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        木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)要點(diǎn)和發(fā)展研究

        2020-10-30 08:24:40
        中國建材科技 2020年4期
        關(guān)鍵詞:木粉木塑廢料

        (上海建科檢驗(yàn)有限公司,上海 200030)

        木塑復(fù)合材料(Wood Plastic Composites, WPC)是以木纖維和植物纖維為主要原料(鋸木、木屑、竹屑、稻殼、麥秸、大豆皮、花生殼、棉秸稈等),再和各種塑料(聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯塑料PVC、樹脂ABS和聚酯PE等),添加其他化學(xué)助劑,按一定比例混合,經(jīng)高溫?cái)D塑模具擠出成型。木塑復(fù)合材料兼有木材和塑料的產(chǎn)品特征,是能替代木材、塑料和金屬的新型環(huán)保材料。它擁有木材一樣的加工特性,使用普通的加工工具就可鋸切、鉆孔、打釘?shù)龋瑫r具有木材的質(zhì)感和塑料的耐水、防霉、防火、防腐、防蟲、顏色多樣和使用壽命長等特性,是一種耐用和多用途的建筑材料,也是一種高性能、高附加值的綠色環(huán)保材料,性能優(yōu)良,用途廣泛,有利環(huán)保,具有廣闊的發(fā)展前景?,F(xiàn)被廣泛用在園林地板、護(hù)欄、內(nèi)外墻裝飾、涼亭和建筑模板等。

        1 木塑復(fù)合材料的原料

        木塑復(fù)合材料的原料主要是回收利用產(chǎn)品:木制品加工后剩下的木屑、木粉、邊角廢料及廢棄木制產(chǎn)品等木纖維廢料,混合農(nóng)作物加工后剩下的秸桿、谷糠、豆殼等植物纖維廢料。中國每年產(chǎn)生木纖維廢料幾百萬噸,植物纖維廢料幾千萬噸,這些原料以前被用來燃燒,產(chǎn)生大量的煙塵,影響空氣質(zhì)量,造成資源浪費(fèi)。木塑復(fù)合材料的另一個重要原料是回收塑料。日常生活中會產(chǎn)生大量的塑料廢棄物,處理不當(dāng)會制造嚴(yán)重的白色污染,而塑料降解需要幾百到上千年,對土壤和水環(huán)境產(chǎn)生污染,并對野生動物產(chǎn)生危害,塑料廢棄物如果進(jìn)行燃燒處理,會產(chǎn)生有毒有害氣體,污染空氣,影響人的健康。城市每天產(chǎn)生的塑料垃圾占垃圾總量30%-50%,如果能將廢舊塑料有效利用,對環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟(jì)會有良好作用。所以,人們一直在尋找和研究利用這些廢棄物的方法,木塑復(fù)合材料的出現(xiàn),將木纖維廢料、植物纖維廢料和塑料廢料經(jīng)處理加工成性能良好的木塑復(fù)合材料,是對廢棄資源的綜合利用,變廢為寶,化害為益,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

        2 木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)控制要點(diǎn)

        木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝如圖1。

        圖1 木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝圖

        2.1 木塑原料預(yù)處理

        木塑原料預(yù)處理包括木纖維粉、植物纖維粉和塑料的預(yù)處理。先將收購的木粉、竹粉、谷糠、秸稈粉等經(jīng)過清潔、分選去雜、粉碎烘干等預(yù)處理,篩選得到顆粒大小在80目內(nèi)的顆粒,再在50℃-60℃烘箱內(nèi)烘干,排除水分和低分子揮發(fā)物,使木粉的含水率降到5%以內(nèi),而未經(jīng)處理的木粉含水率一般在10%以上,在生產(chǎn)過程容易引起產(chǎn)品起泡、碳化、糊料,影響產(chǎn)品外觀,且造成機(jī)器需反復(fù)清洗,影響生產(chǎn)效率。塑料物料在加工前也要進(jìn)行清潔去污、分類去雜、高溫造粒。然后把處理過的木粉、塑料和化學(xué)助劑按一定比例混合均勻,高溫造??傻媚舅茉狭?,木塑原料中塑料與木粉粒的混合比一般在1:3-1:6之間,木塑復(fù)合材料中的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度物理性能會隨著塑料含量增高而增大,但木塑復(fù)合材料鋼性會反比例變小。另外,木塑復(fù)合材料加工過程中的化學(xué)助劑也很重要,木粉表面是含有多烴級的親水表面,須加入化學(xué)偶聯(lián)劑才能使木粉表面變成親油性表面,均勻分布的親油性表面木粉與塑料熔液才能有效結(jié)合,形成網(wǎng)狀閉合穩(wěn)定結(jié)構(gòu),這影響著木塑復(fù)合材料的物理結(jié)構(gòu)性能。在木塑粒子中加入適量的分散劑、增塑劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑、著色劑、防霉劑和阻燃劑等多種化學(xué)助劑,還能有效改善木塑的加工效率和增加木塑復(fù)合材料的其他性能。主要化學(xué)助劑的性能如表1。

        表1 木塑主要化學(xué)助劑性能表

        2.2 擠出成型

        木塑復(fù)合材料一般采用擠出成型工藝生產(chǎn),擠出機(jī)的溫度、擠出壓力、螺桿的送料速度等對木塑產(chǎn)品的性能有重要影響。木塑粉進(jìn)入擠出機(jī)后,塑料會高溫熔融,變成塑料液體粘合木粉,如果在螺桿送料過程和模具中溫度過高,容易造成木粉碳化,產(chǎn)品強(qiáng)度降低;如果溫度過低,容易造成塑料熔融不完全,造成出料不均,產(chǎn)品強(qiáng)度不均,所以擠出過程中的溫度控制非常關(guān)鍵,一般擠出機(jī)身溫度為150℃-180℃,擠出機(jī)模頭溫度為140℃-160℃,生產(chǎn)中溫度的選擇跟塑料的熔點(diǎn)和擠出速度有關(guān),擠出模頭的形狀確定了木塑復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形狀。

        2.3 冷卻裁切

        木塑復(fù)合材料擠出成型后需馬上冷卻,釋放產(chǎn)品中的熱量和應(yīng)力,一般工廠采用循環(huán)水冷卻。產(chǎn)品的形狀和尺寸穩(wěn)定后,裁切成需要的長度,再根據(jù)買方要求對木塑復(fù)合材料表面做進(jìn)一步加工處理。

        3 木塑復(fù)合材料分類

        木塑復(fù)合材料按表面處理可做如下分類。

        1)素面木塑復(fù)合材料,指木塑復(fù)合材料的表面和里面顏色一致,產(chǎn)品擠出成型后不再進(jìn)行表面顏色處理,一般用在戶外或?qū)︻伾蟛桓叩牡胤健?/p>

        2)涂飾木塑復(fù)合材料,指擠出成型的木塑復(fù)合材料通過在其表面進(jìn)行油漆涂飾工藝處理等,材料表面的顏色和光澤度較好,一般用在對顏色要求較高的地方,裝飾性強(qiáng)。

        3)貼面木塑復(fù)合材料,指以木塑復(fù)合材料為基材,在其表面通過熱壓或膠粘工藝,增加一層耐磨塑料層或木皮層等,一般用在需顏色、表面耐磨和仿真其他材的地方,是較高檔的木塑室內(nèi)復(fù)合材料。

        4 室內(nèi)木塑復(fù)合材料對有害物質(zhì)含量要求

        木塑復(fù)合材料的原料主要是回收木纖維廢料、植物纖維廢料、塑料廢料和化學(xué)助劑等,其中木纖維和植物纖維無有害物質(zhì),但一些回收的含氟氯塑料、木塑復(fù)合材料在后續(xù)涂飾和貼面等工藝處理時的油漆涂料和膠水會產(chǎn)生有害物質(zhì),這些木塑復(fù)合材料在室內(nèi)使用時要滿足國家對室內(nèi)建筑材料有害物質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)要求。表2為室內(nèi)木塑復(fù)合材料部分有害物質(zhì)含量要求。

        表2 室內(nèi)木塑復(fù)合材料部分有害物質(zhì)含量要求

        5 木塑復(fù)合材料的發(fā)展研究

        1)減輕木塑復(fù)合材料的密度

        木塑實(shí)心復(fù)合材料密度大,是一般木材的2-4倍,通過把實(shí)心木塑復(fù)合材料改為空心木塑復(fù)合材料,可節(jié)省材料40%-70%,而木塑復(fù)合材料的物理性能可通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來保持不變,如圖2所示。

        圖2 實(shí)心木塑板和空心木塑板

        2)微發(fā)泡技術(shù)的應(yīng)用

        在木塑復(fù)合材料生產(chǎn)過程中添加發(fā)泡助劑,生成微發(fā)泡木塑產(chǎn)品,也可以減輕木塑復(fù)合材料的密度,微發(fā)泡木塑復(fù)合材料可節(jié)省50%的材料,微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的強(qiáng)度可通過木塑粉的成份和切面設(shè)計(jì)來增強(qiáng)。

        3)向木塑原料中加入新材料

        向木塑原料中添加玻璃纖維、納米材料等可增強(qiáng)木塑復(fù)合材料的各項(xiàng)物理性能,改善木塑復(fù)合材料抗沖擊性差等缺點(diǎn),通過不斷創(chuàng)新來滿足各種工程環(huán)境的需要。

        4)新加工工藝的開發(fā)

        從單純的擠出工藝,開發(fā)出復(fù)合擠出、包裹擠出工藝,可在木塑產(chǎn)品中增加新的材料層,如金屬層、玻璃纖維層、木皮層、耐磨塑料層等,有效改善木塑復(fù)合材料的物理性能,拓寬材料應(yīng)用領(lǐng)域。

        5)木塑復(fù)合材料助劑的應(yīng)用

        木塑復(fù)合材料中添加不同助劑(防霉劑、抗老化劑、防火劑和耐磨劑等)可以使其具有不同的理化性能,這是一般木材、塑料和金屬材料不可比擬的。

        6)規(guī)范原材料來源

        不同的木材、塑料要分類清楚,按固定配方生產(chǎn)木塑原料,這樣不會因木塑原料的成分不一致造成木塑復(fù)合材料性能的不穩(wěn)定。

        6 我國木塑復(fù)合材料的發(fā)展歷程

        木塑復(fù)合材料研發(fā)始于20世紀(jì)80年代,美國最早開始研發(fā)和大規(guī)模應(yīng)用,由于木塑復(fù)合材料具有其他材料無可比擬的優(yōu)點(diǎn),并解決了廢棄木纖維、植物纖維和塑料資源的再利用,具有綠色環(huán)保的特點(diǎn),后被歐、日等發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用。我國每年產(chǎn)生的木纖維、植物纖維和塑料廢料有幾千萬噸,為了更好地利用這些資源,變廢為寶,1998年中國木材研究所開始研發(fā)和生產(chǎn)木塑復(fù)合材料。經(jīng)過20多年的發(fā)展,我國現(xiàn)有木塑工廠近2000家,2019年生產(chǎn)木塑產(chǎn)品300多萬噸,占全球木塑產(chǎn)量的七成,產(chǎn)銷總量、消費(fèi)總量和出口總量均為世界首位,木塑技術(shù)也達(dá)到國際水平。國家在“十二五”“十三五”產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃期間都把木塑產(chǎn)品列入《國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)目錄》,并把木塑產(chǎn)品選入《綠色產(chǎn)品目錄》,已有近10家木塑工廠的產(chǎn)品通過《中國環(huán)境標(biāo)志》認(rèn)證,并進(jìn)入了財(cái)政部《政府綠色采購清單》。在國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策和企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益的驅(qū)動下,隨著木塑產(chǎn)品研究發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域會更加廣闊,在建筑、裝飾、倉儲、包裝領(lǐng)域都會得到廣泛應(yīng)用。

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