木塑复合材料综述

1、木塑复合材料综述木塑复合材料（WPC是一种新型的绿色环保复合材料，是将废塑 料（PE PR ABS PVC等）与加工处理过的废旧木材，包括锯末、木 材枝杈、稻壳、农作物秸秆、花生壳等以一定比例，添加特制助剂， 经高温高压处理后制成结构型材。它可以直接挤出或热压成制品或将 型材再装配成产品如托盘或包装箱。木塑新型复合材料具有许多优点： 耐酸碱、耐化学品、耐盐水性好；可以在低温下使用；耐紫外 光；不腐烂、不开裂或翘曲等；而且机械性能好、价格便宜、加工 方便、可回收等特点。木塑复合材料 98%的原料为废旧材料，可制成 各种截面形状和尺寸的制品，而且使用维修简单，可锯、可刨、可钉， 既保留了木材在加工

2、性能方面的优势，又克服了木材不耐用、怕虫蛀 腐蚀的缺点。木塑复合材料是一种性能优良、经济环保的新材料，可 以替代外运货物木制包装材料和铺垫材料，也可以用于化工行业的耐 腐工棚，装饰板，地板，通道，台架以及铸造模型等。据统计在我国， 城市人口每年产生的废旧塑料达 240万280万吨；每年由于木材加工 余下的废弃木粉量达数百万吨，其他天然纤维如稻糠等的产量上千万 吨，这些资源如能得到有效开发和利用，价值可观。国内外木塑复合材料的发展现状木塑材料在国内市场尚处起步阶段，木塑制品在国内市场还没有 大面积推广。国内目前约有木塑材料生产厂家50-60家，绝大部分厂家只有2-3条生产线，生产的产品大部分为托

3、盘，生产工艺几乎都是 先造粒（少数不造粒，但经过两次挤出塑化），再通过双螺杆或单螺杆 不得用于商业用途挤出机挤出成型材，最后进行组合装配。据统计在 2004 年中，国内木塑制品主要为托盘，数量达到 200 万个，占木塑制品产量的60%-70%；其余用做铺板、仓库垫板或垃圾箱等。基本上都是中低挡产品，价格便宜，产品粗糙，附加值低。美国是世界上木塑制品生产和应用最大的国家， 在 2000年约生产出 20 万吨木塑复合材料，其最大制品是铺板，其次为阳台盖板，以及窗户、门和栏杆用到的型材。生产工艺为挤出成型，先配混成中间木塑粒料，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

4、（板材）在一个设备或一组设备内连续完成。北美的木塑制品市场在2 0 0 1年用量为3 2万吨，其中平台板、路板、站台板、垫板的用量占总用量的6 0%以上。除上列产品外，木塑产品还有：护墙板、天花板、建筑模板、装饰板、高速公路隔音板、海边铺地板、栅栏型材、庭院扶手、室外桌椅、披叠板、百页窗等。欧洲和日本的木塑技术发展也很迅速，特别是日本，其爱因木（即木塑复合材料）可以用来制作窗户、门、庭院扶手、室外桌椅、披叠板、百页窗等，其产品定位高档，价格贵，附加值高，而且在世界很多国家都取得了专利。木塑复合材料的关键技术、生产工艺及挤出设备一、木塑复合材料的关键技术木塑复合材料的关键技术之一是对木粉的处理，

5、影响木粉填充塑料的因素很多，如木粉的填充量、木粉的粒径、木粉的含水量、基体塑料的性能、相容剂的类型、加工工艺等。通常对木粉的处理有以下几种：、物理方法物理方法主要包括加热烘干、蒸汽喷发和放电处理等。加热烘干是处理木粉最常见的方法，国内木塑生产厂家都采用这种方法。通过加热使木纤维表面羟基含量降低，有利于其与聚合物基体的粘接；但高温会导致木粉发生各向异性收缩，破裂甚至破坏木纤维的细胞壁结构。蒸汽喷发是处理天然纤维的一种新方法。它能引起木纤维的形态和结构发生变化，从而使木纤维的强度和表面积增加。放电处理包括低温等离子处理、离子溅射法和电晕放电法。用低温等离子轰击纤维表面，可以增加纤维表面极性，从而提

6、高其与聚合物基体的粘接。2、化学方法化学方法是通过化学反应减少木纤维表面的羟基数目， 在木粉 / 聚合物之间建立物理和化学交联。通过在木粉表面形成一层憎水性薄膜从而提高其与聚合物的相溶性和促进木粉的分散。目前常用的方法有润滑剂法、偶联剂法、相容剂法等方法。润 滑剂法常用的润滑剂有HSt、白油、石蜡等。主要通过与木粉混合，均匀的覆 盖在木粉表面，从而提高其与聚合物基体的粘接。偶 联剂法偶联剂可以提高无机填料、无机纤维与基体树脂之间的相容性，同时也可改善木粉与聚合物之间的界面状况。硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂是应用最广泛的两类偶联剂。实验表明，这两种偶联剂都能改善填料与树脂的相容性，它们可引起木塑复合

7、材料力学性能的提高且具有环保效果。另外，同时使用偶联剂和 NaOH寸木粉进行表面处理可以达到 最佳效果。其中NaO电到提高木纤维的分散性作用，偶联剂处理既提 高木纤维的分散性又提高了木纤维与聚合物基体的粘接性。（ 3）相容剂法在各种表面改性中，直接加入官能团化聚烯烃相容剂的方法最为简便和高效。主要的官能团单体有马来酸酐（MA） 、丙烯酸（AA） 、缩水甘油基甲基丙烯酸（GMA等，目前各种接枝改性聚烯炫共聚物已有一系列的商品化产品，这些产品主要采用马来酸酐或丙烯酸接枝改性的低分子量乙烯类聚合物，包括 PE PR SEB湃。在生产木塑复合材料过程中，一般先对木粉进行烘干处理，再用偶联剂对木粉进行表

8、面处理，然后将木粉、相容剂、聚合物在挤出机中进行熔融共混挤出。在熔融温度下，马来酸酐相容剂的酸酐官能团与木纤维表面的羟基发生酯化反应，相容剂另一端的非极性分子与聚合物基体发生缠结，增大了木纤维与聚合物基体之间的相互作用，从而提高木塑复合材料的力学性能和尺寸稳定性。二、木塑复合材料的生产工艺木塑复合材料大部分为挤出成型，也有注塑成型、热压成型。在挤出成型工艺中，可以先配混成中间木塑粒料，然后再经挤出机加工成型材， 也可越过造粒阶段， 配料混合 （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。注塑和热压成型一般需要先配混成中间木塑粒料，再通过专用的模具和设备加工成型。三、木塑复

9、合材料的挤出设备木塑复合材料（包括制品）的生产过程对其性能影响很大，实验表明：加工的能力不够会引起纤维分散和浸润不均匀，而过分的加工则会使纤维破损和断裂，两者都会降低木塑材料的力学性能。另外，要防止过分剪切或高温产生糊料等问题，一步法连续工艺若脱挥（主要脱水）不充分将影响下一步的加工生产，并使产品有气泡而性能降低。目前，主要的加工设备为单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，双螺杆挤出机又可分为同向平行双螺杆挤出机和异向锥型双螺杆挤出机。（ 1）单螺杆挤出机在木塑复合材料加工业中，单螺杆挤出机由于速度慢，能耗低，主要适合于生产规模小的企业。在国外，单螺杆挤出机基本上已经被淘汰了。（ 2）同向平行双螺杆挤出

10、机木塑复合材料加工业称同向平行双螺杆挤出机为高速、高能耗型设备，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） ，灵活设置排气口，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。这种工艺要求木粉水含量低，并在严格条件下运输和贮存。美国Andex 公司在木塑复合材料加工设备方面居领先地位，已经进行了近10 年的工作，并在美国、加拿大、日本获得了 8个专利许可证。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

11、用同向双螺杆挤出机。（ 3）异向锥型双螺杆挤出机与同向平行双螺杆挤出机比，异向锥型双螺杆机被称之为低速、低能耗型设备，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，防止其断裂和焦化糊料。这种设备的主要生产厂商为 Cincinatti Milacron 公司，包括在美国的 Extrusion Tek Mi

12、lacron 公司，在德国的 SMC司 Cincinatti分公司。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。木塑复合材料发展趋势1 、向高附加值、高档化的方向发展。如用来制作门窗、天花板、装饰板、栅栏型材、庭院扶手、室外桌椅等。2、向功能复合材料方向发展。木塑复合材料兼有木材和塑料的双重性质，加入一定量的功能材料，即可使其具有耐磨、耐老化、阻燃等性能。要使木塑复合材料从低级向高级、从单功能向多功能方向发展。3、改善木塑复合材料的界面相容性。由于木粉中主要成分是纤维素，纤维素中含大量的羟基，这些羟基

13、形成分子间氢键或分子内氢键，使木粉具有吸水性，且极性很强；而热塑性塑料多数为非极性的，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。使用合适的相容剂来处理木粉表面，可以提高木粉与树脂之间的粘结力，从而达到提高木塑复合材料强度的作用。随着改性机理的深入研究及新的表面改性材料的出现，木粉与聚合物基体的相容性一定会得到更好的提高。4、新材料在木塑复合材料中的应用。随着玻纤材料、空心微珠材料及纳米材料等技术的发展，将其加入到木塑复合材料中来提高木塑复合材料的力学性能是完全可行的。参考资料：现代塑料加工应用 2004 年第 16 卷第 2 期 庄乃银等中国化工报 文/ 唐伟家 吴汾化工新型材料

14、 2003 年第 33 卷第 5 期 滕国敏、张勇等塑料 2004年第 33卷第 5期 张金斌等林业机械与木工设备 2004年第 32卷第 6期 林铭等工程塑料应用 2003 年第 31 卷第 1 期 钟鑫、薛平等机电信息 2003 年第 16 期总第 52 期石油与化工 2004 年第 1 期 邵世佩等再生资源研究 2000 年第 6 期 张国立等中国材料科技与设备网2 号包河工业园中国木塑设备网地址：安徽合肥市东流路国风木塑科技有限公司技术质量部林建国收邮编： 230001仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and rese

15、arch; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l etude et la recherche uniquementfins pdesonnelles; pas d des fins commerciales.tojibko AJiajiioAe ak pTOpwenojib symaisaidyHeHMia c ,n e a o b 团 hhha o ji k h eiHcnojib3OBaTbCH b KOMMepnecKHx uejiax.以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerzie