木塑复合材料地板的成型

1、木塑复合材料地板 成型工艺 南京大源塑木新材料有限公司 南京市江宁区塑木研发中心 二零一三年十一月 木塑复合材料地板的定义 v木塑复合板材是一种主要由木材（木纤维素、 植物纤维素）为基础材料与热塑性高分子材 料（塑料）和加工助剂等，混合均匀后再经 模具设备加热挤出成型而制成的高科技绿色 环保材料，兼有木材和塑料的性能与特征， 能替代木材和塑料的新型环保高科技材料 ， 其英文 Wood Plastic Composites 缩写为 WPC。 生活中常见的木塑地板 木塑地板的物理化学性能 v 1、物理性能：强度好、硬度高、防滑、耐磨、不开裂、不虫蛀， 吸水性小、耐老化、耐腐蚀、抗静电和紫外线、绝缘

2、、隔热、阻燃、可 抗75高温和-40的低温。 v 2、环保性能：生态木、环保木、可再生，不含有毒物质，危险的 化学成分、防腐剂等，无甲醛、苯等有害物质释放，不会造成空气污染 及环境污染，能100%回收再利用并重新加工使用，也可生物降解。 v 3、外观质感：具有木材的自然外观、质感。比木材尺寸稳定性好， 无木材节疤，不会产生裂纹、翘曲、变形，产品可制成多种颜色，表面 无须二次淋漆亦可长久保新不退色。 v 4、加工性能：具有木材的二次加工性，如可锯、可刨、粘结、用 钉子或螺钉固定，各种型材规范标准 , 施工安装快捷方便。通过常规作 业方式，可加工成各种设施和制品。 木塑复合材料地板的技术性能 v

3、木塑复合板材是以采用60%稻糠粉与40%的 废PE塑料复合而成，其技术性能如下：抗拉 强度5.8Mpa；抗弯强度20.0Mpa；抗弯弹性 模量1480Mpa；握钉力(板面)1940N，(侧 面)1550N；含水率3%5%；密度1.18g/cm3； (端面)硬度118 Mpa；24小时吸水率0.36%； 最大厚度膨胀率0.28%；冲击韧性10.1KJ/m2； 纵向抗压强度26.5Mpa。 木塑材料的十大优点 v（1）防水、防潮。根本解决了木质产品对潮湿和多水环境中吸水受潮后容易腐烂、膨胀 变形的问题，可以使用到传统木制品不能应用的环境中。 v（2）防虫、防白蚁，有效杜绝虫类骚扰，延长使用寿命。

4、（3）多姿多彩，可供选择 的颜色众多。既具有天然木质感和木质纹理，又可以根据自己的个性来定制需要的颜色 v（4）可塑性强，能非常简单的实现个性化造型，充分体现个性风格。 v（5）高环保性、无污染、无公害、可循环利用。产品不含苯物质，甲醛含量为0.2， 低于EO级标准，为欧洲定级环保标准，可循环利用大大节约了木材使用量，适合可持续发 展的国策，造福社会。 v（6）高防火性。能有效阻燃，防火等级达到B1级，遇火自熄，不产生任何有毒气体。 v（7）可加工性好，可订、可刨、可锯、可钻、表面可上漆。 v（8）安装简单，施工便捷，不需要繁杂的施工工艺，节省安装时间和费用。 v（9）不龟裂，不膨胀，不变形，

5、无需维修与养护，便于清洁，节省后期维修和保养 费用。 v（10）吸音效果好，节能性好，使室内节能高达30%以上。 木塑地板的成型方法 v1.压制成型 v2.挤压成型 v3.注射成型 压制成型 v 压制成型这种成型方法是直接把物料送 人到模具中，然后利用油压机压制成型，它 分为冷料热压和热料冷压两种形式。冷料热 压是将冷的粒料加人到模具中，然后对物料 进行加热、加压，使之充满整个模具型腔， 最后进行冷却定型；热料冷压是将挤出机挤 出的熔融物料迅速送人模具中压制成型。 挤出成型 v 挤出成型先将物料预处理，然后利用单 螺杆或双螺杆挤出机对物料进行混炼，最后 通过机头将物料挤出成型。挤出成型方法简

6、单，生产效率高，是目前加工木塑复合材料 最主要的方法。挤出成型主要有一步法和多 步法两种。 一步法 v一步法是将木粉的干燥、木粉与塑料颗粒的 混合及挤出成型集中在一组设备上一步完成， 如图1所示 多步法 v多步法是将上述过程分别在 不同的设备上完成，如图2 所示。山于一步法在实际加 工过程中往往因干燥、混合 不彻底而出现制品质量变差、 密度分布不均匀等问题，所 以大多数企业主要还是采用 多步法（主要为两步法，即 先造粒后成型）进行木塑复 合材料的加工生产。 注射成型 v注射成型将经过干燥和表面处理 的木粉与基体树脂置于高速混合 机中，经充分搅拌混合后注射成 型；或者搅拌混合后再用单螺杆 或双螺

7、杆挤出机造粒后再注射成 型，这两种方法分别称为一步法 和两步法，如图3所示。一步法 可省去造粒工序，但对设备的要 求较高；两步法的造粒过程对物 料进行了二次混合，提高了木粉 在树脂基体中的分散性，而且造 粒后再注射成型的方法加料较为 容易，但是会使整个工艺过程比 较复杂。 木塑复合材料地板生产中需要研究的 最关键技术 v如何提高亲水性木粉与疏水性塑料的相容性； v如何使聚合物基体由单组分向多组分方向发展，并能使回收 的聚丙烯（PP)、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC)等多种废弃 塑料和木粉同时混合成型 v如何使木粉的含量由低含量向高含量发展，以降低成本，赢 得市场 v如何提高木塑复合材料的强度

8、，以及加工时更容易填充一些 高强度填料如玻璃纤维等，从而扩大应用领域； v如何通过设计改进混炼设备和成型模具，以解决木塑复合材 料混合性差、难成型等缺点，提高生产效率。 木塑复合材料地板的挤出成型设备 v 目前应用于木塑复合材料挤出生产的设备主 要有单螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机、平 行双螺杆挤出机 。 单螺杆挤出机 v 单螺杆挤出机的输送作用是靠摩 擦来实现的，由于木粉比较蓬松， 木粉与塑料的导热性差，挤出困 难，使木粉在螺杆及流道内停留 时间过长，容易出现烧焦现象， 而且单螺杆挤出机的混炼效果不 好、排气效果也差，致使它在加 工木塑复合材料中受到很大的限 制。但是由于单螺杆挤出机结构 比较

9、简单，维修费用也低，故仍 受到很多生产厂家的青睐。为满 足使用要求，已开始对单螺杆挤 出机进行各种改进。 双螺杆挤出机 v 双螺杆挤出机的输送原理是正位 移强制输送，没有压力回流，加 料容易；排气效果好，能够充分 地排除木粉中的可挥发成分；螺 杆螺棱互相啮合，强烈的剪切作 用使物料的混合、塑化效果更好； 物料停留时间短，不容易出现木 粉烧焦现象。因此双螺杆挤出机 已成为目前木塑复合材料的主要 加工设备。双螺杆挤出机又分为 锥形双螺杆挤出机、平行双螺杆 挤出机两种。 木塑地板生产线 木塑地板成型生产线 影响木塑复合材料性能的因素 v 以木塑复合材料挤出为例，影响木塑复合材 料性能的因素主要包括挤

10、出成型工艺条件、 基体树脂的种类、木粉的含量（木塑比）及 木粉粒径、各种添加剂（润滑剂、偶联剂、 增容剂等），以及木塑复合材料挤出成型的 设备等。 挤出工艺条件对木塑复合材料性能的 影响 v (1)挤出成型温度的影响木塑复合材料在挤出加工过 程中主要受机筒温度和机头温度所影响，机筒温度 主要对复合材料的混炼和塑化效果有决定性的影响， 机头温度则对挤出成型有重要影响。 v(2)挤出机螺杆转速的影响从固体输送理论和粘性流 体输送理论可知，提高螺杆的转速可以提高挤出的 产量，降低生产成本和提高劳动生产率。 v (3)其它工艺条件的影响除了温度和螺杆转速对木塑 复合材料的性能有重要影响外，冷却速度、机

11、头压 力、排气等也对其有一定的影响。 基体树脂对木塑复合材料性能的影响 v 由木质纤维只能承受200的加 工温度，所以木塑复合材料的树 脂基休一般采用PE、PP和PVC 等加工温度低的热塑性树脂，不 同基体树脂的木塑复合材料在拉 伸性能、弯曲性能、冲击强度和 热变形温度上都是有差别的。分 别以PE、PP、PVC为基体，木 粉的填充量为50%，制备3种木 塑复合材料，各自的性能参数见 表1 木粉含量及其粒径对木塑复 合材料性能的影响 木塑复合材料中木粉含量影响 v木塑复合材料中木粉含量的多少直接影响到 木塑复合材料的加工性能与制品的力学性能。 以HDPE为基体树脂为例，分别加人0、 30、40、

12、50、60份木粉制得木塑复合材料， 其拉伸强度、冲击强度、弯曲强度及弯曲弹 性模量如图4图7所示。 拉伸强度、冲击强度、弯曲强度及弯 曲弹性模量 图 木粉含量对拉伸、冲击强度的影响 v 由图4、图5可以看出，当术粉的含量由0份增加到30份时， 其拉伸强度和冲击强度分别从14.1MPa下降到6 MPa和从 15.6 kJ/m2下降到5.2 kJ/2m，粉的填充量增大，加剧了木粉 的聚集现象，颗粒引起应力集中和缺陷的儿率增大，使 HDPE/木粉复合材料的拉伸强度和冲击强度急剧下降。但随 着木粉含量的进一步增加，两者的变化率都不大，处于一个 非常稳定的阶段。因此在加人木粉的初级阶段要考虑加人适 当的

13、增容剂，以改善木粉与HDPE界面的相容性，提高材料 的拉伸强度和冲击强度。 木粉含量对弯曲强度及弹性模量的影 响 v 虽然木粉的加人降低了材料的韧性，使拉伸 强度和冲击强度降低，但由图6、图7可以看 出，木粉的加人同时又提高了材料的刚性， 因为木粉加人后仍然保持纤维束状，有一定 的长径比和较高的强度，当木粉加人到一定 程度时，对体系的增强作用史加明显，这主 要表现在随着术粉含量的增加其弯曲强度和 弯曲弹性模量明显增大。 木粉粒径对木塑复合材料性能的影响 v粒径较大的木粉有利于复合材料弯曲性能和 冲击性能的提高，其拉伸强度随着木粉粒径 的增大而呈现先上升后下降的趋势，在粒径 为200m时出现最大

14、值，当粒径在150 850m范围内有利于熔体流动速率（MFR） 的提高，密度随着粒径的增大而减小，并得 出粒径为180250m的木粉可赋予木塑复 合材料良好综合性能的结论。 木塑复合材料地板的发展前景 v 木塑复合板材兼具木材和塑料的成本和性能优点，并且这种材料有耐腐 蚀、不翘曲、维修方便、外观与木材非常相似的优点，因此，把木粉填 充混合加工成为建筑和结构用型材已成为目前塑料挤出行业中最为活跃 的领域之一，回收废旧塑料、植物秸杆等是对资源的再利用，可以有效 地减少木材用量，保护森林。 v 木纤维和植物纤维来源充足，质轻价廉，对设备磨损小，制成品尺寸 稳定，电绝缘性好，可反复加工，无毒，且能生物降解，对自然环境不 会造成污染。热塑性塑料主要为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯 乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）等聚烯烃，可用新料、回收料或二者的 复合材料。利用天然木纤