中一步法常常由于木粉含水量高和制品結(jié)構(gòu)復(fù)雜而受到限制。目前國內(nèi)外工業(yè)化生產(chǎn)所采用的主要是多步法。北京化工大學(xué)塑機(jī)所在這方面已進(jìn)行了多年研究，并有多條生產(chǎn)線已投入了工業(yè)化生產(chǎn)。
2 需解決的關(guān)鍵問題
木塑復(fù)合材料加工的關(guān)鍵技術(shù)是保證木粉在高填充量的前提下如何確保材料有高的流動性和滲透性，從而能促使塑料熔體能充分地粘接木粉，達(dá)到共同復(fù)合的力學(xué)性能及其他方面的使用性能，最終用較低的生產(chǎn)成本生產(chǎn)出具有較高的使用性能的制品。因此在擠出成型過程中需解決以下三個方面的問題：
(1)原材料—如何提高塑料與木粉之間界面的相容性；
(2)制品的成型設(shè)備及成型工藝—如何保持穩(wěn)定加料、進(jìn)行有效脫揮、提高木粉在體系中共混分散、設(shè)定合適的擠出溫度及建立足夠的成型壓力保證產(chǎn)品的性能；
(3)成型模具的設(shè)計與冷卻定型技術(shù)。
3 成型工藝
3.1 材料配方的選擇
3.1.1 聚合物的選擇
用于木塑復(fù)合材料加工中的塑料可以是熱固性塑料和熱塑性塑料。熱固性塑料如環(huán)氧樹脂。熱塑性塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚氧乙烯(PVC)。但是，由于木纖維熱穩(wěn)定較差，只有加工溫度在200℃以下的熱塑性塑料才被廣泛使用，尤其是聚乙烯。塑料聚合物的選擇主要依據(jù)有：聚合物的固有特性、產(chǎn)品需要、原料可得性、成本及對其熟知的程度。如：聚丙烯主要用于汽車制品和日用生活品等，聚氯乙烯 主要用于建筑門窗、鋪蓋板等。此外，塑料的熔體流動速率(MFI)對復(fù)合材料性能也有一定影響，在相同加工工藝條件下，樹脂的MFI較高，木粉的總體浸潤性較好，木粉的的分布也越均勻，而木粉的浸潤性和分布影響復(fù)合材料的機(jī)械性能，尤其是沖擊強(qiáng)度。據(jù)統(tǒng)計，目前市場上仍以PE木塑復(fù)合材料為主，大約占65%。PVC木塑復(fù)合材料占16%左右，PP木塑復(fù)合材料占14%左右。
3.1.2 添加劑的選擇
由于木粉具有較強(qiáng)的吸水性，且極性很強(qiáng)，而熱塑性塑料多數(shù)為非極性的，具有疏水性，所以兩者之間的相容性較差，界面的粘結(jié)力很小，常需使用適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣砀男跃酆衔锖湍痉鄣谋砻�，以提高木粉與樹脂之間的界面親和能力。而且，高填充量木粉在熔融的熱塑性塑料中分散效果差，常以某種聚集狀態(tài)的形式存在，使得熔體流動性差，擠出成型加工困難，需加入表面處理劑來改善流動性以利于擠出成型。同時，塑料基體也需要加入各種助劑來改善其加工性能及其成品的使用性能，提高木粉和聚合物之間的結(jié)合力和復(fù)合材料的機(jī)械性能。
3.1.2.1 偶聯(lián)劑
偶聯(lián)劑能使塑料與木粉表面之間產(chǎn)生強(qiáng)的界面結(jié)合；同時能降低木粉的吸水性，提高木粉與塑料的相容性及分散性，所以復(fù)合材料的力學(xué)性能明顯提高。常用的偶聯(lián)劑主要有
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