塑木复合材料相关技术资料-沙井技术部.doc

GEM格林美深圳市格林美高新技术有限公司技术部塑木复合材料撰写人：吕怀兴日期：2010-7-18一、概述1、塑木复合材料定义木质塑料复合材料（Wood Plastic Composite-WPC）是一类新兴的材料，现在引起了人们越来越多的关注。在最通常的意义上讲，首字母缩写WPC代表了范围相当宽的一类复合材料，这些材料是用纯净的或者回收的塑料与天然的纤维填料制成的，其中的塑料可以是高密度聚乙烯（HDPE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）以及聚氯乙烯（PVC）等各种塑料，而天然纤维则包括了锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等低值生物质纤维。通常情况下，木制塑料复合材料简称木塑复合材料，也称作塑木复合材料，也有称作“生态木”的。2、塑木复合材料的特点塑木复合材料及其产品兼备木材与塑料的双重特性，木质感强，可根据需要制造出不同颜色，具有许多木材所没有的特性：机械性能高，质轻、防潮、耐酸碱和便于清洗等，同时也克服了木质材料吸水率高、易形变开裂、易被虫蛀霉变的缺点。它同时具备植物纤维和塑料的优点，适用范围广泛，几乎可涵盖所有原木、塑料、塑钢、铝合金及其它类似复合材料的使用领域，同时也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题。其主要特点为：原料资源化、产品可塑化、使用环保化、成本经济化、回收再生化。3、意义我们生存的地球，历经了四十几亿年的衍变，才造就了适合生物生存的环境。从过去的一万年开始，地球的生态发生了变化，近一百年来，尤为严重。热带雨林的大量采伐和人类的高速发展，对大气、土壤、水质等都造成了自然生态环境的恶性循环。为了维护地球长期生存的环境，我们应该从经济发展、产业产品及日常生活等环节都要做到符合自然规律，形成良好的生态链,保护我们赖以生存的地球.但人类的生存和发展都需要资源，我们要做的事情是如何去合理利用有限的资源满足人类持续发展的需求，而塑木就是在考虑资源循环的前提下，开发研制出的一种可塑性复合材料，将废木材、废塑料做为原材料，进行再利用，制造新的材料。这种材料经过再生后，无论从质感和手感，都可以替代天然木材和其他复合材的功能及使用范围。4、发展现状在国家循环经济政策的鼓励和企业潜在效益需求的双重推动下全国性“塑木热”逐渐兴起。据不完全统计，2006年国内直接或间接从事塑木研发、生产和配套的企事业单位已逾150家。塑木企业集中分布在珠三角和长三角地区，东部远远超过中西部。东部个别企业工艺水平较为领先，南方企业则占有产品数量和巿场的绝对优势。现有从业人员数万人，塑木制品年产销量接近10万吨，年产值约12亿元人民币。行业内主要技术代表企业的试验样品已达到或超过国际先进水平。由于塑木材料符合中国“建设资源节约和环境友好型社会”、“可持续发展”的产业政策，一出现就得到了快速发展。特别是在温室气体排放问题日益严重的今天，“低碳经济”的推行更使塑木材料的价值得到体现。中国的天然木材资源日益减少，木质制品的巿场需求量却与日俱增。巨大的巿场需求和技术突破必然会不断拓宽塑木材料的巿场。从巿场需求角度分析，塑木最有可能在建筑材料、户外设施、物流运输、交通设施、家居用品等领域开始规模性拓展。5、存在问题中国的塑木复合材料制品种类单一、附加值低，以托盘、铺垫板等中低档产品为主。与美国、欧洲及日本相比，中国在塑木复合材料方面的研究还一定的差距，而这种差距是由多种因素如原料、设备、加工工艺等的极大差异综合影响造成的。而世界范围内的塑木复合材料仍然还需要改善的地方包括抗褪色能力、抗变形能力，这在国内更明显。6、原料来源目前用于制造塑木复合材料的基体树脂，主要为PE、PVC、PP、PS等，由于新的原料成本过高，一般采用废旧、回收塑料代替。中国回收塑料缺少严格的分拣、检测手段，易造成选定的塑料废料品种中混入少量其他塑料废料，无法细分。因此，目前国内很多塑木生产厂家都采用进口废塑料回收的HDPE等来进行塑木生产。另外，与产品性能之间的关系也缺乏系统地研究。7、加工设备由于受到金属材料性能、加工精度、设备制造成本以及巿场价格等等的限制，目前国内塑木加工设备还存在一定问题，例如加工产量普遍不高、螺杆使用寿命不长、排气量不够等等问题。木塑成型设备由最早的单螺杆挤出机已经发展成第二代锥形双螺杆挤出机，目前使用比较普遍但存在的问题也很多。由于木粉、植物纤维加入量大，树脂包裹在其中难以塑化，要求设备具有耐高背压齿轮箱，螺杆推动力强，塑化性能优异。而常规的锥形双螺杆挤出机螺杆是整体式螺杆，长径比较短，物料停留时间短，很难实现物料的混合分散与均匀塑化，加上如螺杆结构设计不合理，很容易造成机筒、螺杆磨损，最后造成开裂直至断裂。在生产大型制品时这种现象尤为突出。8、加工工艺配方和加工工艺参数对塑木复合材料性能影响的研究有待加强。尽管塑木复合材料有很多优点，但迄今仍存在不足，如抗老化性差、抗蠕变性差、色彩的一致性和持久性差、会受微生物侵蚀、拉伸强度明显低于普通木制品。这些不足需要从配方和工艺等入手深入研究吸取国外经验，不断提高塑木产品的生产技术和质量水平。例如，配方和加工工艺条件对于制品的美观和耐老化很关键。由于木质材料并不吸附普通的矿物基颜料，因此其色彩完全取决于自身被树脂湿润的好坏和木纤维在聚合物基体中分散的好坏。分散不充分将导致没有着色的木质材料出现可见的白点。表面的木质材料颗粒也得不到树脂的保护，而容易潮湿和受到微生物的攻击，降低力学性能。此外，研究力量分散、经费不足也是阻碍中国塑木复合材料发展的原因之一。研发机构和塑木企业缺乏沟通、协调和合作机制科研成果转化不足。调查表明，中国塑木复合材料研发2000年以来公开发表的期刊文献约200篇，发明专利约80项，实用新型专利约50项，有良好发展势头，但是大部分成果尚未产业化。而不少塑木生产企业工艺技术较薄弱，缺乏创新能力，许多技术问题还未得到很好的解决。9、其他类型塑木复合材料近来在开发新产品方面，各研发机构和塑木企业也取得一定成果，赋予了塑木复合材料新的功能。在此形势下，塑木材料逐渐应用到室内环境，塑木复合材料细分为：一、结构型塑木复合材料；二、轻质装饰型塑木复合材料。轻质装饰型塑木复合材料多为发泡型，多用于室内。发泡木塑制品塑木复合材料的微发泡成型是目前的研究热点之一。经微孔发泡的材料，泡孔密度为1091015个/cm3，泡孔直径在0.110.0m，其泡孔尺寸远小于传统发泡材料。这些小的气泡能够有效阻止材料中原有裂纹的扩展，使裂纹尖端变钝，因此冲击强度、韧性、疲劳周期、热稳定性等方面的性能都有显著提高，且泡孔的存在使材料密度减小。因此，对木纤维复合材料进行微孔发泡能够克服物理机械性能等方面的缺陷，在很大程度上提高材料的使用性能。塑木合金塑木复合材料使用的塑料多为废旧塑料，而废旧塑料很难做到准确地分类，因不同塑料之间相容性差，加工工艺也存在很大差异，因此如何把各种废旧塑料混合加工以降低成本是当前塑木复合材料加工行业的研究难题和研究热点。北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所提出利用异性混容技术制备聚合增强塑木合金。该技术采用两种或两种以上完全不相容不同的聚合物混合形成共连续相结构，得到高强度、高硬度、低成本的新型聚合木材料。并且，可使塑木原料选用向更大范围方向扩展，使目前以单组分废旧塑料进行塑木产品的制造向使用多组分废旧塑料形成塑料合金的方向发展。GG高效增强麻纤维/聚丙烯复合材料利用天然麻纤维增强聚丙烯制成的复合材料可与玻璃纤维增强聚丙烯一争高低，甚至可以代替PC/ABS和玻纤增强PC/ABS。与玻纤增强聚丙烯和PC/ABS相比，麻增强聚丙烯材料具有突出的优点：密度小，含50%麻纤维的聚丙烯密度仅为1.08g/cm3；除冲击韧性外，强度和刚性好，特别是有很高的弯曲模量；可在现有的注塑成型机上用原来的模具成型加工；冲击破碎时无尖锐边缘，满足车辆用部件的要求；具有更高的耐热性和更好的隔热、隔音特性；可循环使用，是环境友好型材料。10、发展趋势随着塑木复合材料制品的工业化，应用研究者发现了塑木复合材料制品的缺陷，应用者也对其提出了更高的要求：对园林景观类户外制品要做到抗老化防脱色、提高使用寿命；对室内门窗及装饰件材料要有良好的阻燃性能；对房屋基础件承载类塑木制品要有很高的力学性能，需要进行增强、提高抗蠕变性。随着节能呼声的提高，建筑业也对塑木复合制品的节能效果提出了更高的要求。因此塑木复合制品正朝着功能化、高附加值方向发展：阻燃型、增强型、抗老化型、抗蠕变型、保温隔热型等。此外，塑木复合材料的选材也朝多样化、多品种方向发展，包括原料木粉和塑料。在成型工艺方面，挤出成型工艺是当前塑木复合制品成型加工的主流方法，主要用于开发型材、管材、板材等。随着塑木制品的多样化，如塑木多层复合管材、塑木微发泡地板，对挤出工艺提出了更高的要求，其研发方向是多层塑木复合共挤、包覆共挤、钢/塑木共挤、塑料/塑木共挤等。注塑成型主要用于塑木专用零部件以及汽车零部件等，其发展新趋势是大型制品开发及工程塑料，如ABS塑木制品。模压成型方法与工艺是当前塑木复合制品研发的新趋势，如多层多工位间歇式、热挤冷压以及连续滚压式，特别是宽幅厚壁板材等大型塑木制品的开发，利用模压成型工艺可大大提高工作效率，并降低生产成本，生产出其他方法难以实现的产品。二、格林美塑木1、概况公司目前生产的塑木产品从原材料的角度讲，使用回收HDPE，填料使用VT粉、稻糠粉、木粉，其中以VT粉为重要来源，用来配合PCB电路板回收的产业链。其中回收HDPE料占2935%，纤维填料占5060%。公司生产的塑木复合材料具备以下特点：、材料密度高、强度高、清洁、美观，使用寿命是普通木制产品的10倍，产品100%可回收再利用； 、耐酸碱腐蚀、不吸水、无虫蛀、不长真菌、不繁殖细菌，可露天使用； 、二次加工性好 , 可锯、可钉、可钻、可刨、表面免刷漆，产品形状、尺寸可根据用户的要求调整。目前公司生产的塑木复合材料主要用于室内外各种铺板、栅栏、园林亭、桥、围栏、楼梯板、庭院扶手、花箱、露天铺地板、废物箱、路板，各种式样的室外凳、椅。2、生产原材料HDPE：3238%植物纤维粉末：4854%无机填充增强料：811%其他助剂与颜料：58%配料造粒成型后处理各种精度的电子秤：量取配方设定好的各种原材料。高低混合机：预处理并混合均匀按照配方设定好的各种原材料。异向锥形双螺杆挤出机：将塑化完全的粒料经二次加热塑化并模具塑型成初步产品。砂光机、拉丝机和压花机：将初产品的光滑表面处理掉，变成亚光效果，并可以热压木纹效果。混料异向锥形双螺杆造粒机：将混合均匀的原材料经加热塑化成均匀粒料。3、生产流程与设备4、分析与检测设备（塑木类，不包含有色金属相关）MTS万能力学试验机：进行材料的弯曲试验、拉伸试验、压缩试验、蠕变试验和握螺钉力试验。MTS冲击试验机：进行材料的抗冲击试验。洛氏硬度计：对材料的洛氏硬度进行测试。熔体流动速率仪：对原材料塑胶的MI值进行测试。Q20差热分析仪：对原材料塑胶的热性能、结晶性能和抗氧化性能进行测试。高低温环境试验箱：对材料的高低温耐候性进行测试。Q-UV紫外老化机：对材料的加速老化性能进行测试。Q-SUN氙灯老化机：对材料的加速老化性能进行测试。5、VT粉相关通过回收废旧PCB电路板，包括各种物理破碎、粉碎过程，我们可以得到两种主要物质，一种是铜粉，另外就是VT粉。（PCB电路板成分构造另外介绍）PCB电路板含有各种有害物质，需要满足一些国内及国际标准，现今比较流行的是RoHS标准，RoHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准，它的全称是关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令(Restriction of Hazardous Substances)。该标准已于2006年7月1日开始正式实施，主要用于规范电子电气产品的材料及工艺标准，使之更加有利于人体健康及环境保护。该标准的目的在于消除电机电子产品中的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚共6项物质，并重点规定了铅的含量不能超过0.1%。铅、汞、镉、六价铬四种重金属元素主要存在于焊接在PCB电路板上的各种电子元件，以及焊接材料。而多溴联苯和多溴联苯醚两种溴化合物主要来源于PCB电路板的热固性树脂基板，起到阻燃剂的作用，由于其阻燃的高效性和合理的成本，早期的PCB电路板基本多采用溴化合物类阻燃剂，而现今由于环保的要求，以及RoHS的出现，更多的绿色阻燃剂被使用。由于VT粉来源于废旧PCB电路板，VT粉以及VT粉塑木复合材料不可避免的也存在重金属和溴化合物类有毒有害物质，因此，对于回收PCB电路板而得到的VT粉，以及使用VT粉生产的VT粉塑木复合材料都存在有毒有害物质。虽然现今RoHS标准主要适用于电子电气类产品，目前还未涉及建材类产品，但VT粉塑木复合材料由于采用了回收PCB电路板而得到的VT粉，因此以后必然涉及到有毒有害物质的标准检测。我们不妨将VT粉以及VT粉塑木复合材料完全按照RoHS标准来检测。RoHS标准的主要要求是：有害有毒物质最大值Cadmium (Cd) 镉0.01% (100 ppm)Hexavalent Chromium Cr (VI) 铬0.1% (1000 ppm) Lead (Pb) 铅0.1% (1000 ppm) Mercury (Hg) 汞0.1% (1000 ppm)Polybrominated