鄒祎祎 王克儉

（北京化工大學機電工程學院）

1. 前言

隨著近年來物流行業(yè)的快速發(fā)展，由于遺棄和處理不當造成物流包裝塑料的污染日趨嚴重，世界許多國家開始限制部分塑料制品的生產和使用。2020年初，國家發(fā)改委和生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《關于進一步加強塑料污染治理的意見》，明確禁止或限制一次性塑料制品的生產、銷售和使用。在防治塑料污染要求下，可循環(huán)回收的環(huán)保復合材料受到學術界的熱捧，特別是木塑復合材料物流托盤制造技術成為研究的熱點。

2. 木質復合材料及木塑托盤介紹

木塑復合材料[1]是一類以熱塑性聚合物為基體，以木質纖維為填充增強材料，通過熔融復合，采用擠出、注塑或模壓等成型工藝而制備的復合材料，兼具木材的生態(tài)特性和熱塑性聚合物的可重復加工性能，是一類生態(tài)和經濟效益顯著的環(huán)境友好材料。

木塑復合材料托盤[2]是新型綠色環(huán)保托盤。克服了鐵制托盤、塑料托盤以及木質的弱項，綜合了它們的長處。抗壓強度比普通塑料托盤提高30%，抗沖擊強度提高55%，具有不變形、耐老化、耐高溫、耐酸堿等綜合優(yōu)勢。表1所示是用不同木質復合材料加工的木質托盤性能比較。

3. 木塑托盤的成型方法

木塑復合材料的成型加工工藝[3]直接決定和影響木塑制品的性能和質量，而木塑制品如板材、型材、片材等又是木塑產品設計的基礎，因此了解和掌握木塑復合材料的成型加工及其制品的加工方式可指導木塑托盤產品的設計。

表1 不同木質復合材料托盤性能的比較

木塑復合材料成型加工方法主要有擠出成型、注塑成型、模壓成型等。因木塑復合材料的性能特點，其加工方式或設備通常都會借鑒塑料的加工工藝。

3.1 木塑托盤的擠出成型

木塑擠出成型指將熱塑性塑料與木纖維材料在擠出機中加熱、加壓后使熔融的塑料和木材料混合、塑化，最后連續(xù)通過口模從而成型的加工方式。擠出成型可加工出截面多樣的異形材、板材、片材等，因其產量大、生產連續(xù)、效率高的特點，也是目前應用最廣泛的木塑托盤加工工藝。

圖1 擠出板材加工后制成的木塑托盤

木塑復合材料的擠出成型通常按以下步驟完成：

（1）預處理原料

原料預處理可使原料的狀態(tài)和性質能夠符合工藝設備的要求，同時改善植物纖維與塑料的界面結合性能，從而獲得質量更高的制品。木質纖維材料的預處理主要分為粉碎與研磨、干燥表面改性和偶聯劑處理。塑料原料的預處理[4]主要經過粉碎、造粒、干燥、塑料的改性四個階段。

（2）混合

木塑復合原料的混合通常要經過預混合和混煉與造粒兩個階段。

（3）擠出制品將第二步獲得的粒料加入擠出機料斗中，通過螺桿的旋轉和料筒的加熱作用，使粒料塑化，通過口模后，冷卻固化，經過切割后得到擠出制品。在擠出過程中，對制品質量有重要影響的因素主要是料筒溫度、螺桿轉速和熔體壓力等因素。

圖2 擠出工藝流程圖

3.2 木塑托盤的注塑成型

注塑成型是木塑托盤的重要成型手段。將擠出加工獲得的顆粒物料加入注塑機料筒內，通過料筒的外加熱和螺桿旋轉產生的摩擦熱將聚合物塑化[5]，使物料呈粘流狀態(tài)后，在螺桿或柱塞的強大壓力下將稠膠狀的熔融料通過噴嘴，注入模具的流道、澆口并充滿型腔，經保壓后、冷卻固化、開模后成型出制品，從而得到木塑托盤。

考慮材料的流動性能和材料中揮發(fā)物的影響，一般會通過調整注塑速度、注塑壓力、塑化溫度等工藝參數來解決注塑過程中遇到的表面流痕、內部氣孔和竹材纖維的分解等問題。注塑成型的優(yōu)點是生產效率高、易實現自動化，且能成型形狀復雜、尺寸精度高的木塑優(yōu)盤。

圖3 注射成型后拼接的木塑托盤[6]

3.3 木塑復合材的熱壓成型

模壓產品以纖維碎料[7]作為增強材料，然后加入熱塑性聚合物和各種需要的助劑，經過冷壓或熱壓而形成的一種復合型材。模壓制品的板材毛坯就可以直接安裝，材料在模板或模腔間可以很便利地流動和填充。熱壓成型適合70%以上高比例木質含量的木塑復合材料加工。與擠出成型和注射成型技術相比，熱壓成型更適合大尺寸產品，特別是對低維護成本耐用的木塑托盤的需求并不局限于小尺寸。

圖4 模壓成型的木塑托盤

3. 結語

現今木塑復合材料加工成制品后的后續(xù)加工一方面是經過鋸、刨、鉆孔、切割等去除材料獲得需要的尺寸和結構，另一方面就是制品的組合及連接以獲取產品結構和功能的完整性。組合連接方式主要是釘接、榫接、鉚接、螺栓連接等機械連接方式[8]，每種連接方式都有其各自的優(yōu)劣性。再次就是其良好的彎曲強度在一定工藝條件下可彎曲成需要的形狀且不易變形。加工方式的區(qū)別，導致木塑復合材料在加工過程中所受到的機械剪切[9]和應力的迥異，因而在很大程序上影響木塑復合材料的形態(tài)和結構，從而造成木塑制品的物理機械性能的巨大差異和不同。在木塑產品[10]設計過程中，需綜合考慮產品的使用環(huán)境、強度要求、受力狀況、外觀要求等選取對結構最有利的加工方式，參考表2。

表2 木塑托盤成型方式的比較