PVC木塑复合材料（精选四篇）
PVC木塑复合材料 篇1
木塑材料是以植物纤维 (锯末、木屑、竹屑、稻草、麦桔、谷糠、花生壳、甘蔗渣、椰子壳、亚大麻等) 为主原料, 经过预处理使之与树脂 (PVC、PP、PE) 复合而成的一种新型环保材料。一吨木塑复合材料由60%木渣+36%塑料+技术制剂组成, 可以被挤成多种形状、制出不同颜色和不同花纹。木塑材料看起来像木材, 却比木材耐水、耐腐、无味、无毒。因此被起名为“生态木”。
木塑应用非常广泛, 可用于生产户外用地板、装饰板、护栏、长椅、垃圾箱、建筑模板、整体别墅、公园景观建筑、报亭、警卫亭, 还可生产室内用木塑地板、门板、橱柜板、装饰板、踢脚线等制品。北京奥运场馆的户外门廊、上海世博会上铺设的室外地板也用了“生态木”。甚至汽车内饰行业也开始研发、使用木塑产品。
与实木和纤维板等材料相比, 木塑复合材料具有耐磨、防腐、防潮、阻燃、环保等方面优势。此外, 木塑复合材料可以方便地做成型材, 方便二次加工, 而且木塑比木材寿命长、强度高, 可做成中空结构, 使用后能全部回收再利用, 更利于节能环保。最重要的是木塑复合材料不含甲醛等有害气体, 这为饱受诟病的家具甲醛超标问题提供了很好的解决方案。如果能将木塑材料大量应用到家具行业, 对缓解家具行业原木紧缺问题、保护生态平衡具有十分重要的意义。
木塑复合材料常识汇总 篇2
聚合物基木塑复合材料(wood plastic composites，简称WPC)是指以经过预处理的植物纤维或粉末（如木、竹、花生壳、椰子壳、亚麻、秸秆等）为主要组分(含量通常达到60%以上)，与高分子树脂基体复合而成的一种新型材料。该材料具有植物纤维和高分子材料两者的诸多优点，能替代木材，可有效地缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的矛盾。其应用范围非常广泛，主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、仓贮业、装饰材料及日常生活用具等方面。由于植物纤维的可再生性、可被环境消纳性，所以WPC是一种极具发展前途的绿色环保材料，其生产技术也被认为是一项有生命力的创新技术。
WPC用途广泛，价格便宜，但是要生产出各方面性能优异的产品却不太容易。主要原因是：(1)因含有大量的亲水性基团——羟基，植物纤维具有很强的极性，而常见树脂基体通常为非极性、不亲水的，故植物纤维和树脂基体间的相容性很差，界面粘结强度低，影响了WPC的机械性能；(2)由于羟基间可形成氢键，植物纤维之间有很强的相互作用，使得其在树脂基体中的分散极差，要达到均匀分散较为困难；(3)成型加工时植物填料易降解变色，同时高分子材料也会热降解，不适合的配混和加工工艺会导致WPC的性能下降。所以生产WPC制品的关键技术是在保证植物纤维高填充量的前提下，如何确保WPC的高加工流动性，树脂与木粉之间的良好相容性，以达到最佳力学性能，最终用较低的生产成本生产出具有较高使用性能的WPC制品。因此聚合物基WPC的生产需解决以下三个方面的问题:(1)原料的处理——以提高高分子材料与植物纤维之间的界面相容性为主要目的；(2)配方设计；
(3)制品的成型设备及成型工艺——如何通过成型机械、成型模具的设计和设定合适的工艺条件（成型温度和压力），以保持稳定加料、进行有效脱挥、提高木粉在体系中共混分散、保证产品的性能为主要目的。下面将会就这些问题进行具体阐述。
改善高分子材料与植物纤维相容性的途径非极性或弱极性的高分子材料与强极性的植物纤维相容性差，因而未经预处理或未加任何添加剂的WPC性能极差。因而，要改善WPC的性能，必须对两组分进行相应的改性，以使得两者相容。对于聚合物基WPC，改善相容性主要有下列三种途径
对木质部分进行处理
木质的处理主要分化学和物理两大类方法：
化学方法：
(1)表面接枝法：接枝是一种有效的改性方法，可以在复合前或复合的同时对植物纤维进行接枝。如可以用马来酸酐、异氰酸盐等接枝植物纤维。
(2)界面偶合法：用偶联剂与植物纤维形成共价键来改变界面粘合性。如采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等[4]处理纤维，改善纤维与树脂的相容性。偶联剂的最佳用量与偶联剂在木粉颗粒表面的覆盖程度有关。如果偶联剂用量太少，会因为填料表面的包敷不完全，难以形成良好的偶联分子层，起不到理想的偶联和增容作用。用量太多，则偶联剂过剩，在木粉表面会覆盖过多的偶联剂分子，形成多分子层，易造成填料与树脂之间界面结构的不均匀性，且偶联剂中未反应的其他基团也会产生不良作用，从而降低复合材料的力学性能。
（3）乙酰化处理法: 植物纤维表面的羟基经乙酸酐或烯酮处理后，木材上的极性羟基基团被非极性的乙酰基取代而生成酯。在工业上通常使用乙酸酐、冰乙酸、硫酸的混合液进行乙酰化处理。
（4）低温等离子处理法：低温等离子处理主要引起化学修饰、聚合、自由基产生以及植物纤维的结晶度等物理变化。物理方法：
(1)物理加工法。通过拉伸、压延和热处理等方法对木纤维或木粉等进行预处理，这种方法不改变其表面的化学组成，但是可改变纤维的结构与表面性能。
(2)碱处理法。NaOH等能溶解木质中部分果胶、木质素和半纤维素等低分子杂质，不改变主体纤维素的化学结构，而使微纤旋转角减小，分子取向提高，从而提高微纤的断裂强度等。其处理效果主要取决于碱金属溶液的类型及溶液的浓度。
(3)酸处理法。用低浓度的酸液处理木质部分，主要除去影响材料性能的果胶等杂质。(4)有机溶剂处理法。主要用来洗脱木质中的蜡质，从而提高木质部分和聚合物基体间的粘结性。
(5)原纤的表面放电处理。主要采用溅射放电、电晕放电等，这种处理主要引起物理方面的变化，可使植物纤维表面变得粗糙等以增强界面间的粘结性能。2.1.2 对树脂部分的处理通过在基体树脂上引入极性基团改变其极性，常用的方法是用马来酸酐接枝处理聚合物。如用马来酸酐对线型低密度聚乙烯(LLDPE)作改性处理，在自由基存在的条件下用马来酸酐对线型低密度聚乙烯进行接枝反应，将MA上的极性基团引入到非极性的聚乙烯分子上，形成LLDPE-MA共聚物。LLDPE改性后，大分子上的羧基极性基团与木纤维分子中的羟基，由于极性相近，分子间的作用力增强，使得两者间的相容性增强，从而提高了WPC的整体性能。
3、添加相容剂
目前这是改善相容性采用最多的一条途径。添加的相容剂一般是一端含有极性基团，另一端含有非极性基团的化合物。根据相似相容的原则：含有极性基团的一端和木质部分相容，而含有非极性基团的一端则和树脂部分相容，可起到一个桥梁的作用而将两者结合在一起。一般相容性的改善是通过降低两相间的界面能，促进木纤维在树脂相中的分散，降低木纤维之间的凝聚力，提高聚合物基体的容纳能力而实现的，另外还通过增加高分子链与纤维间的机械缠绕而提高界面的粘结力，得到优良性能的制品。这类物质主要有乙烯－丙烯酸酯共聚物(EAA)、马来酸酐改性聚丙烯(MAPP)、酚醛树脂等。
材料配方的确定聚合物的选择
用于WPC加工中的树脂可以是热固性和热塑性的。热固性树脂如环氧树脂，酚醛树脂。热塑性树脂如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚氯乙烯(PVC)。但是，由于木纤维热稳定性较差，只有加工温度在200℃以下的热塑性树脂才被作为WPC的基体树脂而广泛使用，尤其是聚乙烯。树脂的选择主要依据有：树脂的固有特性、产品需要、原料易得性、成本及对其熟知的程度。如：聚丙烯主要用于汽车制品和生活品等，聚氯乙烯主要用于建筑门窗、铺盖板等。此外，树脂的熔体流动速率(MFR)对复合材料性能也有一定影响，在相同加工工艺条件下，树脂的MFR较高，木粉的总体浸润性较好，木粉的分布也越均匀，而木粉的浸润性和分布影响复合材料的机械性能，尤其是冲击强度。据统计，目前市场上仍以PE木塑复合材料为主，大约占65％，PVC木塑复合材料占16％左右，PP木塑复合材料占14％左右。m 2 添加剂的选择
由于植物纤维极性很强，具有较强的吸水性，而热塑性树脂多数为非极性的，具有疏水性，所以两者之间的相容性较差，界面的粘结力很小。常需使用适当的添加剂来改变树脂和植物纤维的表面性质，以提高植物纤维与树脂之间的界面亲和力。而且，高填充量植物纤维在熔融的热塑性树脂中分散效果差，常以聚集状态存在，使得熔体流动性差，挤出成型加工困难，需加入润滑剂来改善流动性以利于成型加工。同时，树脂基体还需要加入各种助剂来改善其加工性能及其成品的使用性能。3.2.1 界面改性剂 g 界面改性剂能使树脂与植物纤维表面之间产生强的界面结合，同时能降低植物纤维的吸水性，提高植物纤维与树脂的相容性及分散性，所以能明显提高复合材料的力学性能。常用的界面改性剂主要有：异氰酸盐、铝酸酯、钛酸酯、硅烷偶联剂（如γ一氨丙基三甲氧基硅烷）、乙烯－丙烯酸酯共聚物(EAA)、酚醛树脂、马来酸酐接枝聚丙烯蜡(Licomont AR504)。一般界面改性剂的添加量为植物纤维量的1～8 wt％。需注意的是马来酸盐类界面改性剂与硬脂酸盐润滑剂会发生相斥的反应，一起使用时会导致产品质量和产量的降低。
润滑剂
WPC常常需要加入润滑剂来降低熔体与加工机械之间以及熔体内部的摩擦与粘附，改善流动性，促进加工成型，提高制品的表面质量。润滑剂分为外润滑剂和内润滑剂。外润滑剂附着在熔体或加工机械、模具的表面，形成润滑界面，降低熔体与加工机械之间的摩擦力。内润滑剂的选择与所用的基体树脂有关，它必须与树脂在高温下具有很好的相容性，削弱分子链之间的相互作用力，促进分子链运动，降低树脂内分子间的内聚能。润滑剂对模具、料筒、螺杆的使用寿命，挤出机的生产能力，生产过程中的能耗，制品表面的光洁度及型材的低温冲击性能都会产生一定的影响。通常一种润滑剂往往兼备内、外两种润滑性能。常用的润滑剂有：硬脂酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺、聚酯蜡、硬脂酸、硬脂酸铅、聚乙烯蜡、石蜡、氧化聚乙烯蜡等。
增塑剂
当植物纤维与一些玻璃化温度和熔融流动粘度较高的树脂进行复合时，往往加工困难，常常需要添加增塑剂来改善其加工性能。增塑剂可以使高分子制品的塑性增加，改进其柔性、延伸性和加工性。如在PVC木粉复合材料中，加入增塑剂可以降低加工温度，减少植物纤维分解和发烟；但增塑剂的加入对WPC的机械性能产生影响，一般随着增塑剂含量的增加，复合材料的拉伸强度下降而断裂伸长率增加。常见增塑剂分子结构中含有极性和非极性两种基团，在高温剪切作用下，它能进入聚合物分子链中，通过极性基团与聚合物上的极性基团互相吸引形成均匀稳定体系，而它非极性部分的插入则可减弱聚合物分子的相互吸引，增加高分子链段的活动空间，从而使加工容易进行。常用的增塑剂有：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、癸二酸二辛酯(DOS)等。
紫外线稳定剂
在室外使用的高分子材料，由光引起的光降解作用是不容忽视的。随着人们对WPC质量和耐用性要求的提高，紫外线稳定剂的应用得到迅速发展。它能大大减缓复合材料中聚合物降解和力学性能的下降。常用的有受阻胺类光稳定剂和紫外线吸收剂。3.2.5 着色剂
在WPC使用过程中，植物纤维中的可溶性物质易迁移到产品表面，使产品脱色，并最终变成灰色。有时在一定使用环境下，还会产生黑斑或锈斑。着色剂可以赋予制品色泽，起美观、易于辩识和提高耐侯性等作用。所以，着色剂在WPC生产中也有着较为广泛的应用。它能使制品有均匀稳定的颜色，且脱色慢。美国Ferro公司已经工业化生产了多种着色剂，并不断对其进行着改进。
抗氧剂 x 高分子材料暴露在空气中，在氧的作用下会发生氧化反应，这类反应通常发生在室温到成型加工温度之间，按典型的链式自由基机理进行，具有自动催化特征，故常称为自动氧化反应。因此，在WPC中也经常加入抗氧剂来抑制或缓解自动氧化速度，延长使用寿命。常用的抗氧剂有醛胺类和酮胺类等。
防菌剂 为了使复合材料能保持良好的外观和完美的性能，免受微生物对植物纤维的不利影响常常需要加入防菌剂。防菌剂的选择要考虑植物纤维的种类、添加量、复合材料使用环境中的菌类、产品的含水量等多种因素。如硼酸锌可以防腐但不能防藻类。
WPC的成型设备 主要挤出成型设备
目前可用于WPC挤出成型的设备主要有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等。单螺杆挤出机
常规的单螺杆挤出机不适合于WPC的成型加工，这是因为单螺杆挤出机的物料输送和塑化能力较弱。单螺杆挤出机的输送作用主要是靠摩擦，由于木粉结构蓬松，不易喂料，而且木粉的填充使聚合物熔体粘度增大，增加了挤出难度，造成物料在料筒中停留时间较长，同时其排气效果不佳，不能对含水率较高的植物纤维进行加工。所以，常规的单螺杆挤出机在木塑复合材料挤出中受到较大的限制。可用于WPC的成型加工单螺杆挤出机必须采用特殊设计的螺杆，螺杆应具有较强的物料输送和混炼塑化能力，而且在挤出之前常常对物料进行混炼制粒。双螺杆挤出机
目前WPC的主要加工设备为双螺杆挤出机，这是因为双螺杆挤出机依靠正位移原理输送物料，没有压力回流，加料容易；排气效果好，能够充分地排除木粉中的可挥发成分；螺杆互相啮合，强烈的剪切作用使物料的混合、塑化效果更好。木粉用量相对较低时，物料在双螺杆中停留时间短，不会出现木粉烧焦。因此，由于双螺杆挤出机良好的加料、混合效果，可使用粉料生产WPC。双螺杆挤出机可分为同向平行双螺杆挤出机和异向锥型双螺杆挤出机。
同向平行双螺杆挤出机
同向平行双螺杆挤出机往往是由双阶挤出机组成，将木粉干燥和树脂熔融分开进行。可以直接加工木粉或植物纤维，在完成木粉干燥后，再与熔融的树脂混合连续挤出，这种双阶挤出机称之为“木材用挤出机”。尽管这种双阶挤出机可以进行木粉的干燥，但对原料木粉的含水量有一定要求，一般为4%～8%(质量分数)。另一种类似的形式是木粉加入挤出机主料口，挤出机前段为脱水、脱挥装置，然后通过侧加料器加入塑料树脂、添加剂，因此挤出机螺杆相对长，螺杆长径比(L／D)可达44～48，其中2／3用于除水和脱挥。塑木材料加工业称同向平行双螺杆挤出机为高速、高能耗“配混”型设备，一般为组合式螺杆，可调节螺杆长径比和构型(捏合块角度及其块数、不同捏合块组合方法)，灵活设置脱气口。美国Davis—Standard、Krupp W＆P等著名塑料机械厂有生产这种同向双螺杆挤出机。2 异向锥型双螺杆挤出机
与高速、高能耗“配混”型的同向平行双螺杆挤出机相比，异向锥型双螺杆挤出机被称之为低速、低能耗“型材”型设备，非组合式螺杆。与一般锥型双螺杆挤出机比，为适应木粉、植物纤维比重小、填充量大的要求，用于WPC生产的异向锥型双螺杆挤出机的螺杆的加料区体积应比常规型号的大和长，对木纤维切断少，树脂少时仍能使木纤维均匀分散和物料完全熔融，能适应的加工范围宽。若木粉、植物纤维加入量大，熔融树脂刚性大，要求耐高背压齿轮箱，螺杆推动力强，采用压缩和熔融快、计量段短的螺杆，确保木纤维停留时间短，防止其断裂和性能劣化。生产这种设备的主要为Cincinatti Milacron公司，包括在美国的Extrusion Tek Milacron公司，在德国的SMC公司Cincinatti分公司。
塑木复合材料的配混和加工
世界塑木制品生产和应用的最大国家是美国，其最大制品是铺板，生产工艺为挤出成型，可以先配混成中间塑木粒料，然后再经挤出机加工成制品，也可越过造粒阶段，配混（包括脱挥）、挤出型材（板材）在一个设备或一组设备内连续完成。
塑木材料（包括制品）的制备过程对其性能影响很大，研究表明：不合适的加工会引起不良的纤维分散和浸润，而过分的配混则会使纤维严重破损，两者都会降低塑木材料的力学性能。另外，要防止过分剪切或高温产生糊料、烧焦等问题，一步法连续工艺若脱挥（主要脱水）不佳将影响工艺的连续性，并使产品因有气泡而性能大幅降低。目前，主要的加工设备为双螺杆挤出机，可分为同向平行双螺杆挤出机和导向锥型双螺杆挤出机。
同向平行双螺杆挤出机
塑木材料加工业称同向平行双螺杆挤出机为高速、高能耗“配混”型设备，一般为组合式螺杆，可调节螺杆长径比和构型（捏合块角度及其块数、不同捏合块组合方法），灵活设置脱气口，可以直接加工木粉或植物纤维，完成木粉干燥后与熔融的树脂混合再连续挤出，即木粉干燥和树脂熔融分开进行，因此往往是由双阶挤出机组成。但一般要求废木屑含水量为4％～7％。这种工艺要求有大量符合水含量要求的木粉，并在严格条件下运输和贮存，这种双阶挤出机称之为“木材用挤出机”。与此相类似的方法还有用含水6％～8％木粉加入挤出机主料口，挤出机前段作为脱水、脱挥装置，然后通过侧加料器加入塑料树脂、添加剂，因此挤出机相对长，长径比（L/D）可达44～48，其中2/3用于除水和脱挥。
美国Andex公司在塑术复合材料建筑和结构加工设备方面居领先地位，已经进行了近10年的工作，已在美国、加拿大、日本获得了8个专利许可证，并与18家以上欧洲的潜在用户洽谈技术转让许可事宜。意大利ICMA公司有其挤出三层板的专利技术，美国Davis－Standard、KruppW＆P等公司也生产塑木加工用同向双螺杆挤出机。
异向锥型双螺杆挤出机
与“配混”型设备比，异向锥型双螺杆机被称之为低速、低能耗“型材”型设备，非组合式螺杆。与一般锥型双螺杆机比，为适应热敏树脂加工需要，要求螺杆设计适应较宽的加工范围，对木纤维的切断作用少，树脂少时仍能均匀分散并与物料完全熔融。由于木粉、植物纤维比重小、填充量大，加料区体积比常规型号要大、要长。若木粉、植物纤维加入量大，熔融树脂刚性大，还要求耐高背压齿轮箱，采用压缩和熔融快、计量段短的螺杆，以确保木纤维停留时间短，防止其断裂和劣化。
这种设备的主要生产厂商为Cincinatti Milacron公司，包括在美国的Extrusion Tek Milacron公司，在德国的SMC公司Cincinatti分公司。据称，前者在塑术复合材料挤出机设计和工程化方面很有经验，实际投放使用的设备已超过100台，拥有世界最大的机型，加工能力为770千克/小时；后者已公开展示其塑术复合材料用锥型双螺杆挤出机“Titan”系列产品。
另外，意大利Bausano公司和ICMA San Giorgio公司在20世纪70年代便开始从事木粉填充塑料配混料加工设备工作，并用异向锥型双螺杆机生产50％木粉和50％PP的热成型板材。
除此之外，德国SMS塑料技术分公司Battenfeld公司曾在德国的K2001展览会上，展出了塑木材料加工用新的设备组合方法：组合两台行星滚轮式挤出机（或其中一台为双螺杆挤出机），即从一台行星滚轮式挤出机出料到下一台行星滚轮式挤出机（或双螺杆机），利用行星滚轮式挤出机有效地控制冷却作用。
塑木板材商机无限
随着全球经济发展，人们普遍对生存环境提出了更高要求。废旧塑料垃圾由于各种塑料制品产量和用量的不断增加而遍布全球，对环境造成极大污染。目前世界各国对包括白色污染进行全方位治理，并已取得一定成效。其中，用木粉或植物纤维来填充的塑料再生料或新料，经专用机器挤出、压制或注塑成型后用来替代某些木材制品的木塑制品尤为实用。该成果是近年来国外发展较快且经济效益显著的实用新技术。其中用聚乙烯、聚丙烯树脂和木粉共混生产的塑木板材，因可在多种场合替代木材使用，其发展速度尤为迅速。塑木板材制品的加工制造与传统的木材加工和塑料加工相比具有显著的技术特点。使用木粉或植物纤维高份额填充聚乙烯和聚丙烯树脂，同时添加部分增粘及改性剂，经挤出、压制或挤压成型为板材，可替代相应的天然木制品，除具有木材制品的特点外，还具有强度高、防腐、防虫、防湿、使用寿命长、可重复使用、阻燃等优点。一般情况下，塑木板材生产工艺流程是将选型后的木粉经过干燥等处理后，按照不同用途的配方要求进行混合、粉碎，按照型材要求由塑料加工挤出机加工成型，并进一步加工成产品。
目前生产塑木板材主要有以下3种工艺路线：
一是挤出成型工艺。由单或双螺杆挤出机挤出成型，可连续挤出任意长度的板材。该工艺又可分为单机挤出和双机复合挤出板材，复合挤出的目的是在塑木板材的外表共挤出一层纯塑料表层，成为可在特殊场合使用的塑木板材。
二是热压成型工艺。该工艺可成型一定规格的不连续板材，加工工艺类似于密度板成型工艺。
三是挤压成型工艺，即挤出机和压机联用的一种边挤出边压制的工艺。该工艺成型的板材长度要长于热压成型的板材长度，其制品综合性能要好于挤出工艺的板材制品。
上述不同工艺得到的塑木板材都具备良好的耐水性、阻燃性和可回收性，综合力学性能和制品相对密度以压制工艺为最好。从板材规格看，挤出工艺和热压成型工艺可得到任意尺寸，而挤压成型一般不超过3米长度。挤出成型的板材一般用于装饰板材，热压成型和挤压成型则主要用于装饰板材和受力板材。
近年来国内外塑木板材制品的技术开发和应用发展迅速。木粉填充改性塑料国外早已开始研究，但高份额的木粉填充则是近几年才有较大发展。在日本，有名的“爱因木”就是该类产品（采用挤出工艺）；加拿大的协德公司也已开发出类似的塑木制品（采用挤出或热压工艺）；奥地利辛辛那提公司及PPT模具公司开发出各种塑木板材制品（采用挤出工艺）；韩国的大山株式会社（利用挤压联用工艺）开发出了塑木板材制品；美国一些公司也正积极开发和推广这类产品。
此方面的研究现已在国内开展起来，唐山塑料研究所、国防科技大学、广东工业大学等在早些时候在低份额木粉改性填充树脂体系中进行过一些研究。北京化工大学和北汽福田公司也在进行塑木产品专用设备的开发。此外，无锡、杭州及安徽等地也有企业和个人进行这方面的研究。中国石化北京化工研究院在1998年就着手进行木粉填充塑料挤出成型的工艺研究，在配方、专用设备、制品模具设计等方面已取得较大突破，并已具有工业化技术成果。此外，中国林科院木材所在压制工艺的塑木板材制品开发方面，目前也取得可喜进展。塑木板材产品具有广阔的应用前景和市场前景，其应用场合非常广泛。根据材料性能的应用范围和国内外的有关报道，目前已经开发的用途及使用场合如下：公园、球场、街道等场合，特别适合露天桌椅；建筑材料、吊板、屋顶、高速公路噪音隔板等；市政交通方面标记牌、广告板，格栅板，汽车装饰板材等；包装材料、搬运垫板、托盘和底盘；家庭围墙、花箱、篱笆、走道、地板、防潮隔板；各种体育馆装饰板材、地板等。
各种木质纤维可由木材下脚料、麦秆、稻壳等加工而来，特别是废旧木粉、锯末等的利用无疑是对社会环境的有效保护。不仅有利于人类生活环境，更是对有限资源的合理利用。当前，我国政府已意识到环保的重要性，专门颁布法规来治理污染，保护森林资源。北京2008年奥运会的主题之一就是绿色奥运。塑木板材可以在许多场合替代天然木材和其他化学建材，因此可以节约大量木材资源，是一种完全符合奥运主题的绿色产品。不仅如此，其经济上也可行。以年产5000吨塑木板材为例进行简单分析，较为成熟的方案是引进国外主要设备，投资2000万元人民币引进3条挤出生产线即可达到年产5000吨的能力。该塑木板材的成本大约为2300～3000元/吨范围，市场售价一般可在5000元/吨以上（一般塑料板材如聚氯乙烯装饰板材市场售价为12000～15000元/吨）通过计算可知，塑木板材项目只要达到生产能力的50％，企业就可以保本，风险较小；其财务内部收益率41.9％，远高于行业基准收益率10％；投资回收期约5年，低于10.3年的行业基准投资回收期。因此，投资塑木加工生产，投资风险小，回报高，是一个市场前景好的项目。
据了解，目前已有国外公司准备向中国推广生产木塑制品设备，而且借着中国建设奥运场馆的商机，这些公司雄心勃勃想要抢占中国市场，所以国内石化企业应当抢先开发可以专用于这些设备的木塑制品的粉料聚烯烃树脂，以利于提高国有企业产品的附加值和竞争力。
为举办奥运会，北京将投入2800亿元，其中有1800亿元用于基础设施建设，713亿元用于环境保护及治理污染，170亿元用于场馆建设，113亿元用于运营费用。奥运的主题之一就是绿色奥运，相信在奥运场馆建设初期进行塑木板材的投资将会及时生产出大量符合奥运主题的环保材料，也必将得到经济上的回报。北京奥运这么大的投入，对所有环保材料都有一个推动作用，特别是有科技含量又是绿色材料的塑木制品。
资源综合利用技术，将是21世纪各个国家重点发展的技术之一。塑木制品材料是新世纪的新型环保材料，它对保护环境和森林资源的合理利用将起到非常积极的促进作用。尽早进行塑木板材的开发一定会给有眼光的企业带来较好的回报，特别是我国树脂生产企业更应积极行动起来，在国外同类公司进入中国市场前主动进行该项目的开发和研究推广工作。微细发泡塑料的研究和应用正在兴起
传统的发泡技术通常是采用化学发泡剂。这种方法通常带来环境污染问题，另外泡穴较大且不均匀，降低了塑料件的性能。现在一些发达国家比如美国、加拿大、德国和日本等开始研究开发微细发泡塑料(Microcellular Foam Plastics)。此种发泡技术采用二氧化碳等气体在很高的压力下注入并溶于塑料熔体。当含气体的塑料熔体在充模过程中或充模后迅速降低压力，溶入的气体将与塑料熔体分离并形成微细的气体孔穴均匀分布在塑料熔体中。当冷却定型后，微细发泡的塑料件就完成了。这种发泡技术避免了传统发泡带来的环境污染问题，而且由于微细孔穴均匀分布，塑料件的性能没有受到大的影响，而且这种塑料件提高了其他一些性能例如韧性等。这种塑料件的表面质量也较传统发泡塑料件有了很大的提高。
为什么要用木塑复合材料
尽管木塑复合材料比纯木要贵一些，但是随着生产厂商找到更为高效的加工方法，其相对的高成本正逐渐降低。在复合材料中使用回收塑料还可以进一步降低成本。即使面对目前的成本结构，许多消费者依然愿意因为这些复合材料的优点而接受相对较高的价位。★
1、对环境友好：
使用再生材料（木粉与塑料）
不需要作防腐处理
★
2、不需要日常维护，使用寿命比木材长 不吸湿、潮，不腐烂，防虫
不破裂、开裂、不变形
对冷、热环境不敏感
★
3、聚烯烃类木塑复合材料机械性能好，可广泛 作承载结构材料使用；
★
4、聚烯烃类木塑材料95%的原料为再生材料，所以成本较低，同时产品可100%再回收利用； ★
5、PVC类木塑复合材料通过微发泡提高冲击强度、降低比重，真正仿木。
木塑复合材料应用领域
Principia Partners咨询公司2003年的一项研究表明，北美和西欧市场上共有六亿公斤的木塑复合材料需求量，而北美占有总需求量的85％。地板、扶手、门窗等建筑材料占有北美木塑材料需求量的80％。在北美地区，其它的主要市场应用有地面铺设（木板路和平台）、车用部件（车用仪表板和备用轮胎罩）和工业和民用消费品（餐桌、公园长椅和垫板）。
在西欧同样的调查表明车用材料占到了木塑复合材料需求量的一半以上，而建筑用材料占有30％的市场。木塑复合材料在北美和西欧预计到2010年的年增长量分别为14％和18％。
木塑复合材料在亚洲同样受到欢迎，尤其是在日本，木塑材料在平台、地板、墙壁和室内家具等方面的应用越来越普及。
在国内，木塑复合材料的应用领域包括：
包装、运输类：托盘、军品和民品包装箱、玻璃包装箱、周转箱，插车货板、仓储垫板、铁路枕木等 Q 园林景观类：凉亭、座椅、栅栏、铺板等市政产品 q 车辆船舶类：汽车等内装材、风扇罩、仪表架等部件、船 舶内装和隔热材等
家装及建筑类：活动房屋，窗框，门板，门褴，混凝土模板，楼梯拍手，墙壁，天棚，装饰各种异型材，地板、家具等建材用品
其它类：农用大棚支架及用桶、钓鱼用舢板、水产箱、教学用品、枪托、球拍、滑雪板、高尔夫球棒、舞台用品以及各种模型等
木塑复合材料用原材料
在木塑复合材料中用作基材的塑料一般有聚乙烯（特别是高密度聚乙烯HDPE）、聚氯乙烯和聚丙烯，有时候也用到聚苯乙烯和ABS塑料。根据成本、原料来源和性价比的要求，回收塑料和新塑料都会在复合材料制备中用到。塑料的使用方法因地区而异，例如，PVC在北美的使用就比在西欧要多。
聚乙烯复合材料被广泛用于室外家具，而聚丙烯则被用于汽车制造和日用消费品，PVC常用来制作窗户边框。表1总结木塑复合材料的各种应用及相应所用的塑料。应用 使用树脂
复式平台 LDPE, HDPE 仿木质鹅卵石 PVC
门窗 PVC, PS, LDPE, HDPE @ 垫板 HDPE & 花瓶花盆 PP F: 浴缸侧壁 PP 工具把手 PP y 车用内部件 PP x 表 1: 木塑复合材料目前的一些应用
(信息来源: Massachusetts大学技术报告19“Massachusetts可回收木塑复合材料生产扩大潜力调查，2000年４月)原木颗粒，如木粉，常用于木塑复合材料的填料，木纤维也经常用到。木地板的等级一般是根据颗粒粒径（从20目－粗到400目－特细）来划分的。枫木、橡木和松木是比较好的原料。木纤维一般占到复合材料重量的50％，也可以增加的70％之多。
木塑复合材料性能
塑料中加入木质填料后会使其变得更硬，但经常也是变得更脆。木塑复合材料与同等尺寸的纯木材料相比，强度、刚度和抗蠕变能力都要差一些。但是，木塑复合材料吸水相对较少，从而具有较强的耐腐蚀衰老性能。加入合适的紫外吸收剂后，木塑复合材料也可以抵抗日光对材料的破坏。表3展示了填料用量变化对木塑复合材料物理性能的影响。
性能 单位 ASTM标准 未填充树脂 20%木填料 40%木填料 60%木填料 熔体流动指数 g/10 min D1238 20 2.6 2.3 1.5
屈服拉伸强度 psi(MPa)D638 3850(26.5)2480(17.1)2580(17.8)2250(15.5)断裂拉伸强度 psi(MPa)D638 n/a 2170(14.9)2320(16.0)2180(15.1)拉伸模量 psi(GPa)D638 n/a 245,000(1.7)390,000(2.7)642,000(4.4)伸长率 % D638 19 15 4.9 1.3
抗弯模量 psi(GPa)D790 189,000(1.3)210,000(1.4)352,000(2.4)589,000(4.1)抗弯强度 psi(MPa)D790 n/a 4420(30.5)5090(35.1)4310(29.7)Izod缺口冲击强度 ft-lb/in(J/m)D256 0.56(29.9)0.5(27.7)0.4(20.9)0.3(16.1)热畸变温度(@264 psi)F(C)D648 n/a 113(45)127(53)143(62)
使用木纤维比使用木粉一般能够得到更好机械性能的木塑复合材料，如具有更高的强度、伸长率和无缺口冲击强度。但是木纤维难以测量和喂料限制了其在生产中的应用。
木塑复合材料比纯木材料更重且成本更高，但是对木塑复合材料在加工过程中进行发泡处理即可减轻材料重量并降低成本。但是发泡处理同时也降低了型材的刚度和强度。
木塑型材可以利用一般木工技术来进行操作处理，例如，可以用圆锯进行切割，用钉子或螺丝钉固定。
木塑复合材料的配方中可以加入色素以获得各种颜色，加工后得到型材就不需要在油漆了。当然，木塑复合材料也会像一般木材一样可以油漆或褪色。
在木塑复合材料中加入偶联剂可以改善木质填料和塑料基体的相容性，从而有助于改善材料的强度和表观状况。偶联剂的有效之处就在于它可以将木质填料极性表面和如聚烯烃这样的非极性材料联结起来。常用偶联剂含有接枝在聚烯烃（如HDPE、PP）上的马来酸酐。
木塑复合材料的加工
聚合物中可以加入一些人工沸石，这种铝硅酸盐分子捕捉粉体可以吸收材料中的异味。通过粉体中大量的结晶空洞，吸附剂可以捕捉产生异味的有机小分子。分子捕捉吸附剂已经成功应用于聚烯烃挤出管材、注射和挤出吹塑的器皿、隔绝包装材料，挤出外包装和密封材料。分子吸附粉体还可以作为除湿剂加入塑料中以除去其中的水气。
当型材不要求具有连续片形结构或者是部件具有复杂的结构设计，木塑型材可以是通过注射成型或者是模压成型。加工者有时要面对木塑材料在加工过程中如何完全充模的问题，为了解决这个问题，他们需要减少木质填料的用量以增加熔体的流动性。
由于200℃是木塑复合材料加工操作温度的上限，一些熔点超过200℃的树脂，如PET，就不能用于木塑复合材料。水气会劣化复合材料的性能而且还有助于孳生微生物，因此在使用木填料之前一定要先除去水气。加工成型之前木填料的要进行干燥处理，一般要求处理后的水气含量要低于1～2％。
现在的木塑复合材料加工机械要求配有喂料设备、干燥设备、挤出设备和成型设备，还有一些必要的下游设备如冷却水箱、牵引设备和切割设备等。
原材料的处理
需适当添加剂来改性聚合物和木粉的表面，以提高木粉与树脂之间的界面亲和力。高填充量木粉在熔融的热塑性塑料中分散效果差，使得熔体流动性差，挤出成型加工困难，可加入表面处理剂来改善流动性以利于挤出成型。塑料基体也需要加入各种助剂来改善其加工性能及其制品的使用性能。
加料过程
木粉结构蓬松，不易对挤出机螺杆喂料，特别是木粉中含有较多的水分时常会出现“架桥”和“抱杆”现象。加料的不稳定会导致挤出波动现象,造成挤出质量和产量降低。加料中断，物料在机筒内停留时间延长，导致物料烧焦变色，影响制品的内在质量和外观。采用强制加料装置以及合理输送方式，以保证挤出的稳定。
加工过程中的排气
木粉中所带有的小分子挥发物质和水分极易为制品带来缺陷，而前处理又无法完全清除它们。所以木塑复合材料挤出机排气系统的设计要比普通塑料挤出机给予更多重视，有必要话可以进行多阶排气。在很大程度上，排气效果越好，挤出制品质量也越好。
螺杆构型设计
木塑复合材料挤出过程中，螺杆的构型起着十分重要的作用。合理的螺杆结构能降低螺杆与木纤维的摩擦，产生适当的剪切和分散混合，使含有大量木粉的物料体系能很好的均匀塑化。
模具设计和冷却定型
除了保证流道设计的圆滑过渡与合理的流量分配，木塑复合材料由于对于建压能力与温度控制精度有更高的要求。要获得好的纤维取向和制品质量就要确保机头有足够的建压能力和长的定型段，甚至在压缩段和定型段采用双锥度结构。
木塑复合材料的导热性差，且其制品多为异型材，冷却定型较困难，多采用水冷定型。冷却流道合理设计保证高效冷却。
木塑发展中的问题
塑材料制造的关键技术是如何保证稻壳粉的高填充量，使稻壳粉填充量高达80%~90%以达到制品有较低的生产成本和较高的使用性能。作为在高填充量的前提下如何确保材料有高的流动性和渗透性从而能促使热塑熔胶能充分地粘接稻壳粉，达到共同复合的力学性能及其他方面的使用性能，主要需解决以下几个方面的问题：
（1）原材料（塑料、稻壳粉种类）的选择及如何提高塑料与稻壳粉之间界面结合力。因为对于两相复合界面往往成为应力集中区，因此提高复合材料力学性能的关键是提高界面的相容性。
（2）制品的成型设备及成型工艺――如何提高稻壳粉在体系中共混分散的能力及建立足够的成型压力。
（3）成型模具的设计与冷却定型技术――产品的质量与产量提高的关键因素。
木塑复合材料的研究与应用
世界贸易组织成立以来，一直对进出口包装商品实施严格的检疫制度（WTO／SPS协议）。1998年我国出口木质包装“天牛事件”的发生以及保护森林、退耕还林等环保政策的实施，更进一步加快了我国木塑复合材料的研制与应用。
发展木塑复合材料（WPC）是用木纤维（或植物纤维）填充、增强、改性的热塑性材料，兼有木材和塑料的诸多性能优点，经挤出（或压制）成型为型材、板材或其它制品，替代木材和塑料的应用。
木塑复合材料的研究已有八十多年的历史，但一直未能工业化，1985年才少量用于吸音制品。随着环境保护观念的加强，1990年美国、韩国和日本的工业部门为寻求锯木粉、废木屑等的应用，以及随之开始的资源应用，都推动和加速了木塑复合材料的研究和应用开发。把木粉填充配混料加工成复合材料是目前挤出行业最活跃的领域之一，新应用开发也层出不穷。不少国家投入人力、财力、物力加快开发和应用步伐，促进了木塑行业的快速发展。美国著名木塑生产厂商Farrel公司认为，开发木塑复合材料是环境问题受到重视和地球资源日益减少的结果。专家认为，开发木塑复合材料的动力来自于合理利用地球有限资源的要求，减少原始木材用量，保护森林，回收再利用旧木粉和塑料。就世界性而言，木纤维资源丰富、价廉、质轻、对设备磨损小、尺寸稳定性好、电绝缘性优、无毒无害、可反复加工。而热塑性废塑料主要为PE、PP、PS等聚烯烃和聚氯乙烯，包括新料、回收料以及二者的混合料。充足的原料来源为木塑行业发展提供了条件。
从1998年2月开始，美国首先对我国出口货物的木质包装材料实施新的检疫标准，要求采取薰蒸或高温消毒处理。随后加拿大和欧盟国家相继提出要求，否则将拒绝入境。目前我国托盘95％是木制的，而我国的木材资源储量小，满足不了市场的需求。资源的限制、市场的变化和环保的要求，决定了木塑复合制品将快速发展。
制造目前世界木塑复合材料的制造主要采用挤出成型生产工艺。即将木粉与熔融树脂混合后挤出成型。其主要生产设备为挤出成型机，目前常用的有两种：一种是高速、高能耗“配混”型同向平行双螺杆挤出机。一般为组合式螺杆，可调节螺杆长径比、捏合块角度及其块数、不同捏合块组合方式，灵活设置脱气口，可以直接加工木粉（或植物纤维），完成木粉干燥后与熔融的树脂混合再连续挤出。即木粉干燥和树脂熔融分开进行，因此往往是由“双阶”挤出机组成。一般要求废木屑含水量为4％～7％。这种工艺要求有大量符合水含量要求的木粉，一般称为“木材挤出机”。与此相类似的还有用含水6％～8％木粉加入挤出机主料口，挤出机前段作为脱水，然后通过侧加料器加入塑料树脂的挤出机，因此挤出机相对较长，长径比（LD）可高达46。美国Andex公司在这方面居领先地位，已在欧洲、美国、加拿大、日本获得了8个专利生产许可证。此外，意大利ICMA公司、美国DruppW＆P等公司生产同向双螺杆挤出机也很有名。
另一种设备是异向锥型双螺杆挤出机，一般称为低速、低能耗“型材”型设备，非组合式螺杆。它与一般锥型双螺杆机比，为适应热敏树脂加工需要，螺杆设计为适应较宽的加工范围，对木纤维的切断作用少，树脂少时仍能均匀分散。由于木粉比重小、填充量大，加料区体积比常规型号要大、要长。若木粉（植物纤维）加入量大，熔融树脂刚性大，还要求耐高背压齿轮箱，采用计量段短的螺杆，以确保木纤维停留时间短，防止其断裂和劣化。设备的主要生产厂商有美国ExtrusionTekMilacron公司，德国SMC公司Cincinatti分公司。据悉前者在木塑复合材料制造方面很有经验，享有世界“木塑大王”之誉。
性能 木纤维和植物纤维早期是作为提高塑料刚性的改性填充材料而应用的。木塑复合可充分利用资源，而且可以回收利用。而废弃材料能否回收利用，是二次绿色革命的重点，已成为工业界选材的重要考虑因素，因而木塑复合材料的前景十分看好。
木塑复合材料的主要特点如下：①社会经济性好，可持续发展，特别适于我国“保护森林”的国策；②耐用、寿命长，类似木质外观，比塑料硬度高；③具有优良的物性，比木材尺寸稳定性好，不会产生裂缝、翘曲、无木材节疤、斜纹，加入着色剂、覆膜或复合表层可制成色彩绚丽的各种制品；5具有热塑性塑料的加工性，容易成型，用一般塑料加工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；⑤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；⑥利于装潢、装饰，可涂漆美化，产品规格形状可根据用户要求调整，灵活性大；⑦不怕虫蛀、耐老化、耐腐蚀、吸水性小、不会吸湿变形；⑧能重复使用和回收再利用，可生物降解，保护环境；⑨利于环境保护，可用废弃木屑、农作物纤维和废弃塑料作材料；⑩资源丰富，费用低廉，低使用成本。目前木塑复合材料的缺点和不足是：韧性低于母体塑料，加工设备、下游装置均需作相应调整和改造。我们相信，经过世界各国科技人员的共同努力，不足之处将在短期内得到改善。应用
像铝塑复合材料一样，北美是目前世界木塑复合材料用量最大的地区。美国PricipiaPartners公司指出，2001年仅北美市场用量就达32万吨，预计2005年用量将比2001年翻一番，其中板材（包括平台、路板、站台、垫板）、包装用垫板和组合托盘用量就占总用量的60％以上。
此外，装饰材料如护墙板、天花板、装饰板、踏脚板、壁板、噪音隔板、海边地板、建筑模板、防潮板均可使用木塑复合板材。还可用于装饰边框、栅栏和庭院扶手以及家俱、坐舱隔板、办公室隔板、贮存箱、花箱、活动架、百叶窗等。
美国Strandex公司指出，由于木塑复合材料是环保型绿色材料，尽管目前欧洲用量不大，但因为加工厂担心欧共体会以法规的形式来有效地限用PVC，所以木塑窗框替代PVC窗框是巨大的市场和机会。因此专家认为，木塑制品替代PVC和其他塑料制品，会像以前塑料制品和铝塑复合材料一样快速增长，应用前景广阔。
去年我国塑料制品总产量已达到2000万吨，名列世界第二位，我国包装塑料产量已超过380万吨，占总产量的18％以上，包装废弃塑料数量庞大。此外，我国垃圾的产量进入高峰期，年产量达1.3亿吨，成为世界上垃圾最多的国家。木屑和农作物植物纤维需要寻找出路，也为我国木塑复合材料的发展创造了条件。因此木塑复合材料必将大有市场。
木塑复合材料加工中问题的解决方案!
色彩的一致性和持久性对于木塑复合材料，尤其是户外的木塑制品至关重要。因此，木塑制品生厂商非常关心配方和加工的工艺条件，这些对于最终制品的美观和耐老化是很关键的
由于木粉并不吸附普通的矿物基颜料，因此木粉的色彩完全取决于木粉被树脂湿润的好坏和木纤维在聚合物基体中分散的好坏。不充分的分散将导致没有着色的木粉的出现可见的白点。表面的木粉颗粒也将得不到树脂的保护，而容易潮湿和受到微生物的攻击，从而丧失力学性能。
着色剂要能够在WPC的基体聚合物中分散良好。因此，较差的混合意味着问题要么出现在操作工艺上，要么出现在辅助分散的助剂上,例如润滑剂和加工助剂。
解决上述问题首先要检查机筒的温度、熔体温度、螺杆转速。如果这些参数均在规范之内，那么需要检查配方和材料间的相互作用。1．检查机筒温度
WPC挤出通常用锥形双螺杆挤出机，有四个加热区。通常1区和2区的温度要高以帮助压缩、熔融和混合木粉。3区和4区用于控制熔体温度。如果1区和2区的温度过低，常常导致非常差的混合。
熔体温度过低将阻止聚合物和木粉的充分混合，而且使着色剂的分散困难。过高的熔体温度也将导致混合问题，因为此时的熔体黏度低。高温也有可能导致聚合物或者木粉的降解，将导致制品变黄。2.考虑润滑剂
干态粉状颜料常用于WPC型材的着色。但是，干态粉料通常是粉末状，容易团聚，并且不能精确喂料。液态着色剂价格昂贵。
因此，WPC的加工通常采用粉状颜料的母料进行。但是，载体树脂的流动速率和其间的润滑剂将可能对共混物的流变性能带来影响。
如果WPC的配方中含有一种偶联剂，那么在复合材料和色母料中的润滑剂必须没有硬脂酸盐。一些硬脂酸盐可以与偶联剂先行反应，从而减弱树脂和木粉之间的粘结效应。
木塑复合材料加工中问题的解决方案
色彩的一致性和持久性对于木塑复合材料，尤其是户外的木塑制品至关重要。因此，木塑制品生厂商非常关心配方和加工的工艺条件，这些对于最终制品的美观和耐老化是很关键的。
由于木粉并不吸附普通的矿物基颜料，因此木粉的色彩完全取决于木粉被树脂湿润的好坏和木纤维在聚合物基体中分散的好坏。不充分的分散将导致没有着色的木粉的出现可见的白点。表面的木粉颗粒也将得不到树脂的保护，而容易潮湿和受到微生物的攻击，从而丧失力学性能。
着色剂要能够在WPC的基体聚合物中分散良好。因此，较差的混合意味着问题要么出现在操作工艺上，要么出现在辅助分散的助剂上例如润滑剂和加工助剂。
解决上述问题首先要检查机筒的温度、熔体温度、螺杆转速。如果这些参数均在规范之内，那么需要检查配方和材料间的相互作用。1检查机筒温度
WPC挤出通常用锥形双螺杆挤出机，有四个加热区。通常1区和2区的温度要高以帮助压缩、熔融和混合木粉。3区和4区用于控制熔体温度。如果1区和2区的温度过低，常常导致非常差的混合。
熔体温度过低将阻止聚合物和木粉的充分混合，而且使着色剂的分散困难。过高的熔体温度也将导致混合问题，因为此时的熔体黏度低。高温也有可能导致聚合物或者木粉的降解，将导致制品变黄。2考虑润滑剂
干态粉状颜料常用于WPC型材的着色。但是，干态粉料通常是粉末状，容易团聚，并且不能精确喂料。液态着色剂价格昂贵。
因此，WPC的加工通常采用粉状颜料的母料进行。但是，载体树脂的流动速率和其间的润滑剂将可能对共混物的流变性能带来影响。阿阿
木塑复合材料生产技术 篇3
木塑复合材料与越来越稀少的实木相比:具有木材和塑料的复合功能,不吸水、不发霉、耐老化、耐酸碱、拒虫害、易着色、易加工、无毒、无味等特性;各项性能指标可与硬木相媲美,外观、手感与天然木材相似,可锯、可刨、可钻、握钉力强;可根据客户要求研制及生产个性化产品,如色彩等;可100%的回收再利用,是一种性能优良、经济环保的新材料;可以替代外运货物木质包装材料和铺垫材料;也可以用于门窗框、建筑模板、地板、家具、汽车配件及交通护栏等的生产。
市场分析
目前国内市场尚处于起步阶段,木塑制品在市场上还没有大面积推广。据不完全统计,木塑复合制品年产量已接近10万吨(50%用于地板、15%用于门窗、15%用于护栏、20%为其他产品),产值超过8亿元人民币。据预测,至“十一五”结束,我国的木塑年产销量有望突破50万吨,产值有可能超过50亿元人民币;到“十二五”期间,我国的木塑产量有望赶上美国。
本木塑复合材料生产技术以聚烯烃类塑料及木质纤维为原料,采用先进的一步法生产工艺,不造粒;加工工艺简单,易于操作;特殊的配方设计与生产工艺,良好的混炼效果、塑料与木粉分散均匀;机器下料速度快,产量大幅提高;加工助剂大量减少;产品表面光洁,物理机械性能优良;综合生产成本降低。生产过程无“三废”排放,材料可100%回收利用。
中国林业科学院新开发了先进的一步法生产工艺,相对于原有工艺不再需要造粒,故加工更简单,成本相对更低。同时开发了发泡工艺,降低板材密度使得应用范围更加广泛和高效。主要有木塑复合发泡室内用踢脚线、室外地板等。该生产技术属于投资小,效益好的精细化工类项目。
PVC木塑复合材料 篇4
1 实验部分
1.1 实验原料
SG-5型PVC树脂;杨木粉,粒径为0.2~0.3mm;DOP;稀土类复合盐稳定剂;2ZnO·3B2O3·3.5H2O。
1.2 主要设备
SHR-A型高速混合机;SY01型单开口实验热压机;Pyris6TGA型热重分析仪;标准型锥形量热仪。
1.3 实验样品制备
WF-PVC中木粉质量分数为30%,每100份份PPVVCC中添加热稳定剂6份、DOP增塑剂3份、2ZnO·3B2O3·3.5H2O 5份。准确称量各组分在高速混合器中充分混合均匀,置于塑炼机上混炼3min,温度控制在155~160℃。然后,用热压机压制成型,制成100mm×100mm×4mm的测试样品。
1.4 性能测试及表征
锥形量热仪实验采用ISO 5660-1标准测试,用50kW/m2的热流对样品进行辐照;热重分析实验在氮气环境下进行,升温速率10℃/min,温度范围30~800℃。
PY-GC-MS实验使用PyrojectorⅡ裂解器(Py),6890N/5973i气质联用仪(GC-MS),以氦气为载气,将裂解器直接安装在色谱仪进样口上,组成PY-GC-MS联用分析系统。
色谱条件:裂解温度为500℃,进样口温度260℃,载气流量1.0mL/min,不分流进样。
质谱条件:电离源的电子能量为70eV,离子源温度230℃,扫描范围为20~500amu,利用仪器配套的分析软件和NIST02质谱库,人工分析产物的组成,并鉴定产物的结构。
2 结果与讨论
2.1 样品热重分析
测试结果如表1所示。
表1 样品在热解两个阶段的TG和DTG数据
PVC及WF-PVC样品的热解均分为两个阶段,第一阶段主要为PVC脱HCl,第二阶段主要为碳骨架的热裂解。由表1数据可以看出,加入木粉抑制了PVC第一阶段脱HCl的过程,同时促进了PVC碳骨架的裂解过程。加入ZB使WF-PVC第一阶段热分解的温度明显降低,说明ZB促进了WF-PVC的脱HCl的过程。加入ZB使WF-PVC燃烧残炭量增加52.83%,表明ZB分解产生的B2O3附着在材料表面,起到了隔绝氧的作用,抑制了材料的燃烧。因此,ZB对WF-PVC热解过程凝聚相和气相均产生了影响。
2.2 样品燃烧过程的锥形量热仪测试
2.2.1 样品燃烧过程的总烟释放
总烟产量(TSP)指样品在整个燃烧过程中单位样品面积释放烟的总量,图1为样品燃烧过程的总烟释放量曲线。由图1可以看出,与WF-PVC相比,加入ZB的样品,其总烟产量降低55.8%。
图1 样品燃烧过程的总烟释放量曲线
烟释放速率(SPR)指单位时间内挥发性产物产生的烟量,图2为样品燃烧过程的烟产率曲线。由图2可以看出,与PVC相比,WF-PVC在燃烧过程中烟产生速率明显降低;加入ZB使WF-PVC样品燃烧初期的产烟量降低更明显,但是在200~350s出现产烟率明显增加的情况,之后烟产率接近0。可见,ZB明显抑制了WF-PVC燃烧过程的烟释放,降低了火灾的危险性。
图2 样品燃烧过程的烟产率曲线
比消光面积(SEA)为燃烧过程单位质量的挥发物产生的烟量。比消光面积越大,说明挥发产物产烟量越大,图3为样品的比消光面积曲线。由图3可以看出,SEA曲线分为有焰燃烧和红热燃烧两个阶段。加入ZB,能明显降低WF-PVC在有焰燃烧阶段的烟产量,即碳骨架的裂解及木粉裂解产物产烟量明显降低。由此推测,加入ZB改变了WF-PVC热解产物的成分,燃烧产物中不产生黑烟的化合物含量增加,促进热解产物充分燃烧。同时,ZB使红热阶段残炭燃烧的烟释放曲线变得窄而尖,产烟量也明显降低,说明产物发生瞬间完全燃烧。可知,加入ZB降低了WF-PVC燃烧挥发组分的产烟量。
图3 样品燃烧过程的比消光面积曲线
2.2.2 WF-PVC燃烧过程的烟毒性分析
锥形量热仪测试中燃烧产物的烟毒性常用一氧化碳释放量YCO表示,图4为样品燃烧过程的一氧化碳产量。由图4可以看出,点燃瞬间PVC材料燃烧过程YCO达到峰值,在前50s迅速降低,随着样品燃烧时间增加,YCO又逐渐增加;对于加入ZB的样品,点燃初期YCO低于WF-PVC样品,但在300s之后出现YCO明显增加并且波动较大的现象,在接近500s时YCO迅速降低。由于ZB在300℃以上脱水,形成的水蒸气降低了环境中氧浓度,同时不燃性烟气也稀释了气态可燃产物和氧气,抑制了材料的进一步燃烧,这些都加大了测试样品不完全燃烧量,造成了YCO增加。WF-PVC样品经过ZB阻燃处理后,能抑制材料燃烧过程CO产生,烟毒性降低。
图4 样品燃烧过程的一氧化碳产量
3 样品热解产物分析
对几种样品PY-GC-MS测试实验结果,如表2所示。与PVC相比,添加木粉后的WF-PVC样品热解过程中氯化氢体积分数降低了66.03%,说明木粉改变了PVC的热解过程,这与表1的数据吻合。木粉的加入抑制了PVC第一阶段热解过程,即抑制了氯化氢的释放,同时,燃烧过程产生的烷烃类化合物增加了29.27%。加入ZB的样品,产生的氯化氢与PVC相比变化不大,但与WF-PVC样品相比,苯及其同系物增加62.05%,同时,烃类化合物、醛酮类化合物、多环化合物的含量降低。加入ZB,热解产物中苯及其化合物的含量增加,这与ZB能够促进PVC第二阶段的热解,促进交联成炭有关。
表2中3种样品燃烧产物中除了氯化氢、茚、芘外,各组分体积分数分别为70.40%、49.88%、39.39%。可见,加入ZB的样品在燃烧过程中烟毒性和烟产量明显降低。ZB的加入对产物组分燃烧产物烟毒性的来源与氯化氢含量有关,但主要影响因素还是烷烃类化合物以及苯及其多环化合物的含量。
4 结论
(1)加入ZB使WF-PVC样品热解过程的成炭率提高52.8%,阻燃效果明显。
(2)加入ZB使WF-PVC样品燃烧总烟产量降低55.8%,ZB对WF-PVC抑烟效果明显。锥形量热仪测试燃烧过程YCO降低,烟毒性降低。
表2 样品PY-GC-MS测试产物成分及含量表
(3)加入ZB改变了WF-PVC燃烧产物的组成,燃烧产物烟毒性与氯化氢含量有关,受组分中烷烃类化合物、醛酮类化合物、多环化合物的数量的影响更加明显。
参考文献
[1]Wang Jian-qi,Li Bin.An XPS investigation of thermaldegradation and charring in combustion of PVC and PVC/Cu2O/MoO3the synergy between Cu2O and MoO3in PVC[J].Polymer Degradation and Stability,1999,63(2):279-285.
[2]Starnes Jr W H,Pike R D,Cole J R,et al.Conecalorimetric study of copper-promoted smoke suppressionand fire retardance of poly(vinyl chloride)[J].Polymer Degradation and Stability,2003,82(1):15-24.
[3]Grimes S M,Lateef H.Jafari A J,et al.Study of the effects of copper,copper(Ⅱ)oxide and copper(Ⅱ)chloride on the thermal degradation of poly(vinyl chloride)[J].Polymer Degradationand Stability,2006,91(12):3274-3280.
[4]季经纬,杨立中,范维澄.外部热辐射对材料燃烧性能影响的实验研究[J].燃烧科学与技术,2003,9(2):139-142.
[5]Bai Xiao-yan,Wang Qing-wen,Sui Shu-juan,et al.The Effects of Wood-flour on Combustion and Thermal Degradation Behaviors of PVC in Wood-flour/Poly(vinylchloride)Composites[J].Journal of Analyticaland Applied Pyrolysis,2011,91(1):34-39.