木塑复合设备挤出工艺和性能研究

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木塑,即木塑复合材料(WoodPlasticComposites,WPC),主要是利用废旧的塑料代替通常用的树脂胶粘剂,与木粉、稻壳、农业秸秆等植物纤维作为原材料生产出来的一种新型改性环保材料,广泛的用于建筑、家具、包装、园林、运输等行业。

  作为复合材料领域的一个重要分支,WPC的相关研究受到高度重视,主要包括几个方面,如:WPC的物理力学性能、木材与塑料的界面相容性以及制备工艺过程控制等。

  目前其工业化生产中所采用的主要成型方法有:挤出成型、注射成型和热压成型。由于挤出成型加工周期短、效率高、成型工艺简单,它在工业化生产中与其它加工方法相比有着更广泛的应用。

  WPC的挤出成型工艺技术

  挤出成型也称为挤压模塑成型或挤塑成型,是借助螺杆的挤压作用,使受热熔化的塑料在压力推动下,强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。

  挤出法几乎能成型所有的热塑性塑料。生产的制品有管材、板材、线缆包覆物以及塑料与其他材料的复合材料等,是一种生产效率高、用途广泛、适应性强的成型方法。用于生产木塑复合材料时,挤出法工艺具有产品质量稳定、成本较低、投资相对较少等优点,因此发展较快。

  挤出法生产木塑复合材的主要设备是螺杆挤出机,包括单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。

  单螺杆挤出机的特点是机头处熔融物料的压力较高并且稳定,但混合效率较低,故一般用于混合效率要求不高的型材挤出、造粒等。单螺杆挤出机的结构比较简单,价格不高。

  双螺杆挤出机尤其是啮合同向双螺杆挤出机的特点是剪切力大、混合效率高,但熔体压力控制不如单螺杆挤出机平稳,故双螺杆挤出机主要用于混合效率要求高的场合,如纤维与塑料熔融复合。双螺杆挤出机结构复杂,价格一般为相当螺杆直径单螺杆挤出机的数倍。

  当然,如果将双螺杆挤出机与单螺杆挤出机串联组合,并与型材辅机组成型材挤出生产线,则能充分发挥各自的优点。不仅降低了能耗,而且有利于降低物料的热降解。

  而锥形双螺杆挤出机,是近年来备受重视的。它对物料的混合能力强于单螺杆挤出机,而挤出压力则比双螺杆挤出机大,可用于直接挤出型材。不仅如此,还有物料压缩比大的特点,这对于原料堆积密度较低的木塑复合材的挤出加工而言,是机具突出的优点。但是,有优必有缺,在混合效率方面,锥形双螺杆挤出机远远不及平行双螺杆挤出机。

  不同树脂基木塑复合材料的性能对比

  由于木塑复合材料中应用的木质纤维填料一般所能承受的最高加工温度为200℃,因此,木塑复合材料通常采用PE、PP、PVC等加工温度比较低的热塑性树脂,基体树脂不同,其性能差异较大。

  PE的刚度、拉伸强度较小。与其他聚合物相比,PE具有抗曲挠性、耐水性、耐化学腐蚀和低温柔韧性的优良性能,加工性能好,价格低廉。其中,HDPE的拉伸强度、表面硬度和刚度要比LDPE高,随着人们生活水平的不断提高,人们对木塑复合材料性能、质感的要求也在提高,因此,目前以HDPE树脂为基体的木塑复合材料占了大部分,一般用于室外构件。

  PP熔体的黏度小,温敏性不大,加工性能好。与HDPE相比,它具有较高的拉升强度、表面硬度、拉伸屈服强度和刚度,但在低温下易脆裂。PP基木塑复合材料的耐候性不如PE基木塑制品,从而使它的的应用范围受到了一定的限制。

  PVC具有刚性大,强度高,价格低廉等优点,具有良好的粘结性和着色性,但是它的耐寒性、耐老化性及热稳定性差,加工性能差,这些缺点可以通过加入助剂来改善,如增塑剂、稳定剂、润滑剂、ACR抗冲击助剂。PVC熔体强度高,可用于制备木塑发泡复合材料,目前。PVC基木塑复合材料主要应用于室内装饰材料。

  目前人们对生态问题和资源危机越来越重视,因此,人们在木塑复合材料的研究方面也掀起了一阵新的热潮。木塑复合材料出现后,自然资源得到了充分的利用,减少了由于废旧塑料和废旧家具及废旧木产品引起的环境污染问题。虽然我国在这方面起步比较晚,但发展速度非常快,工业化的生产和加工技术也逐渐的走向成熟。

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