高档木塑​​复合材料挤出成型工艺及设备研究

塑料工业循环经济与新技术发展论文 高档木塑复合挤出技术与装备研究（北京化工大学机电工程学院 北京） 摘要：介绍背景和国内现状国外研究，给出了新开发的高档木塑制品的性能测试数据和加工成型工艺。在采用自制专用设备和专用助剂的情况下，研究了水处理工艺、木粉处理工艺、添加剂协同处理工艺和模具涂层对产品性能的影响。关键：木塑复合；；介绍了木塑复合材料的研究现状。介绍了高性能高档木材-聚合物复合材料及其加工工艺。ｈｏｗ介绍了高性能高档木材-聚合物复合材料及其加工工艺。ｈｏｗ介绍了高性能高档木材-聚合物复合材料及其加工工艺。ｈｏｗ

越来越多的塑料制品等高分子材料废弃物，对环境造成了严重的“白色污染”……如何在满足人们生活需要的同时，又能保护森林资源，维护国家的可持续发展，日益成为困扰人们的难题。我们需要立即解决。此外，大量人造板造成的室内甲醛污染触目惊心：我国每年因室内空气污染死亡人数达11.1万人，近90%的白血病患儿家中最近被装饰。因此，在自然资源日益匮乏、环保要求日益提高的今天，木塑复合材料（WPC）的研发不仅具有经济效益，同时也具有深远的社会效益。“WPC用于建材、装饰、汽车、包装、交通等。” 1、木塑的复合研究已有80多年的历史，而国外的研究和应用只有十几年。目前，WPC在北美的使用已达到相当规模，其应用领域也从相对简单的托盘等低附加值产品发展到相对复杂的高附加值产品，如房屋、建筑、管材等WPC技术也因市场的发展而日趋成熟，尤其是在混合、成型、温控、速度、切割、配方等方面都有了很大的创新和提高, 使之更适应原料来源现状，有效提高强度。，降低成本。我国对木塑复合材料的研究起步较晚。，近年来，经过多家企业和学校的研究开发，单组份废旧PE、PP低档木塑制品技术已经成熟，生产的木托盘制品和板材大部分出口到北美。

然而，高附加值的高档室内用PVC木塑制品至今几乎是空白。主要表现为：木粉含量偏低，制品表面质量和强度不理想，加工稳定性差。2WPC的加工工艺和设备的特点是将两种差异较大的材料混合，即木纤维和塑料合二为一。但木纤维粉与基体树脂相容性差，在熔融热塑性塑料中分散效果差，导致流动性差，挤出成型困难，易降解。因此，如何制定配方，制定过程，加工设备和加工工艺更加合理已成为我们研发木塑复合制品的关键。北京化工大学机电学院橡塑研究所近两年一直致力于高档木塑制品的研发。从配方、工艺到专用机械，充分考虑中国国情和特点，成功开发出高档PVC木塑制品。经国家化学建材检测中心检测[报告编号：2006：(S)0132]，性能如下：抗拉强度：25.1 MPa；断裂伸长率：2%；抗弯强度：59.6 MPa；无缺口悬臂梁冲击强度：8.5kJ/m2；氧指数：25.4。试样木粉含量为60%，激冷层厚度为3.5mm，可加工成薄壁型材。挤出加工工艺流程图见图1 塑料工业循环经济与新技术开发论文 海滩木屑l破碎或秸秆木塑复合挤出示意图3 开发过程中的一些试验 65型，高速搅拌机采用100L并进行改造，相应模具的试制产品具有实际应用价值等。

测试样品由产品铣制而成，更能反映产品的实际性能。3.1原料相容剂、复合偶联剂、复合流动改性剂、复合处理剂：自制；PVC粉：S5型和S7型，北京化工二；木粉：60-80目；石蜡：工业级钙锌复合稳定剂：工业级；抗氧剂：工业级，Ciba-Geigy；增塑剂；EVA和EAA：陶氏化学；SBS、CPE：市售。3.2设备 自制或改进的有：木粉表面处理动态干燥机、专用锥形双螺杆挤出机及成型模、成型模涂装装置。常见的有：高速混合机、SJ。45单螺杆挤出机、SHJ-35平行双螺杆挤出机、粉碎机、万能材料试验机、无级变速拉伸机、冲击试验机、电子天平、扫描电子显微镜、烘箱。3.3 产品性能试验按国家有关标准GB/T 1040-1992、GB/T 1043.1993进行性能试验。.1988等4 试验结果及讨论 由于是研究开发实用产品，所以有大量的试验数据。我们不讨论木粉含量、偶联剂含量等常规因素对性能的影响。图2-6（1）-（6）分别对应论文中相应的处理方法。4.1 水分处理工艺的影响 木粉是一种容易吸潮和受潮的材料。水分的存在导致材料18被切割并冷却一定长度。

. 因此，在产品成型前，必须去除木塑复合物中的水分。木粉处理如下： (1)静态95cc干燥1h+木粉处理；(2) 静态95cc干燥3小时+木粉处理；(3) 静态95cc干燥6小时+木粉处理；(4) 静态95cc干燥 (5) 无静态干燥+木粉处理；(6) 不经静态干燥+木粉处理+动态干燥；在这6种处理下，用60%的木粉、40%的PVC和等量的加工助剂进行型材挤出。水处理工艺对产品性能的影响见图2-4。从图中可以看出，木粉干燥后可以提高产品的性能，但越干燥越好。木粉干燥1小时后，既经济又达到提高性能的目的。要继续干燥，必须增加添加剂的用量以达到所需的性能。长时间干燥后，速溶木粉的性能在5-7小时以上并没有太大的提高，只是助剂的渗透能力增加了，增加了助剂的用量，但性能并没有提高显著地。. 因此，我们提倡采用（6）非静态干燥+动态干燥木粉处理，不仅使用添加剂少，节约能源，而且处理更充分均匀，产品的性能也有很大的提高。另外，在挤压时，静态干燥处理后的木粉表面质量比动态处理的差。4. 2 木粉处理工艺的影响 采用自制的专用设备进行动态干燥。投入木粉后，加入助剂的顺序和时间很重要。

由于添加剂较多，我只取I：相容剂；II：复合偶联剂；并以：复合流动调节剂为例进行简要说明。(1)木粉放入后，立即加入I，高速旋转15分钟，加入，高速旋转10分钟木塑复合材料，最后加入，高速旋转5分钟出料；与PVC混合时加入其他助剂高速混合木塑复合材料，出料后加入锥形双挤出成型；(2)时间恒定，加料顺序为，，I；(3)时间恒定，加料顺序为，，I；(4)木粉放入后，高速旋转15min，然后加入I，高速旋转10分钟，加入，高速旋转5分钟，最后是塑料行业循环经济与新技术发展论文集。30 0 图3 水处理工艺对产品相对抗弯强度的影响 10 20———————————— 图4 水处理工艺对产品相对冲击强度的影响 1.6 1.4 1.2 0.60 .4 0.2 0 图5 木粉处理工艺对产品性能的影响 相对抗弯强度；相对抗拉强度；相对冲击强度。加入，高速旋转5min出料。木粉处理工艺对产品性能的影响见图5。从图中可以看出，采用（4）处理工艺可以全面提高产品的强度。4.

(1)复合处理剂；(2)偶联剂Ⅰ；(3)偶联剂；(4)采用增容剂处理木粉，结果见图6。 1.6 1.4 1.2 悦 1.0 0.8 模具 0.6 0.4 0.2 0 图6 添加剂处理对产品性能相对抗弯强度的影响；相对抗拉强度；相对冲击强度。4.4 模具涂层工艺的影响模具涂层后，不仅表面质量很好，挤出速度提高，而且产品有非常明显的激冷层。5 结语 我国高档PVC木塑制品的研究还处于起步阶段，其加工工艺、配方技术和加工设备与低档木塑制品的生产有本质区别。采用以产品开发为目的的实验方法，并仔细研究了影响产品性能的许多方面。木粉的动态干燥处理及其处理工艺可以使产品的性能有质的飞跃；自制复合处理剂高效、经济，远优于单一处理剂；特殊的成型模具涂层工艺，使产品从表面质量、挤出效率、产品硬度都有很大的提高。参考文献：林彦钦，蔡承志，张丽萍．聚丙烯/木纤维复合材料的增强改性研究 现代塑料加工与应用，2000（1）：14．殷义高，夏成林，钟生照。木塑复合材料的开发与性能。塑料工业，2002(6)：20-21。李云。木粉填充 HDPE 的机械性能。塑料加工, 1999, 27(1): 36-37. 张明珠、薛平、周富平。木粉/再生热塑性复合材料性能研究 塑料，2000（5）：39-40。秦特夫。提高木塑复合材料界面相容性的途径。世界林业研究，1998(3)：46-51．