淺談我國發泡木塑復合材料的應用與性能

黃紹恒

摘要：介紹了發泡木塑復合材料的基本原料及發泡方法，同時對發泡木塑復合材料的主要成型工藝及其影響因素進行了說明，在此基礎上指出了發泡木塑復合材料的研究趨勢。 本文簡述了發泡木塑復合材料的獨特優點，歸納總結了木粉處理、配方、成型工藝、及成型設備等關鍵技術，并就當前的發展情況，提出了發泡木塑復合材料的發展方向。

關鍵詞：木塑復合材料；發泡；pvc

1 為何而來——發展背景

木塑復合材料（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），經過適當的處理使其與各種塑料（用于木塑復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，如偶聯劑、分散劑、增塑劑、潤滑劑等加工助劑，經高溫、擠壓、成型等工藝制成的一種新型復合材料，是一種高性能、高附加值的綠色環保復合材料。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——發泡木塑復合材料的概念

發泡木塑復合材料是在木塑復合材料的基礎配方上按一定質量比例混合入發泡劑、成核劑、發泡助劑等，同樣經塑料成型設備加熱熔融成為一種帶連續均勻分布發泡微孔的復合材料。

3 怎么造——發泡木塑復合材料生產工藝

3.1 木粉處理

木粉的選擇對木塑復合材料的發泡性能有重要影響。木粉粒徑減小，發泡容易；但是顆粒過小則容易團聚，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泡。

3.11 木粉處理原因

未經處理的木粉與pvc相容性差，界面的粘結力小，分散效果差，導致材料的力學性能和發泡性能差。要獲得性能優異的木塑產品，必須對木纖維進行表面處理。

3.12 木粉處理方法

物理法：

物理方法不改變纖維的化學成分，但改變纖維的結構和表面性能，從而改善纖維與集體聚合物的物理粘合。

化學法：

通過改變木粉的化學結構來改善其極性，提高纖維與基體樹脂的界面粘結，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木塑發泡配方

3.21 發泡劑

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

3.22 助發泡劑

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

泡孔調節劑ZB-530和K-400對PVC體系有促進塑化、改善表觀質量、提高熔融強度和延展度的作用。

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 成型工藝及設備

良好的加工工藝和設備應保證物料和發泡劑混合均勻，并保持足夠高的、穩定的機頭壓力，使口模壓力足夠大和壓力降足夠快，以獲得形態良好的泡孔。

3.31 工藝分類

兩步法：先造粒后成型。此法有利于提高復合材料的力學性能。

一步法：省去造粒工序，采用表面改性后的木粉與PVC粉經高速混合后加料擠出。

3.32 成型溫度

成型溫度應考慮到物料在擠出機機筒內的物理作用和化學反應。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，又要防止發泡劑提前分解；壓縮段和計量段溫度設定則需要考慮到化學發泡劑分解溫度和分解速率，木粉燒焦和PVC分解等因素；機頭溫度應使熔體保持良好流動性的同時，具有足夠的熔體粘度，以維持機頭內的熔體處于高壓下，使之在機頭內不發泡。加料段溫度應控制在165℃以下，壓縮段和均化段在160-180℃之間，機頭和口模設在160℃以下。

3.33 螺桿轉速

轉速越高，擠出機內壓力越大，從而越有利于成核，成核的泡孔數目也越多，發泡率就越高，但過高就會抑制泡孔生長；轉速越高，剪切作用越強，容易使泡孔合并或破裂，影響發泡體質量和低密度泡沫塑料的形成；轉速過高或過低，停留時間過短或過長，容易發生提前發泡或發泡劑分解不充分等現象，不利于形成均勻細密的泡孔結構。螺桿轉速的最佳值一般在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、強度低，擠出壓力過高對泡孔的生長不利。調節機頭壓力，可以通過調節螺桿轉速、機頭溫度和口模形狀來實現。

3.35 成型設備

單螺桿擠出機：主要靠摩擦運送物料，混煉效果差，木粉在機筒中停留時間長，易焦。結構簡單，擠出壓力高，可以承受大扭矩，投資少，維護費用低，目前仍占有一定的木塑設備市場。

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

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

4 發泡木塑復合材料的獨特優點

4.1 與木材相比

耐水、耐腐蝕、使用壽命長，較好的抗壓、抗彎曲等機械強度，形狀尺寸可調性好、尺寸穩定性好、不怕蟲蛀

4.2 與塑料相比

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

4.3 與普通木塑復合材料相比

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

5 發泡木塑復合材料的發展情況及發展方向

作為一種發展迅速的新型木塑復合材料，微孔發泡木塑復合材料具有優異的性價比和較好的比強度，且加入添加劑可賦予其更多性能，使其有極其寬廣的應用領域，并且可回收性、環境友好性成為該類材料的發展方向。近年來，隨著技術水平的不斷升級以及人們對其了解的逐漸深入，微孔木塑復合材料的應用領域不斷擴大。此外，充分利用計算機資源，將軟件模擬與實驗研究相結合，將先進的計算機模擬技術引入到發泡木塑復合材料的配方設計中，也是賦予其更卓越性能的重要方法。當然改善木纖維與塑料基體的界面相容性，如何更降低成本、節約能源，完善加工設備使之能工業化生產等，也是要進一步進行的研究。相信發泡木塑復合材料會以其巨大的優勢占據材料市場的一席之地。

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