木塑复合材料的配方设计

木塑加工设备的选择
1、 单螺杆挤出机 平行双螺杆挤出机
2、 异向旋转双螺杆
锥形双螺杆挤出机 3、 同向旋转双螺杆挤出机与单螺杆挤 出机共挤出直接成型制品
采用木塑单螺杆挤出机特点
材料：制成颗粒料 物料预先干燥排气 加料方式：重量加料 熔化机理：机筒加热和螺杆剪切
优点 ：
缺点：
1、技术成熟 ； 1、较高原材料成本； 2、设备成本低。 2、产量较低； 3、需要木粉干燥系统； 4、螺杆转速受到限制（防止剪切过度） 5、低温高压挤出困难。
2、螺杆转速高，木粉易 烧焦； 3、低温高压挤出困难。
七、配方设计
1、树脂：挤出级聚烯烃原料
回收料、新料均可
PVC原料采用新料 2、木粉/木纤维： 木粉长径比L/D=2：1-4：1 木纤维长径比L/D=10：1利于增强
三种木塑材料典型配方
HDPE/PP
基础树脂 木粉 加工助剂 25-50% 50-70% 2-6%
日本艾因工程技术公司型材产品
木塑材料样品
木塑PVC产品
木塑PE板与PVC及发泡产品
四、木塑复合材料特性：
★1、对环境友好： 使用再生材料（木粉与塑料） 不需要作防腐处理
★ 2、不需要日常维护，使用寿命比木材长 不吸湿、潮，不腐烂，防虫 不破裂、开裂、不变形 对冷、热环境不敏感
3、聚烯烃类木塑材料机械性能好，可广泛作承 载结构材料使用； 4、聚烯烃类木塑材料98%的原料为再生材料， 所以成本较低，同时产品可100%再回收利用； 5、PVC类木塑复合材料通过微发泡提高冲击强 度、降低比重，真正仿木。
若我国能将每年回收的400多万吨 各种废旧塑料全部用于生产各种木塑 制品，产量可达800多万吨，工业产 值接近400多亿元，这还不包括用新 塑料与木粉进行复合生产，因此开发 木塑产品具有很好的经济效益。
六、关键技术与加工设备
1、原材料(塑料、木粉种类）如何提 高塑料与木粉之间界面结合力（有关 助剂的选择与用量确定）； 2、挤出成型设备及工艺—提高共混 分散的能力及建立足够的挤出压力； 3、成型模具的设计与冷却定型技术。
国内外三大类木塑材料使用比例
二、木塑复合材料发展背景
☆1、货物包装：由于天牛虫问题，国家四部
委通知要求：企业在生产和出口欧美产品中 要尽量避免使用木质包装； 2、我国目前木质托盘的年产量 近亿万只， 木材消耗量达3000万立方米，而木质托盘又 是消耗品；
3、木材在使用过程中产生25-30%的废材， 各行各业迫切在技术上解决这些废材的利用， 使之资源化；
偶联剂对复合材料性能的影响
偶联剂含量对复合材料热变形温度的影响
偶联剂添加量对复合材料吸水性的影响
配方设计
1、木粉： 2、HDPE/PP： 3、偶联剂/相容剂： 4、抗氧剂： 5、紫外吸收剂： 6、润滑剂： 7、分散剂等：
八、木塑材料发展趋势
不但使用再生材料，而且使用新塑料
再生材料供应问题 再生材料价格增加 更好的质量，生产过程更均匀、稳定
木纤维与塑料结合更加均匀与紧密，性能优，填充 量大 发泡结构减轻重量 复合结构增加硬度与刚性 其他纤维材料的填充与应用
根据国内外木塑复合材料的研究与应用的 进一步发展，可以预计其加工技术主要有如下 发展趋势：
（1）原料多样化； （2）木粉填充量超高化； （3）设备、工艺专业化； （4）产品高档化。
环保木/塑美木 POLYWOOD（保利木）
定义：以塑料为基添加一定比例的含有 木质纤维类材料制成的材料； 或以木粉为基添加一定比例的塑料 制成的材料都可称为木塑复合材料。
塑料：以热塑性再生塑料为主，可以采用 新料,种类为：PE、PP、PVC、ABS等 木质纤维： 锯末粉，花生壳，稻壳，各 种农作物秸杆、亚麻杆及棉花杆等含有木 质纤维之类的材料，还可以是可回收的汽 车轮胎，玻璃纤维、无机纳米材料等 成型方法： 挤出法：型材、板材、管材等 注塑法：各种零件 热压法：板材或简单产品为主。
4、我国每年可回收的塑料在数百万吨以上， 而我国废旧塑料回收率在世界上较低，仅 为15％左右；发达国家废旧塑料的回收率 都在50%左右；
5、将废旧塑料与废弃木材有效利用，既可节 约森林资源，又可保护环境 。木塑复合材 料技术为我国解决木材紧缺、森林资源保 护、“白色污染”等问题，提供了一个全 面的，一举多得的解决方案。
6、木粉填充后的制品技术性能可靠，质感接 近木感，维修简单。可以用与天然木材相同的 工具和工艺进行钻孔、切割和修整，还可以象 加工木材那样打磨、喷漆、上色和装饰，使其 获得所需的美观效果。特别是PVC木塑材料效 果更佳。
不同木塑复合材料性能比较
性能 密度 价格 回收方便 硬度 抗蠕变性能 使用温度 阻燃性能 HDPE 2 1 1 3 3 2 2 PP 1 2 2 2 2 1 2 PVC 3 3 3 1 1 3 1
产品性能
木塑复合材料机械性能
项 目 单位 % 测试标准 GB/T1040 PE类 3～4 PVC类 2～4 拉伸断裂伸长率
抗弯模量
抗弯强度 压缩模量 压缩强度 无缺口Izod冲击强度 螺钉拔出力(4.4mm直径 25.4mm深)
GPa
MPa GPa MPa J/m kg
GB/934188
GB/934188 GB/T1041 GB/T1041
2～3
30～35 1.0～1.2 25～30 150～ 160 60～100 15～25
GB/T1843
300-320 (5mm螺钉)
五、应用实例—木材的理想替代品
包装运输类：托盘、军品和民品包装箱、玻璃包装 箱、周转箱，插车货板、仓储垫板等包装制品
园林景观类：凉亭、座椅、栅栏等城建用品
车辆船舶类：汽车等内装材、风扇罩、仪表架等部 件、船 舶内装和隔热材等 家装及建筑类：活动房屋，窗框，门板，门褴，混 凝土模板，楼梯拍手，墙壁，天棚，装饰各种异型 材，地板、家具等建材用品 其它类：农用大棚支架及用桶、钓鱼用舢板、水产 箱、教学用品、枪托、球拍、滑雪板、高尔夫球棒、 舞台用品以及各种模型等
PVC
35-65% 30-50% 4-10%
基本配方中木粉对成本的影响
成 本
木塑复合材料与天然木材性能比较
木粉填充量对复合材料性能的影响
木粉的粒径对复合材料性能的影响
木塑材料加工助剂作用
1、改善加工特性
★ 润滑剂 ★ 偶联剂/相容剂
2、提供加工稳定性，提高使用寿命
★抗氧剂 ★紫外吸收剂和稳定剂
产品性能：
木塑复合材料的物理性能
项 目 单 位 g /cm3 mm/mm/℃ % % % 微米 / 年 PE类 0.96 ~ 1.1 3.5×10－5 0.2 0.3 0.4 50 ~ 56 2 3 PVC类 0.4-0.9 比 重 线胀系数(20℃) 吸潮性 吸水性 ﹝24小时水中﹞ 表面磨粗后吸水性 ( 24小时水中﹞ 紫外线老化率
同向旋转双螺杆挤出机与单螺杆共挤出
采用同向旋转双螺杆挤出机特点
含水量可大些（8%） 木粉和塑料颗粒大小不 受限制； 重量加料与侧喂料； 熔化机理：机筒加热， 高螺杆转速与高剪切 可排气 双螺杆长径比40：1， 单螺杆10：1即可。 优点：1、无需预干燥与 预混合；
2、塑料与木粉混合效果 好。 缺点：1、需要较好的加 料系统，成本高；
意大利：Bausano Group：异向旋转双螺杆挤 出机，挤出片材与板材（≥2000mm×1mm6mm） 原料：PP、ABS、PVC+木粉 加拿大：Dura公司（生产厂家）：利用 HDPE/木粉挤出型材（设备Davis Standard） 日本：艾因工程技术公司挤出成型宽幅大型 高强度中空板材（W=900mm厚达100mm） 相比胶合板等实心板具有更高的刚性、弯曲 强度和表面硬度； 具有优于铝材的耐久性、耐水性，兼备木材 的触感和风格。
木塑复合材料发展与配方设计
北京化工大学塑机所
薛 平 二零零四年十二月
一、什么是木塑复合材料？ 二、木塑复合材料发展背景 三、国内外木塑技术发展趋势 四、木塑复合材料特性 五、应用实例—木材的理想替代品 六、 关键技术与加工设备 七、配方设计 八、木塑复合材料发展趋势
一、木塑复合材料：
也称为： 塑木或木塑复合材料
三、国内外木塑技术发展趋势
国外： PE、PP、ABS、PVC+木粉 美国Mobil公司：利用废旧膜与锯末挤出型材 Davis Standard：单螺杆挤出机、双螺杆挤 出机挤出型材，双挤压系统 Cincinnati：锥形双螺杆挤出机挤出型材 专门设备：Woodtruder，包括共挤压 木粉填充量：达到50-90% 产量高：300-1000kg/h
异向旋转双螺杆挤出机
采用异向旋转双螺杆挤出机特点
1、木粉和聚合物粒径 相同； 2、需要预混合、干燥； 3、强制式加料机； 4、平行或锥形双螺杆； 5、熔化机理：机筒加 热和螺杆混合塑化； 6、挤出机中真空排气
优点：技术成熟，低转速、 低剪切。
缺点： 1、需要干燥系统； 2、较高的设备成本； 3、需要预混合； 4、木粉含水量控制在较 低的水平，才能保证较 高的产量。
国外木塑材料主要应用领域分布情况
应用实例
户外产品
木塑托盘
园林产品
包装产品
汽车内饰件
PVC木塑室内装饰
木塑复合材料的应用在不断扩展
仅以美国为例：应用于围栏、门窗框 架、户外产品、包装货架等，1998年 共生产9万吨至2000年增长到18万吨, 至2003年达到近40万吨。 生产木塑制品投资省、见效快，原料、 来源广泛 ，产品的投产期仅需2-3个月， 利税可达30%以上，经济效益与社会 效益均好。
3、改善机强度
★偶联剂 ★冲击强度改性剂
润滑剂
内润滑—影响树脂加工性能
★降低粘度，增加流动性 ★降低剪切耗散热 ★降低熔体破裂
外润滑—影响树脂与木粉之间界面性能