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63工程塑料应用2008年,第36卷,第11期

木塑复合材料成型工艺及影响因素的研究

于艳滨唐跃姜蔚
(青岛科技大学机电工程学院,青岛266061)

摘要论述了木塑复合材料的成型工艺,着重对影响木塑复合材料挤出成型性能的因素如成型设备、工艺条
件、基体树脂种类、木粉含量及木粉粒径、添加剂等进行了相应的分析,为深入开展木塑复合材料的加工研究提供了
分析资料。
关键词木塑复合材料挤出注塑木粉

木塑复合材料是以木质纤维(木粉、稻壳、秸秆入到模具中,然后利用油压机压制成型,它分为冷料
等)和塑料(多为废弃热塑性塑料)为主要原料,经热压和热料冷压两种形式。冷料热压是将冷的粒料
过预处理和共混等使之结合成为一种新型的复合材加入到模具中,然后对物料进行加热、加压,使之充
料。这种材料克服了单一材料的缺点,充分发挥材满整个模具型腔,最后进行冷却定型;热料冷压是将
料中各组分的优势,不仅改进了材料的物理性能和挤出机挤出的熔融物料迅速送入模具中压制成型。
加工性能,降低成本并扩大应用范围,而且还提高了(2)挤出成型先将物料预处理,然后利用单
材料的附加值。它既能替代天然木材,又能解决废螺杆或双螺杆挤出机对物料进行混炼,最后通过机
弃塑料无处消耗的环境问题,因而越来越受到人们头将物料挤出成型。挤出成型方法简单,生产效率
的重视。高,是目前加工木塑复合材料最主要的方法。挤出
木塑复合材料兼有木材和塑料的特性,力学性成型主要有一步法和多步法两种。一步法是将木粉
能好,既有木材良好的加工性,又有塑料的易成型的干燥、木粉与塑料颗粒的混合及挤出成型集中在
性,且热导率和热稳定性增加,热扩散系数低。半成一组设备上一步完成,如图1所示;多步法是将上述
品可锯、可刨、握钉力好,其成品美观、寿命长、不开过程分别在不同的设备上完成,如图2所示。由于
裂、不易翘曲变形,且吸湿膨胀率低、强度高、质量一步法在实际加工过程中往往因干燥、混合不彻底
轻、稳定性好;耐腐蚀,抗强酸强碱、防蛀、防水、不生而出现制品质量变差、密度分布不均匀等问题,所以
真菌、抗紫外线,适于室外使用;另外,木塑复合材料大多数企业主要还是采用多步法(主要为两步法,
还具有环保性能好、可回收利用、原材料来源丰富等
优点,其加工设备简单、成本比纯木材或塑料低
40%～60%。基于木塑复合材料的各种优点,它已
被广泛应用于日常生活的各个领域。据美国弗吉尼
亚理工大学的测试结果显示,木塑复合材料托盘比
美国最好的硬木托盘的重复使用率高10倍[1];木塑
复合材料可以制成室内的门窗、地板、楼梯、家具、装
饰材料等,以及户外设施如护栏、阳台、车棚等。北
京奥运场馆部分项目的建设也采用了这种材料。另
外木塑复合材料还可以应用在车辆内装饰、铁路轨
枕和园林方面,随着木塑复合材料制备工艺和设备
的完善,它将会在更多的领域得到广泛的应用。
1木塑复合材料的成型工艺
1.1木塑复合材料的成型方法
木塑复合材料的成型方法主要有压制成型、挤
出成型和注射成型。

(1)压制成型这种成型方法是直接把物料送收稿日期:2008208220
于艳滨,等:木塑复合材料成型工艺及影响因素的研究73

即先造粒后成型)进行木塑复合材料的加工生产。没有压力回流,加料容易;排气效果好,能够充分地
(3)注射成型将经过干燥和表面处理的木粉排除木粉中的可挥发成分;螺杆螺棱互相啮合,强烈
与基体树脂置于高速混合机中,经充分搅拌混合后的剪切作用使物料的混合、塑化效果更好;物料停留
注射成型;或者搅拌混合后再用单螺杆或双螺杆挤时间短,不容易出现木粉烧焦现象。因此双螺杆挤
出机造粒后再注射成型,这两种方法分别称为一步出机已成为目前木塑复合材料的主要加工设备。双
法和两步法,如图3所示。一步法可省去造粒工序,螺杆挤出机又分为锥形双螺杆挤出机、平行双螺杆
但对设备的要求较高;两步法的造粒过程对物料进挤出机两种。
行了二次混合,提高了木粉在树脂基体中的分散性,锥形双螺杆挤出机对于木塑复合材料的加工具
而且造粒后再注射成型的方法加料较为容易,但是有独有的优势,被称为低速、低能耗性设备。物料在
会使整个工艺过程比较复杂[2]。锥形双螺杆挤出机中的停留时间较短,停留的时间
分布也较窄,对熔体温度的控制很好。这些特点有
助于消除物料的降解,对于剪切和热敏感材料的加
工大有裨益。同时,由于该机型加料段的螺杆直径
和表面积大,非常有利于高含量木粉、蓬松的混合物
的压实和输送。低转速条件下,锥形双螺杆的高扭
矩自然形成对物料的压缩及柔和的塑化,可以改善
聚合物熔体对木粉的润湿,此外,螺杆计量段的直径
较小,能保证粘性熔体充分流入机头。
图3一步法和两步法注射成型木塑复合材料工艺流程
木塑复合材料生产中需要研究的最关键技术是平行双螺杆挤出机已拓展进入传统的锥形双螺
如何提