淺談我國發(fā)泡木塑復(fù)合材料的應(yīng)用與性能

黃紹恒

摘要：介紹了發(fā)泡木塑復(fù)合材料的基本原料及發(fā)泡方法，同時對發(fā)泡木塑復(fù)合材料的主要成型工藝及其影響因素進(jìn)行了說明，在此基礎(chǔ)上指出了發(fā)泡木塑復(fù)合材料的研究趨勢。 本文簡述了發(fā)泡木塑復(fù)合材料的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，歸納總結(jié)了木粉處理、配方、成型工藝、及成型設(shè)備等關(guān)鍵技術(shù)，并就當(dāng)前的發(fā)展情況，提出了發(fā)泡木塑復(fù)合材料的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：木塑復(fù)合材料；發(fā)泡；pvc

1 為何而來——發(fā)展背景

木塑復(fù)合材料（WPC）是以木材為主要原料（形式有鋸末、木屑、竹屑、稻殼、麥秸、大豆皮、花生殼、甘蔗渣、棉秸稈等），經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚硎蛊渑c各種塑料（用于木塑復(fù)合材料的熱塑性塑料主要有聚氯乙烯（PVC}，聚乙烯PEA，聚丙烯（PPS），聚苯乙烯（PST），聚甲基丙烯酸甲酷（CPMM），以及聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等）按一定比例混合并添加特制的助劑，如偶聯(lián)劑、分散劑、增塑劑、潤滑劑等加工助劑，經(jīng)高溫、擠壓、成型等工藝制成的一種新型復(fù)合材料，是一種高性能、高附加值的綠色環(huán)保復(fù)合材料。所選用的塑料可以是新料，也可以是回收的廢舊塑料，添加的植物纖維來源豐富，價格低廉，并且可以回收利用。

2 是什么——發(fā)泡木塑復(fù)合材料的概念

發(fā)泡木塑復(fù)合材料是在木塑復(fù)合材料的基礎(chǔ)配方上按一定質(zhì)量比例混合入發(fā)泡劑、成核劑、發(fā)泡助劑等，同樣經(jīng)塑料成型設(shè)備加熱熔融成為一種帶連續(xù)均勻分布發(fā)泡微孔的復(fù)合材料。

3 怎么造——發(fā)泡木塑復(fù)合材料生產(chǎn)工藝

3.1 木粉處理

木粉的選擇對木塑復(fù)合材料的發(fā)泡性能有重要影響。木粉粒徑減小，發(fā)泡容易；但是顆粒過小則容易團(tuán)聚，且物理性能變差，故一般粒徑選擇150微米左右。木粉含量增加使加工溫度升高，但木粉含量越高則越不容易發(fā)泡。

3.11 木粉處理原因

未經(jīng)處理的木粉與pvc相容性差，界面的粘結(jié)力小，分散效果差，導(dǎo)致材料的力學(xué)性能和發(fā)泡性能差。要獲得性能優(yōu)異的木塑產(chǎn)品，必須對木纖維進(jìn)行表面處理。

3.12 木粉處理方法

物理法：

物理方法不改變纖維的化學(xué)成分，但改變纖維的結(jié)構(gòu)和表面性能，從而改善纖維與集體聚合物的物理粘合。

化學(xué)法：

通過改變木粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)來改善其極性，提高纖維與基體樹脂的界面粘結(jié)，也有利于纖維在集體中的均勻分散，是目前木粉處理的主要方法。

3.2 pvc木塑發(fā)泡配方

3.21 發(fā)泡劑

分為AC、NaHCO3、OBSH、AC/NaHCO3幾種發(fā)泡劑，其中AC/NaHCO3復(fù)合發(fā)泡劑制得的復(fù)合材料發(fā)泡性能最優(yōu)。并且AC用量為0.5%-1%時最佳。

3.22 助發(fā)泡劑

要獲得泡孔比較均勻的發(fā)泡材料，首先發(fā)泡劑的分解溫度與樹脂的熔融溫度接近，其次是發(fā)泡劑應(yīng)在樹脂達(dá)到適宜粘度的溫度范圍內(nèi)均勻放氣。納米ZnO粒子作為的助發(fā)泡劑，將AC突發(fā)溫度降至130-160℃的范圍內(nèi)，且發(fā)泡穩(wěn)定迅速，用量為AC的10%-30%。

泡孔調(diào)節(jié)劑ZB-530和K-400對PVC體系有促進(jìn)塑化、改善表觀質(zhì)量、提高熔融強(qiáng)度和延展度的作用。

3.23 增塑劑

增塑劑DOP有助于降低PVC木塑復(fù)合材料的加工溫度，減少木粉分解，改善PVC和木粉的親和性以及熔體流動性，最終改善材料的力學(xué)性能和加工性能。其他常用的增塑劑有丙烯酸、鄰苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯等。最佳用量為6%-8%。

3.3 成型工藝及設(shè)備

良好的加工工藝和設(shè)備應(yīng)保證物料和發(fā)泡劑混合均勻，并保持足夠高的、穩(wěn)定的機(jī)頭壓力，使口模壓力足夠大和壓力降足夠快，以獲得形態(tài)良好的泡孔。

3.31 工藝分類

兩步法：先造粒后成型。此法有利于提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。

一步法：省去造粒工序，采用表面改性后的木粉與PVC粉經(jīng)高速混合后加料擠出。

3.32 成型溫度

成型溫度應(yīng)考慮到物料在擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)的物理作用和化學(xué)反應(yīng)。加料段溫度既要保持物料能夠快速熔融，組織分解氣體的逃逸，又要防止發(fā)泡劑提前分解；壓縮段和計(jì)量段溫度設(shè)定則需要考慮到化學(xué)發(fā)泡劑分解溫度和分解速率，木粉燒焦和PVC分解等因素；機(jī)頭溫度應(yīng)使熔體保持良好流動性的同時，具有足夠的熔體粘度，以維持機(jī)頭內(nèi)的熔體處于高壓下，使之在機(jī)頭內(nèi)不發(fā)泡。加料段溫度應(yīng)控制在165℃以下，壓縮段和均化段在160-180℃之間，機(jī)頭和口模設(shè)在160℃以下。

3.33 螺桿轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速越高，擠出機(jī)內(nèi)壓力越大，從而越有利于成核，成核的泡孔數(shù)目也越多，發(fā)泡率就越高，但過高就會抑制泡孔生長；轉(zhuǎn)速越高，剪切作用越強(qiáng)，容易使泡孔合并或破裂，影響發(fā)泡體質(zhì)量和低密度泡沫塑料的形成；轉(zhuǎn)速過高或過低，停留時間過短或過長，容易發(fā)生提前發(fā)泡或發(fā)泡劑分解不充分等現(xiàn)象，不利于形成均勻細(xì)密的泡孔結(jié)構(gòu)。螺桿轉(zhuǎn)速的最佳值一般在12-18r/min之間。

3.34 擠出壓力

擠出壓力不足會造成制品表面粗糙、強(qiáng)度低，擠出壓力過高對泡孔的生長不利。調(diào)節(jié)機(jī)頭壓力，可以通過調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)頭溫度和口模形狀來實(shí)現(xiàn)。

3.35 成型設(shè)備

單螺桿擠出機(jī)：主要靠摩擦運(yùn)送物料，混煉效果差，木粉在機(jī)筒中停留時間長，易焦。結(jié)構(gòu)簡單，擠出壓力高，可以承受大扭矩，投資少，維護(hù)費(fèi)用低，目前仍占有一定的木塑設(shè)備市場。

錐形螺桿擠出機(jī)：物料停留時間短、停留時間分布窄、熔體溫度控制效果好。是國內(nèi)外木塑成型的主要機(jī)種。

平衡螺桿擠出機(jī)：可在很高轉(zhuǎn)速下工作，脫揮性能好，添加各種混合和剪切元件后，混煉能力很強(qiáng)。目前廣泛用于木塑的混煉造粒。

4 發(fā)泡木塑復(fù)合材料的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)

4.1 與木材相比

耐水、耐腐蝕、使用壽命長，較好的抗壓、抗彎曲等機(jī)械強(qiáng)度，形狀尺寸可調(diào)性好、尺寸穩(wěn)定性好、不怕蟲蛀

4.2 與塑料相比

沖擊強(qiáng)度是其2～3倍，韌度是其5倍，疲勞壽命是其5倍，強(qiáng)度重量比是其3～5倍，并具有良好的熱穩(wěn)定性較低的介電常數(shù)及良好的絕緣性能等，可回收利用，對環(huán)境友好

4.3 與普通木塑復(fù)合材料相比

密度低（密度可降低2O%～45%），更高的抗沖擊強(qiáng)度、韌性、疲勞周期和熱穩(wěn)定性。尺寸變化性更大

5 發(fā)泡木塑復(fù)合材料的發(fā)展情況及發(fā)展方向

作為一種發(fā)展迅速的新型木塑復(fù)合材料，微孔發(fā)泡木塑復(fù)合材料具有優(yōu)異的性價比和較好的比強(qiáng)度，且加入添加劑可賦予其更多性能，使其有極其寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域，并且可回收性、環(huán)境友好性成為該類材料的發(fā)展方向。近年來，隨著技術(shù)水平的不斷升級以及人們對其了解的逐漸深入，微孔木塑復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。此外，充分利用計(jì)算機(jī)資源，將軟件模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)引入到發(fā)泡木塑復(fù)合材料的配方設(shè)計(jì)中，也是賦予其更卓越性能的重要方法。當(dāng)然改善木纖維與塑料基體的界面相容性，如何更降低成本、節(jié)約能源，完善加工設(shè)備使之能工業(yè)化生產(chǎn)等，也是要進(jìn)一步進(jìn)行的研究。相信發(fā)泡木塑復(fù)合材料會以其巨大的優(yōu)勢占據(jù)材料市場的一席之地。

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