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  1. 木塑復合設備擠出工藝和性能研究

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    木塑,即木塑復合材料(WoodPlasticComposites,WPC),主要是利用廢舊的塑料代替通常用的樹脂膠粘劑,與木粉、稻殼、農業秸稈等植物纖維作為原材料生產出來的一種新型改性環保材料,廣泛的用于建筑、家具、包裝、園林、運輸等行業。

      作為復合材料領域的一個重要分支,WPC的相關研究受到高度重視,主要包括幾個方面,如:WPC的物理力學性能、木材與塑料的界面相容性以及制備工藝過程控制等。

      目前其工業化生產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,它在工業化生產中與其它加工方法相比有著更廣泛的應用。

      WPC的擠出成型工藝技術

      擠出成型也稱為擠壓模塑成型或擠塑成型,是借助螺桿的擠壓作用,使受熱熔化的塑料在壓力推動下,強行通過口模而成為具有恒定截面的連續型材的一種成型方法。

      擠出法幾乎能成型所有的熱塑性塑料。生產的制品有管材、板材、線纜包覆物以及塑料與其他材料的復合材料等,是一種生產效率高、用途廣泛、適應性強的成型方法。用于生產木塑復合材料時,擠出法工藝具有產品質量穩定、成本較低、投資相對較少等優點,因此發展較快。

      擠出法生產木塑復合材的主要設備是螺桿擠出機,包括單螺桿擠出機、平行雙螺桿擠出機和錐形雙螺桿擠出機。

      單螺桿擠出機的特點是機頭處熔融物料的壓力較高并且穩定,但混合效率較低,故一般用于混合效率要求不高的型材擠出、造粒等。單螺桿擠出機的結構比較簡單,價格不高。

      雙螺桿擠出機尤其是嚙合同向雙螺桿擠出機的特點是剪切力大、混合效率高,但熔體壓力控制不如單螺桿擠出機平穩,故雙螺桿擠出機主要用于混合效率要求高的場合,如纖維與塑料熔融復合。雙螺桿擠出機結構復雜,價格一般為相當螺桿直徑單螺桿擠出機的數倍。

      當然,如果將雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機串聯組合,并與型材輔機組成型材擠出生產線,則能充分發揮各自的優點。不僅降低了能耗,而且有利于降低物料的熱降解。

      而錐形雙螺桿擠出機,是近年來備受重視的。它對物料的混合能力強于單螺桿擠出機,而擠出壓力則比雙螺桿擠出機大,可用于直接擠出型材。不僅如此,還有物料壓縮比大的特點,這對于原料堆積密度較低的木塑復合材的擠出加工而言,是機具突出的優點。但是,有優必有缺,在混合效率方面,錐形雙螺桿擠出機遠遠不及平行雙螺桿擠出機。

      不同樹脂基木塑復合材料的性能對比

      由于木塑復合材料中應用的木質纖維填料一般所能承受的最高加工溫度為200℃,因此,木塑復合材料通常采用PE、PP、PVC等加工溫度比較低的熱塑性樹脂,基體樹脂不同,其性能差異較大。

      PE的剛度、拉伸強度較小。與其他聚合物相比,PE具有抗曲撓性、耐水性、耐化學腐蝕和低溫柔韌性的優良性能,加工性能好,價格低廉。其中,HDPE的拉伸強度、表面硬度和剛度要比LDPE高,隨著人們生活水平的不斷提高,人們對木塑復合材料性能、質感的要求也在提高,因此,目前以HDPE樹脂為基體的木塑復合材料占了大部分,一般用于室外構件。

      PP熔體的黏度小,溫敏性不大,加工性能好。與HDPE相比,它具有較高的拉升強度、表面硬度、拉伸屈服強度和剛度,但在低溫下易脆裂。PP基木塑復合材料的耐候性不如PE基木塑制品,從而使它的的應用范圍受到了一定的限制。

      PVC具有剛性大,強度高,價格低廉等優點,具有良好的粘結性和著色性,但是它的耐寒性、耐老化性及熱穩定性差,加工性能差,這些缺點可以通過加入助劑來改善,如增塑劑、穩定劑、潤滑劑、ACR抗沖擊助劑。PVC熔體強度高,可用于制備木塑發泡復合材料,目前。PVC基木塑復合材料主要應用于室內裝飾材料。

      目前人們對生態問題和資源危機越來越重視,因此,人們在木塑復合材料的研究方面也掀起了一陣新的熱潮。木塑復合材料出現后,自然資源得到了充分的利用,減少了由于廢舊塑料和廢舊家具及廢舊木產品引起的環境污染問題。雖然我國在這方面起步比較晚,但發展速度非???,工業化的生產和加工技術也逐漸的走向成熟。

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