变色LED灯方案设计报告

1、 记录编号: 版 本： 登 记 号： 塑木复合材料工艺研究 报告名称： 塑木复合材料工艺研究版 本： V0编制/日期： 2015-03-12审核/日期： 批准/日期： 文件编号版本号拟制人/修改人拟制/修改日期更改理由主要更改内容 备注：1. 每次更改归档文件（指归档到公司文控中心的文件）时，需填写表格； 2. 文件第一次归档时“更改理由”和”主要更改内容”填写无。目录目录3 前言塑木复合材料(Wood-Plastic Composites，简称WPC)，WPC的产生可以追溯到20世纪初期，首先在欧洲,有人发明了一种主要由酚醛树脂和木粉构成的复合材料，被称为Bakelite，这种材料被Roll

2、s Royce公司用了制造变速器的把手。 塑木复合材料已被当今世界上许多国家逐步推广应用的绿色环保新型材料。据中国塑木复合材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻统计目前世界上塑木复合材料的需求正在不断增加，全球产量已超过150万吨，其中北美产量约100万吨，中国约20万吨，日本近10万吨。德国塑木复合材料用量现已超过7万吨，在欧洲处于领先地位。在中国，塑木材料是一个非常年轻的新兴环保产业，从2005年起就一直处于高速发展期。塑木复合材料的应用也更为广泛，包括门窗产品、隔热系统、公园长椅、花棚和塔式建筑的太阳能屏幕等，原料包括木粉以及其他纤维素农副产品。中国塑木复合材料用量年平均增速高达30

3、%。随着国内塑木生产研发的技术日益完善，在未来10年内，塑木复合材料除了在建筑装饰与园林景观行业以外，还将在交通轨道、汽车内饰件和包装材料等领域都会有大量的应用。预计2015年中国塑木需求量将达到300亿人民币，市场空间十分巨大。 正文 一、塑木复合材料的定义 塑木复合材料(Wood-Plastic Composites，简称WPC)是以木纤维或植物纤维以各种不同的形态作为增强材料或填料，经过预处理后使之与热塑性树脂（PE、PP、PVC等）或其它材料复合而成的一种新型环保复合型材料。 在美国材料试验协会标准（ASTM）中给出的定义是：“一种主要由木材或者纤维素为基础材料与塑料（也可以是多种塑料

4、）制成的复合材料”。 用于制造塑木复合材料的热塑性塑料主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烃和聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC），包括新料、回收料以及二者的混合料。 纤维部分最初是以木材为主要原料，近年来也正向其他植物纤维材料拓展，如木屑、稻壳、麦秸等资源丰富的天然植物纤维。 可见，塑木复合材料实际上已成为以各种植物纤维和各种不同塑料为主要原料，通过一定工艺而制成的一类新型复合材料。2、 塑木复合材料的分类及特点 2.1 塑木复合材料的分类 根据塑料种类不同，我们常见的塑木复合材料可以分成下面几类： PE+木纤维：简称PE塑木 PP+木纤维：简称PP塑木 PVC+木纤维：简称PVC塑木

5、 PS+木纤维：简称PS塑木 2.2 塑木复合材料的特点 塑木复合材料及其产品兼备木材与塑料的双重特性，其质感和性能兼有塑料与木材的优点，克服了木质材料吸水率高，易形变开裂，易被虫蛀霉变的缺点，并具有许多木材所没有的特性，机械性能高，质轻、防潮、耐酸碱、不腐烂、便于清洗等优点。 、耐老化，吸水性小，不会吸水变形，使用寿命长，多种颜色设置，自由度很高的设计； 、类似木质的外观，但比木材尺寸稳定性好，不会产生裂缝、翘曲且无木材疤痕，有类似木材的二次加工性，可切割、粘贴，用钉子或螺栓连接固定； 、比塑料硬度高，具有热塑性塑料的加工性，能重复使用和回收再利用，有利于环境保护。 、耐水性、耐腐蚀性、防蚁

6、性 木质住宅最强的天敌是白蚁，潮湿环境，即使通风不好也是能够繁殖。由于木材的里面有利于虫害的生长，所以常常发现被破坏已经是很晚的事情，塑木复合材料是微小的木粉被树脂包围，这种构造，抑制了白蚁的危害。 、安全性塑木复合材料因为不含重金属、醛和醚 ，二甲苯，苯乙烯，乙基苯等有害物质，所以放心使用。、 耐候性雨、雪和常年气候的变化直接影响室外设施的使用寿命，天然木材制品在室外可使用数年10 年或更久。天然木制品由于接受过度的紫外线，木材内的颜色成分分解，颜色会产生变化，或者渐渐变淡。 塑木制品与天然木材相比，经过处理后变化少，能放心长期使用。 、耐热性塑木产品有待提高的几个方面： Ø 弯曲

7、模量和拉伸强度都显著低于木制品，限制了它在结构材料方面的应用； Ø 50%或更高含量木粉的塑木材料，更容易吸湿(翘曲变形和丹宁酸侵蚀)以及微生物侵蚀； Ø 对种类繁多的填料缺乏标准化规定 (如粒径分布和清洁度)； Ø 在低于200°C加工过程中不同粉料和填料的稳定性问题； Ø 加入石蜡产品的耐候性问题(显著褪色)； Ø 与传统产品相比价格昂贵。 3、 塑木复合材料与木材的对比 1、塑木型材的损耗最低 塑木是型材，可以根据客户需要，生产出符合顾客需要长度的材料。而木材的长度是固定的。 2、塑木在相同的情况下，可以以少胜多 一般铺装户外地

8、板，选用木材的情况下，需要45mm左右厚度的木材。而塑木，仅仅需要25mm厚度的材料，其强度超过45mm的防腐木。换一句话说，就是使用木材假如是1立方米，那么塑木就只需要0.5个立方米左右。 3、塑木是一种型材，中空的规格很多，节约了很多材料 大家都知道铝合金门窗能这么快推广普及，就是因为是中空的型材，假如是实心，那么价格就不可思议地高了。塑木中空节约下来的部分，尽管没有铝合金那么高，但也是比较可观的。大家都知道中空不但可以减少重量，还可以增加强度，塑木可以做到中空，而木材就不可能了。 4、塑木表面不需要做油漆处理 一般木材需要做表面油漆或者水性涂料处理。也就是说在施工上塑木是便捷、廉价的。

9、5、塑木制品可以做到免维护 木材在1年里面一般需要做维护或者涂刷油漆等。从长远看，塑木的维护成本远远低于木制品。 6、塑木的使用寿命，一般可以达到普通木材的3-4倍。4、 塑木复合材料的原料 虽然利用优质的木材和塑料作为原材料生产WPC更容易获得优质的产品，但从资源和环保角度看，WPC的原料来源应该以木材加工剩余物、废弃木材、秸秆和回收塑料为主。 一个重要的问题：废旧塑料究竟是否为制造WPC的合适原料？ 为了回答这个问题，科学家们进行了大量的研究，结果表明，由降解不严重的回收塑料与木材复合而成的WPC性能同新塑料所制得的WPC性能差别不大，木材纤维和PP、PE等热塑性塑料的复合材料不仅可以利用

10、回收木纤维和回收塑料来生产，而且自身还可以回收再利用，具有和与原生材料生产的复合材料相类似的强度和物理性质。 生产设备不用经过改动或者经过较小的改动即可生产回收材料的复合材料。 利用回收塑料和回收木纤维生产的复合材料还是面临很多的问题： 、各种塑料的混合物由于其组分的熔融温度有差别、相容性差等原因，不恰当的工艺往往造成产品的力学性能下降； 、废旧塑料再生后往往颜色较深，这对于生产浅色制品是一大难题。 、同样，利用废旧木纤维材料也会有类似的问题。 相对于利用原生材料，利用回收材料的产品成本降低。木质材料，除了木粉外，单板、大片刨花、细刨花、木纤维等不同形态的木质单元都能进入与塑料复合的范畴；同时

11、纤维种类也扩大到多种天然植物纤维：稻壳、麦秸、竹粉、花生壳、棉花干、亚麻等等。 塑料原料 Ø 热塑性塑料 Ø 木质纤维/木粉/稻壳/竹粉 Ø 偶联剂 Ø 添加剂 4.1 热塑性塑料 热塑性塑料：聚乙烯PE（高密度聚乙烯HDPE） 1、结构：-CH2-CH2-n 2、力学性能： 性 能 HDPE 密度/(g/cm3) 0.95 熔融指数/(g/10min) 0.2 拉伸强度/MPa 23 3、 热性能 玻璃化温度Tg：-20 脆化温度：Tb：-50-70 熔融温度：108126 热变形温度：6080 胀系数约：(1530)x10-5/K 4、电性能 聚乙烯

12、本身无极性，具有优异的介电及电绝缘性，又因吸湿性很小，小于0.01%，使得它的电性能基本不受环境湿度改变的影响。 5、耐化学品及耐溶剂性 聚乙烯是一个非极性结晶型聚合物，在室温下没有任何溶剂可使它溶解。 聚乙烯的表面能低，具有惰性，粘附性很差，因此聚乙烯制品之间、聚乙烯制品与其它材质制品之间的胶接比较困难。 6、燃烧性能 聚乙烯是分子链仅由碳氢两种元素组成的高分子烷基链烃，极易燃烧，氧指数仅17.4，是最易燃烧的塑料品种之一。 7、加工性能 Ø 结晶能力高，成型工艺参数，特别是模具温度及其分布对其制品结晶度影响很大，因而影响制品的性能； Ø 收缩率很大，在2.5%6.0%(

13、HDPE)； 4.2 木质纤维/木粉/稻壳/竹粉 最常用的原料当然是木材，各种加工剩余物都可以加工成为短纤维或细颗粒、粉末，锯屑和砂光粉可以直接使用。此外，农业纤维原料也占有一定比例，尤其在欧洲和我国，大部分工厂使用了秸秆、稻壳等农业来源原料。 据调查，国内农业纤维的年产量在4亿吨以上，木粉有100万吨以上，其它天然纤维也有500万1000万吨以上。1、木材原料 细胞是构成木材的基本结构单位。木材细胞的细胞壁主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种成分构成的。 2、 非木材植物纤维原料 Ø 非木材植物纤维原料的纤维形态和化学组成与木材基本相似。 Ø 非木材植物纤维的灰分含量高于

14、木材，有的甚至高达19%，而灰分中二氧化硅（SiO2）含量又多在60%以上。这些物质存在不仅会影响到纤维间的胶接性能，而且对刀具、模具等加工工具的磨损带来不利的影响。 3、主要非木材植物纤维原料介绍 稻壳的纤维素含量低于木材（约34%35%），但灰分含量高（15%17%），且其中大部分为二氧化硅并集中于表面，形成表面疏水层。稻壳表面粗糙，生有针状或钩状茸毛。稻壳密度较大，易于破碎，稻壳粉成本低，因而近年来大量用于WPC生产。 4.3 偶联剂Dopont为木/PE复合材料研制用MA接枝的Fusaband®576D，据说，使用这种偶联剂后木/HDPE拉伸强度高出未加偶联剂材料的200%3

15、000%。 4.4 添加剂Ø 光稳定剂 Ø 抗氧剂 Ø 润滑剂 Ø 着色剂 Ø 抗静电剂 Ø 防霉防腐剂 Ø 化学发泡剂 Ø 填料 5、 塑木复合材料的典型配方 配方一：配方二：6、 塑木复合材料的加工 塑木复合材料技术是近年来在世界上发展起来的一项新型加工技术，其特点是把两大类差别较大的不同材料相互交融在一起，即木材、塑料二合一，以其新颖的观念、新颖的设计、新颖的产品极大地推进了新材料的发展。 木粉（或农作物的纤维粉沫）作为塑料的一种有机填料，具有来源广泛、价格低廉、密度低、绝缘性好等许多其他无机填料所无法比拟的

16、优良性能。但它并没有像无机填料那样得到广泛应用，主要原因在于：一是与基体树脂的相容性较差；二是在熔融的热塑性塑料中分散效果差，造成流动性差和挤出成型加工困难。 由于木粉中主要成份是纤维素，含有大量的羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使木粉具有吸水性，吸湿率可达812，且极性很强。而热塑性塑料多数为非极性，具有疏水性，所以两者之间的相容性较差，界面的粘接力很小。需要通过使用添加剂改性塑料和木粉的表面，提高它们之间界面的亲和能力。改性的木粉具有增强性质，能够很好地传递填料与塑料之间的应力，从而达到增强复合材料强度的作用。挤出成型、热压成型、注射成型是加工塑木复合材料的主要成型方法。由于挤出

17、成型加工周期短、效率高，因此挤出成型方法是一种较为常用的工艺路线。v 从塑木复合材料工艺技术特点来看，主要存在以下几类：Ø 从原料使用方面来看，一类是使用的塑料原料为纯塑料或商业级塑料；另一类是使用具有一定特性的单组分废旧塑料。 Ø 从加工工艺方法来看，一类是二步成型法，即塑料与木粉造粒后再进行成型加工；另一类是一步成型法，即塑料与木粉混合后直接进行成型加工 。 Ø 从成型机理方面来看，一类是物理成型，即使用热融性粘合剂在成型过程中将塑料与木粉粘合在一起。 另一类是物理化学成型，通过加入添加剂，在压力和温度的控制下，使原料混合物同相对低分子的添加剂一起转变成高分子

18、状态的网状纤维材料。这种工艺形成的材料，内部结构完全是融合后重生的网状分子结构。因此，可达到其他工艺生产出的塑木产品无法比拟的抗弯、抗压、抗冲击强度。 v 木质纤维与塑料复合制造WPC的生产工艺主要有三类： 塑料加工工艺（挤出、注塑、高温捏合）； 人造板加工工艺（低温混合、平压或模压成板）； 无纺织工艺（长短纤维混杂组坯，模压成型）。 v WPC塑料加工工艺： 这种方法是以塑料加工工艺及设备为基础，即通过挤出成型、注塑成型或捏合机混炼造粒再加工成WPC。 在WPC塑料加工工艺中，由于挤出工艺具有成本低、生产效率高、质量稳定、可连续生产型材等优点，近年来成为发展最快的WPC生产工艺。注塑成型可以

19、获得形状比较复杂的产品，但要求塑木复合熔体的流动性好，对于木纤维（粉）添加量较大的WPC生产不适用。 7、 塑木复合材料的加工设备 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。 7.1 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塑木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

20、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。 单螺杆挤出机 7.2 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。7.2.1 同向平行双螺杆挤出机同向平行

21、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(LD)可达4448，其中23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

22、合块组合方法)，灵活设置脱气口。 美国DavisStandard、Krupp WP等著名塑料机械厂有生产这种同向双螺杆挤出机。 平行双螺杆挤出机7.2.2 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

23、，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。 锥型双螺杆挤出机7.3 WPC的辅助设备塑木复合材料辅助设备主要有喂料设备、干燥设备、储料设备和风送系统，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。 另外，就是专门用于制品（挤出成型后产品）的表面后处理设备：打磨设备、刨平设备、钢刷设备和喷砂设备，以及切割锯等木工设备。8、 塑木复合材料的工艺流程及参数 8.1 塑木复合材料的工

24、艺流程生产工艺流程为： 8.2 塑木复合材料的工艺参数设置 8.2.1 螺杆转速 螺杆的转速与生产能力成正比。因此，提高转速可以有效地增加生产能力，但WPC挤出加工过程中螺杆转速的增加受到许多限制。比如对于PVC木粉复合材料，PVC和木粉都是热敏性的，过高的螺杆转速会导致物料的降解和糊化。 同时，螺杆转速还影响着物料的停留时间和挤出压力。只有在满足物料的挤出温度、剪切强度、混合质量及挤出机功率限制的前提下，才能最大限度地提高转速以提高生产率。 8.2.2 挤出机温度和压力WPC挤出加工过程中，挤出机的温度和压力控制也十分重要。若挤出温度过高，物料易降解，同时过高的温度使熔体的粘度较低，挤出压力

25、不足造成制品表面粗糙，强度差，影响挤出质量；而温度过低使得塑料塑化不良，不能充分包裹木粉，也会使制品的强度受到影响。同时，熔体破裂对口模温度比较敏感，过高与过低的口模温度都会造成熔体破裂。适当地降低挤出机的温度，提高机头压力，降低螺杆转速，可以有效地改善塑木复合体系的挤出加工性能。实际加工过程中各段温度设置如下：I段：150170；段：160190：段：170195：IV段：180195；机头口模段：180205。各段的温度应尽可能稳定，且总的停留时间少于15min 。 9、 塑木复合材料生产过程中遇到的问题点及解决方法² 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

26、界面亲和力。 ² 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。 ² 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。 ² 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。 ² 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。 ² 采用强制加料装置以及合理输送方式，以保证挤出的稳定。 ² 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。所以塑木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。 ² 在很大程度上，排气效果越好，挤出制品质量也越好。 ² 塑木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