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一. 基本介绍：什么是WPC 木塑复合材料(WPC)是用木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料，它集木材和塑料的优点于一身，不仅有像天然木材那样的外观，而且克服了其不足，具有防腐、防潮、防虫蛀、尺寸稳定性高、不开裂、不翘曲等优点，比纯塑料硬度高，又有类似木材的加工性，可进行切割、粘接，用钉子或螺栓固定连接，可涂漆。WPC术语中英对照 稻壳粉：wooden flour 木塑复合材料 ：wood-plastic composites 界面：interface 相容性：compatibility 粘度：viscosity 挤出：extrude 助剂：additives 二. 目前局限性：WPC用途广泛，价格便宜，但是要生产出各方面性能优异的产品却不太容易。主要原因是：（1）因含有大量的亲水性基团 羟基，植物纤维具有很强的极性，而常见树脂基体通常为非极性、不亲水的，故植物纤维和树脂基体间的相容性很差，界面粘结强度低，影响了WPC的机械性能；（2）由于羟基间可形成氢键，植物纤维之间有很强的相互作用，使得其在树脂基体中的分散极差，要达到均匀分散较为困难；（3）成型加工时植物填料易降解变色，不适合的配混和加工工艺会导致WPC的性能下降。所以生产WPC制品的关键技术是在保证植物纤维高填充量的前提下，如何确保WPC的高加工流动性，树脂与木粉之间的良好相容性，以达到最佳力学性能，最终用较低的生产成本生产出具有较高使用性能的WPC制品。因此聚合物基WPC的生产需解决以下三个方面的问题：（1）原料的处理 以提高高分子材料与植物纤维之间的界面相容性为主要目的；（2）配方设计 以改善木塑成型物料的加工流动性为目的；（3）制品的成型设备及成型工艺 如何通过成型机械、成型模具的设计和设定合适的工艺条件（成型温度和压力），以保持稳定加料、进行有效脱挥、提高木粉在体系中共混分散、保证产品的性能为主要目的。因此，木塑材料的加工难度大。目前国内实现工业化应用还有许多工作要做。另外，一些企业的加工设备、工艺技术等均达不到要求，产品档次上不去。随着应用领域的拓展，木塑材料生产工艺的改进、专用设备的开发及添加剂的选择，也需要进一步加强研究。而标准问题也一直是木塑产业的发展之惑。不仅缺乏行业标准，国家标准更是无处找寻。如何界定木塑材料一直是行业的一大难题。另外，企业也希望国家能进一步加大扶持力度。在日本，每收集、使用1吨废旧塑料，国家补助5 万日元。目前，国务院已发布发展循环经济的意见以及关于节约木材的规定，但具体的支持政策还需尽快制订。市场认知度不够。欧美等发达国家的木塑行业经历了20年，但国内的木塑行业从开发到制造出产品还不到10年，因此市场认知度低对于木塑行业来说是最大的困难。现在，木塑材料在我国的应用仍处于较为初级的阶段。这主要表现在：第一，企业数量太少，不能形成一定规模的产业集群和群体拉动效应。第二，全国总体生产能力不够，生产线配置不理想，成套产品尤其短缺。第三，多数木塑产品品质不高，且种类单一，不少产品尚属于粗笨、简单的低端材料，缺乏市场竞争力。第四，诸多相关研发机构、辅助厂商缺乏与企业的协调，不能相互提供支持。三. 国外木塑制品技术发展情况在加拿大加拿大多伦多的Onyx公司在多伦多建成一座门窗型材生产厂，占地3700平方米，预计年销售额将达2000万美元（1.533亿元人民币）。生产50多种PVC和木塑复合型材。该公司正将在华的挤出工厂从上海迁至辽宁省大连市。该厂配备了63条复合材料挤出生产线。成为目前中国最大的木塑复合产品生产商。他说，该厂耗资1亿元人民币，预计年产能将达到12万吨。 3在北美木塑复合材料方面的研究已进行了20年左右，北美也是目前世界上木塑复合材料发展最快的用量最大的地区,主要用于风格粗犷的户外建筑，虽然由于使用习惯它的木塑制品及其制造技术尚不精致。在美国从1990年至2000年市场的木塑材料增长率都保持在15-20%以上，尤其最近5年的增长特别快。现在美国大约有50家左右的木塑企业，其特点是规模较大，产量一般都在万吨以上，其中几家最大的木塑复合材料公司，如TREX公司等都在纽约证券交易所上市，TREX的产量30万吨，年营业额以超过5亿美国。美国从事之方面研究的机构也超过50家，形成了一个从产品研发、原料收集、设备制造、模具开发、制成品生产到市场营销的完整产业。具有关资料2005年统计的数字美国木塑制品的应用量达到25亿美元。在欧洲目前的木塑企业不是很多，除个别企业外，木塑产量和技术水平总体上大概与国内企业处于同一位置。欧洲木塑行业的总体发展及规模均不如北美，但在窗套、门板、板条、家具等制品生产中，木塑复合材料的应用量一直在增长，发展趋势有加快倾向。但欧洲国家普遍具有强大的装备制造能力，发展潜力不可小视。据有报告称，2005年德国木塑材料产量预计将从2004年的5000万吨提升至1万吨。德国NovaInstitut公司称，整个欧洲木塑复合材料市场规模已从2002年到2003年翻了一番，达到3万吨。据公司预计，未来几年德国木塑复合材料产量将达到10万吨/年。一般来说，欧洲人对木塑材料的要求比较细腻一些，品种花色的需求也高于北美，室内装修装饰和户外建筑齐头并进，但应用技术和商品市场还不十分成熟，应该说还有高速增长的发展空间。在日本由于地理原因和环保意识，木塑材料的应用比较普遍，产品质量亦较优良。特别是以EIN WOOD株式会社为代表的木塑复合材料研究机构，经过十多年的努力开发出具有高品质的木塑复合材料。其产品具有自然的木材色泽和质感，已经在房屋建设和装饰方面得到广泛使用。该公司生产的木塑制品是目前国际上最高品质的产品之一，代表了木塑复合材料替代天然木材的发展方向和质量水平。四. 国外标准美国目前采用的木塑检测标准：ASTM（美国材料协会）D70312004木塑复合材料制品物理力学性能的评价标准指南；ASTM /D70322006木塑复合材料装饰板及护栏系统性能等级标准规范。全球目前最大的木塑材料/制品生产商是：【美】TREX公司，该公司已在纽约证券交易所上市。据悉该公司2006年木塑总产量达到30万吨，年营业额超过5亿美元。日本EIN WOOD株式会社生产的木塑制品是目前国际上最高品质的产品之一，代表了木塑复合材料替代天然木材的发展方向和质量水平。中国国产木塑制品在单项比较上亦已能够与欧美等发达国家鼎足而立。五. 原料配方：1、主要生产原料木塑复合材料的主要成分；树脂40-80%、木质粉体20-60%、添加剂10%。1.1塑料原料PVC制备高性价比的木塑复合材料，须选择好基材树脂。通常选用能在200以下熔融加工的热塑性塑料为基体，以尽量避免在成型加工过程中植物纤维的热降解，日前基材主要为PE，PVC，PP，PS等。采用新的原料其成本过高，一般采用废弃塑料，做为木塑基材。1.2 木质粉体材料的种类及性能木塑材料除树脂外的另一主要基材是木质粉体材料。之所以不叫做木纤维而是叫做木质粉体是因为最终存在于木塑材料的“木”，仍然是呈颗粒状，即使是将稻草，麦草，棉花秸杆等经揉搓工艺制成纤维特，仍为颗粒物。因此木质粉体材料的本质特性和它们被加工的形态对木塑复合材料性能和影响极大。表1. 不同的粉体材料制成的木塑材料性能样号木质纤维类型比重拉伸性能弯曲性能简支梁缺口冲击强度热变形温度拉伸强度断裂伸长率弯曲强度弯曲模量18-18g/cm3MPa%MPaMPaKJ/m2WPVC-330木粉1.04527.801.7452.073744.883.2643.36277.10WPVC-331稻糠1.41020.291.5445.503148.533.5093.55376.35WPVC-332竹粉1.39519.171.9246.954293.393.5293.68376.50WPVC-333稻草纤维1.45116.192.2744.233645.973.5773.52374.30WPVC-334麦秸纤维1.40422.232.3352.724044.843.6834.19074.85注:1)试验配方及加工工艺均相同; 2)试样制备工艺条件同PE; 3) PVC SG-5; 4)木质纤维填充量均为50%wt。1.2.1 从表1.可知，同样粒度的几种木质粉体材料制成的木塑材料性能差别不大。1.2.2 木质粉体材料的干燥特性通过对稻糠,松木粉,竹粉。稻草纤维等各种木质粉体的试验证明，竹粉在长时间（480分钟）的加热过程中，降解现象最轻，热稳定性最好。同时还表现在180下经过1-2小时的干燥处理，这五种木质粉体材料都可以满足木塑复合材料加工的要求。1.2.3 木质粉体粒度的影响研究证明，粉体材料粒度越细，只要在基体塑料中分散良好，在同样试验条件下就应当具备更佳的性能。1.2.4 木质粉体的含量影响 多数研究工作表明，随着木质粉体含量增加，木塑复合材料的弯曲强度和模量都有所提高，而拉伸强度有所下降，冲击强度则显著下降，木塑复合材料显现明显脆性。1.3助剂的影响 1.3.1 木质粉体表面改性的必要性与重要性 木质粉体颗粒表面存在大量羟基，还形成分子内或分子之间的氢键，表现出极强的极性和亲水性，与多数高分子树脂相容性极差，从而大大影响相界面的亲合性，进行表面改性的必要性是不言而喻的。1.4.2 相容剂的作用在使用相容剂时要特别注意木塑复合材料的组分种类，选对接枝聚合物，别一方面就是要适量，因为作为第三组分，其用量不同于粉体表面处理剂，至少要达5%以,对于复合材料的成本影响很大。1.4.3 其它助剂塑料加工使用的助剂种类繁多，一类为改善性能的功能助剂，如阻燃剂、光稳定剂、着色剂、冲击改性剂等，别一类为改善成型加工流动性的助剂，如润滑剂等。木塑复合材料具有塑料的属性，很多助剂都适用，但也有特殊性的一面。表2. 发泡剂对PVC木塑产品质量和加工性能的影响发泡剂造粒工艺挤出成型工艺产品质量挤出线速度（m/min）(以90mm板为例)AC螺杆转速不能快；物料温度较高；主机电流不稳；粒断不均匀。螺杆转速不能快；物料温度办高；清机次数频繁。表面欠光滑；泡孔不规则；硬度低；成本率低。2.0吸、放热并用螺杆转速可以加快；物料温度较低；主机电流适中；粒料均匀螺杆转速可以加快；物料温度较低；主机电流适中；表面光滑；泡孔均匀细密；密度容易控制；表面硬度可控；成品率高2.8表3. 润滑对PVC木塑发泡产品质量和加工性能的影响助剂名称助剂用量（phr）造粒螺杆转速为12r.p.m时挤出成型产品外观挤出线速度（以90mm板为例(m/min)主机电流效果螺杆转速（r.p.m）物料温度OPE220A粒料不均塑化不好50高表面麻、成型不规则，泡孔不均匀，密度大1.51.8沙索蜡228A粒料光高塑化较好70略低表面较光,成型规则,密度小,但有废泡现象22.3EBS+PE蜡227A粒料光高塑化一般70略低表面较光,但成型不规则,泡孔不均匀1.92.2自制高效流变润滑剂226A粒料光亮塑料化好80低表面光泽柔和亮丽,密度小,成型规则,泡孔细密均匀,手感好2.52.8 2.PVC木塑复合材料主要技术性能2.1 PVC木塑以其他材料性能比较表1. 木塑材料以其他材料性能比较比较项目单位木塑材料天然木材中密度板密度g/cm31.00-1.200.35-0.700.53-0.70吸水率48h增重%0.8055.3022.30耐腐性失重量%0.7032-耐磨性g/100r0.10-抗拉强度MPa27.00-33.00顺54.6弦0.9径2.511.2-17.7抗弯强度MPa40.00-57.8063.7029.40-39.20抗弯弹性模量GPa3.00-4.1012.002.10板面握钉力N47806800-甲醛释放量Mg/L0.10.3E11.52.2 几种PVC/木粉复合材料性能对比表2. 几种PVC/木粉复合材料性能对比项目单位性能国内某公司产品国外样品1国外样品2密度g/cm30.700.40.850.70拉伸强度MPa17.012.016.5冲击强度KJ/12102.05(ASTMD256)弯曲强度MPa33.61227.7(ASTMD1037)尺寸稳定性%长:-1.0,宽:+0.422硬度邵氏D:43洛氏(HRR):6050燃烧性能氧指数:32氧指数:25垂直燃烧V-O级2.3 不同树脂为基材的木塑复合材料的性能表3. 不同树脂为基材的木塑复合材料的性能比较树脂木粉含量50%的WPC的性能密度(g/cm3)拉伸强度(MPa)断裂伸长率(%)弯曲强度(MPa)弯曲模量(MPa)缺口冲击强度（KJ/）热变形温度（）HDPE 6100M1.15923.851.5136.17253218:5.2-20:4.799.3PP K83031.11016.011.9032.23245218:3.1-18:3.1134.6PVC SG-51.40527.801.7452.07374518:3.3-18:3.477.1 2.4 两种微发泡PVC塑料材料的性能表4. 两种微发泡PVC塑料材料的性能对比项目单位检测结果QB/T2463.1-1999要求微发泡PVC/木粉复合材料微发泡纯PVC材料A型B型C型表面密度g/cm30.700.710.900.750.60拉伸强度MPa17.017.1117断裂伸长率%9.236157简支梁冲击强度(无缺口)KJ/1220106弯曲强度MPa33.634.81715加热尺寸变化率(长/宽)%-1.06/+0.42-0.44/+0.262.02.0吸水率%0.960.591.01.0邵氏硬度D434445453. PVC木塑发泡原材料采购计划单3.1 聚氯乙烯(PVC) SG-7型或8型 25吨3.2 碳酸钙 (CaCo3) 轻质活化处理 800目以上 5吨3.3 木粉 大于100目 5吨3.4 发泡剂(AC) 5包3.5 小苏打 食品级 2包3.6 发泡调节剂 530 40包3.7 环氧大豆油 一级或二级 1桶(200公斤)3.8 稳定剂 高效复合 10包3.9 氯化聚乙烯 CPE-135A 10包3.10加工助剂 ACR401 20包3.11硬脂酸钡、硬脂酸钙 各5包3.12聚乙烯蜡(PE-Wax)