1、1目 录1.木塑介绍.22木塑市场潜力及发展前景23. 材料的选择及依据33.1树脂原材料43.2 木粉.43.3 偶联剂43.4 相容剂.43.5 润滑剂.43.6 分散剂.53.7 其他助剂.53.8 阻燃剂.53.9 抗氧剂53.10 防菌剂,.63.11 光稳定剂;64. 配方设计.65.挤出成型工艺介绍.65.1.挤出成型 .65.2.工艺流程 75.3.设备及其特点.75.4.工艺参数及影响.86.产品后处理及检测.821.木塑介绍木塑，即木塑复合材料，是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过 35%-70%以上的木粉、
2、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。将塑料和木市场上。国内木塑主要的材料分为 PE 木塑和 PVC 木塑两大类 。PE 木塑的优点：PE 木塑材料有优秀的防水性和防腐性，硬度高，受热易变型屈曲，但采用加厚或多孔空心结构效果好。PE 木塑的缺点：1 产品室外运用生存的年限有限；现用 3-5 年；2 抗氧化和抗光分解能力较差，就算加入抗氧气剂和 UV 借鉴剂，效果也不太理想，还会影响产品强度和色牢度；3 产品外表颜色纯一，没有木质感，外观效果较差。2木塑市场潜力及发展前景（1） 国外的发展现状北美
3、是目前世界上木塑市场最大的地区，据专项报告显示，2001年仅北美地区的年耗材量就在32万吨以上。预计2005年以前会以两位数的速率增长，2005年的用量将是2001年用量的两倍以上。其中，美国在行业研发和市场开拓上一直走在前列。在欧洲，木塑复合材料的发展增长强劲，技术已经达到共挤阶段，在家具制造行业，一直保持持续增长，即将占据主导地位。此外，日本的发展也处于国际领先水平。（2） 我国木塑行业的发展历史及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，国内木塑行业兴起还不足10年时间。截止 2005年止，全国木塑企业在150家左右，这些企业大多技术水平落后，还处于木塑工业的初级阶段。
4、截止到2009年底，国内集结在木塑产业链上的主流企业已达300余家。特别重要的是，在各方力量的共同努力下，国内木塑材料/制品的制造水平已跃居世界前列，取得了与欧美发达国家木塑企业进行平等对话的权利。随着政府的大力推广与社会观念的更新，木塑行业将会越老越热。我国现有木塑工业从业人员数万人，木塑制品年产销量已接近10万吨，年产值超过 8亿元人民币。木塑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行情的绝对优势。行业内重要科技代表企业的试验样品已达到或超过世界先进水平。一些行业外的大型企业和跨国集团也在密切关注中国木塑工业的动态。（3
5、） 木塑复合材料应用:3包装行业木塑复合材料目前在国际上应用最广的产品是托盘。北美地区托盘用量每年高达 2 亿多个，日本托盘用量每年约 600 万个，其中木塑托盘产品已经占到近一半市场。中国物流与采购联合会托盘专业委员会预测，近几年内，我国木托盘的平均使用量将会突破 8000 万个/年，木塑托盘也将占据一定市场份额。铁路轨枕目前，木塑复合材料铁路轨枕因成本偏高用量不大，但却很有前景。如何进一步降低成本，已成为是否能推广应用的关键。铁路轨枕，用木塑材料 取代全木枕或混凝土轨枕，优点更多。我国轨枕 70%为混凝土制品。由于火车提速，混凝土轨枕因刚性强对道床冲击很大，容易击碎和粉化道碴，造成翻浆、冒
6、泥，影响线路稳定。而木塑轨枕洽好能解决这个难题，专家预测，到 2010 年，木塑轨枕的需求量将达到 80 万立方米，约 1200 万根。建筑行业木塑复合材料在建筑行业主要用做回廊板、窗户和门板、混凝土水泥模板等，其中发展最为迅速的是回廊板。虽然这种回廊板比加压处理的木材价格高，但它不需要太多维护，不易开裂，有良好的环境亲和性。建筑门窗是另一个重要应用领域，木塑异型材在隔热保温、防腐、装饰等方面都优于传统建材。PVC 是生产窗户构件最常用的热塑性原料，也有用其他塑料的，如 Certain-teed 公司将 PVC 的芯子与填充了木材的 PVC 表层一起挤出，产品表层可涂饰或染色；国内一家木塑门窗
7、企业生产的木塑门窗采用了 ACR 改性 PVC 和国际先进的软硬复合成塑挤出技术，产品充分体现了木材与塑料两种材料的优点。园林庭院园林庭院方面主要用于制造室外桌椅、庭院扶手及装饰板、露天地板、废物箱等。汽车内装饰件在汽车内装饰方面，美国“福特” ，德国“奔驰”、 “奥迪”、 “宝马”，日本“丰田” ，法国“雪铁龙”，瑞典“沃尔沃”等名牌轿车的内装饰基材，均在不同程度水暖工使用了木塑复合材料。从近几届国际汽车博览会推出的轿车零部件产品看，采用木塑复合材料制造轿车内装饰件基材，已经成为此类产品发展的趋势。3材料的选择及依据目前用于生产木塑复合材料的原材料主要有塑料聚乙烯（HDPE、LDPE、LLD
8、PE） ；木粉添加剂包括相容剂、偶联剂、润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、阻燃剂和防菌剂。3.1 树脂原材料因为 LLDPE 的黏度稍高，加工温度也高，可达 200215，所以首先排除。LDPE、HDPE 的流动性好，加工温度低，黏度大小适中，分解温度低，在惰性气体中高达 300也不分解，是加工性能很好的塑料。但 HDPE 的价格低于 LDPE，所以选 HDPE。同时，HDPE 再生料经过适当处理制得的再生塑料或改性的再生塑料具有广阔的开发利用前景，能产生显著的经济效益和社会效益。 HDPE 5000S 再生料 0.75 万/吨。3.2 木粉4用于木塑制品的植物纤维主要是木粉。但木纤维的品种粒径表面状
9、况含量与基体树脂的相容性都会影响加工性能和产品性能。木粉粒径：对复合材料的弯曲性能、冲击性能有一定影响。而且木粉的粒度越小，其成本也越高。综合考虑，一般选用粒度在 20100 目的木粉最为经济。木粉的添加量：随着木粉质量份数的增加，木塑复合材料的弯曲性能显著提高，而冲击性能则迅速下降，拉伸强度，断裂伸长率也随之下降，耐热性却明显改善。价格从 0.0180.268 万/吨不等，均价在 0.050.1 万/吨。3.3 偶联剂偶联剂能使塑料和木粉表面之间产生强的界面结合，同时能降低木粉的吸水率，提高木粉与塑料的相容性及分散性，明显提高力学性能。 常用偶联剂有：异氰酸盐、过氧化异丙苯、铝酸酯、硅烷偶联
10、剂、马来酸酐改性聚乙烯（MAH-g-PE） 、乙烯-丙烯酸酯（EAA） 。一般用量为 1wt8wt。由于偶联剂成本较高，会直接影响产品的价格，应根据用途调整偶联剂的用量。硅烷偶联剂是研究的最早被广泛应用的品种之一。常常被简单描述成排列整齐的硅烷系分子层在聚合物和填料之间形成共价键桥。硅烷偶联剂的国内主要应用有：KH-550、KH-560、KH-570 选择 KH-550.用于热塑性和热固性树脂，能大幅度提高增强材料的干湿态抗弯强度、抗压强度、剪切强度等物理力学性能和湿态电气性能，并改善在聚合物中的润湿性和分散性。硅烷偶联剂的用量：使用量与其种类以及填料的表面积有关，当填料面积不确定时，硅烷偶联
11、剂的用量可以确定为填料量的 1.0左右。价格在 412 万/吨不等。均价在 57 万/吨综合考虑选用：KH-550：5 万/吨。3.4 相容剂加入相容剂是提高木粉和塑料相容性最有效的方法。所用相容剂主要有马来酸酐（MAH） 、丙烯酸（AA）或缩水肝油基甲基丙烯酸（GMA）接枝 PE、PP、SBS 等接枝聚合物，其他还有酚醛树脂、聚丙烯酸酯及 EAA 等。马来酸酐聚合物是最常用和最有效的相容剂，可在树脂和木粉之间起桥梁作用，已在各类复合体系广泛使用。APE 广泛应用于聚乙烯木塑复合材料的优良相容剂。目前，人们普遍认同相容剂 MAPE 可以明显提高木塑复合材料的拉伸强度和弯曲强度。价格在 1.72
12、.5 万/吨不等。3.5 润滑剂内润滑影响树脂加工性能作用：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作用：减小树脂与机筒、螺杆间摩擦；防熔体破裂；促进填料的分散。润滑剂的种类多种多样，配方中主要选用 EBS（内、外润滑） ，聚乙烯蜡（外润滑） ，白油（内润滑） 。EBS（乙撑双硬脂酰胺）：可看成兼有内、外润滑作用，但倾向于外润滑，是一种能促进流动并析出金属的助剂。由于 EBS 使用方便，易于加工，因此广泛用5于异型材的生产，但在要求高透明性情况下，不能使用 EBS。聚乙烯蜡：又称低分子量聚乙烯，分子量 15005000，熔点高，一般在 1以上，是很好
13、的外部润滑剂，在高温加工条件下比石蜡有效。典型产品是低密度的 PE稍经氧化（酸酯 1220）的润滑剂。白油：也称“液体石蜡” ，适用于 PE、PVC、PS 等的内部润滑剂，润滑效果较高，热稳定性好，无毒，适用于挤出、注射成型等，但与聚合物相容性差，故用量不宜多。若过量会产生压析和发粘现象。三种润滑剂价格：EBS：0.12.3 万/吨不等，均价 1.21.5 万/吨聚乙烯蜡：12.95 万/吨不等，均价 1.5 万/吨白油：0.920 万/吨不等，均价 11.5 万/吨3.6 分散剂木纤维比表面大，在高含量填充时，加工难度较大，为增加加工流动性应加入适量分散剂。分散剂一般是改性蜡状物质，可认为它
14、对木纤维会产生不浸润的现象，从而影响已改性的木纤维与 HDPE 之间的结合力。因此，在加工条件可能的情况下应尽量少加分散剂。常用分散剂有硬脂酸或硬脂酸酐。3.7 其他助剂例如 ：阻燃剂、抗氧化剂、光稳定剂、防菌剂、紫外线吸收剂等，是塑料生产中常用到的助剂。虽然加入量少，但对改善产品的性能却至关重要。3.8 阻燃剂四溴双酚 A多种用途阻燃剂，可用于抗冲击 PS、ABS、AS 及酚醛树脂。 Sb2O3无机阻燃剂中使用最广的品种，但单独使用时阻燃效果不佳，与有机卤化物并用通过协同作用，则具有优良的阻燃效果。Al(OH)3无机阻燃剂，加入塑料中，有减少烟雾和有毒气体的作用， 阻 燃性能稍差，在塑料中需
15、添加 4060 份，加入量多影响塑料的力学强度，增加成本。硼酸锌可作为氧化锑的代用品，与卤化物有协同作用，但阻燃性不及氧化锑，但价格仅为氧化锑的 I/3。氯化石蜡有机氧化物阻燃剂最为重要，应用最广的一种。含氯量 70作阻燃使用，相容性好，多与 Sb2O3 并用，可作 PE、PS、聚酯的阻燃剂。但分解温度低，在塑料成型有时会热分解，因而有使制品着色和腐蚀金属模具的缺点。聚磷酸铵（APP）长链状含磷、氮的无机聚合物。分子通式（NH4PO3） n ,由于其具有化学稳定性好、吸湿性小、分散性优良、比重小、毒性低等优点，近年来广泛用于塑料、橡胶、纤维作阻燃处理剂。聚合度是其作为阻燃剂产品质量的关键，聚合
16、度越高，阻燃防火效果越好。APP：0.75（聚合度 50）2.4 万/吨不等，均价 1.5 万/吨3.9 抗氧剂6抗氧剂 1010：白色粉末，熔点 120125，挥发性极微，不污染，不着色，不易被水抽出，为高分子量的多元阻碍酚抗氧剂，抗氧效果很高，用量为 0.1 0.5 ，当与 DLTP、DSTP 等辅助抗氧剂配合使用，配比主：辅=1:3 时效果更好，并可节省主抗氧剂用量。抗氧剂 DLTP（硫代二丙酸二月桂酯）：白色粉末，熔点为 3940，性能与用途与 DSTP 相似。抗氧效果比 DSTP 弱，但与树脂相容性比 DSTP 好。抗氧剂 1010 价格从 0.17.5 万/吨不等，均价在 44.3
17、 万/吨。抗氧剂 DLTP 价格从 2.945 万/吨不等，均价在 56.5 万/吨。双酚 A、双酚 C：毒性低，可用于 PE 和 PVC 中，但为低效抗氧剂。抗氧剂 CA：挥发性小，无毒、无味、不污染，耐热性好，为优良的酚类抗氧剂，具有良好的抗氧化性和抑制铜离子催化氧化，可用于接触铜电线或电缆绝缘层，多用于 PE、PP、 PVC 中，但价格颇高。抗氧剂 1076：挥发性小，热稳定性优良，是一种优良的抗氧剂。适用与PE、PP 、PVC 等，但效果稍逊于抗氧剂 1010。3.10 防菌剂木塑材料室外产品逐渐暴露出老化问题。国外已经发现埋入地下与地面接触的木塑材料有被真菌或白蚁生物降解的现象。暴露
18、在阳光和空气中的 WPC 也发生了结构变化。除力学性能下降外，表观性能也大受影响，出现发黄或褪色的现象。硼酸盐类对真菌和昆虫非常有效，对哺乳动物毒性低，抗流失性强，成为木/塑复合研究中的首选防腐剂。硼酸锌价格价格从 0.912 万/吨不等，均价在 11.3 万/吨。3.11 光稳定剂受阻胺类（HALS）是近 20 年来聚合物稳定助剂开发研究领域热门课题。已广泛应用于户外使用 PE 制品中，一般用量为 0.1 0.5 ，就能达到老化效果。价格从 0.127 万/吨不等，均价在 1012 万/吨。4. 配方设计综合以上各种因素设计最终配方如下：HDPE（回收料） 100 基体树脂木粉（60） 80
19、 填料HDPE-g-MAH 8 相容剂KH-550 0.5 偶联剂EBS 1 内、外润滑聚乙烯蜡 2 外润滑、分散剂抗氧剂 1010 0.3 主抗氧剂抗氧剂 DLTP 0.1 辅抗氧剂受阻胺类光稳定剂 0.2 光稳定剂 聚磷酸铵 30 阻燃剂硼酸锌 2 防菌剂7（假设木栅栏的质量是 1kg，则需要成本 6.62 元市场上 1kg 的木栅栏大概在67 元）5.挤出成型工艺介绍5.1.挤出成型 也称为挤压模塑成型或挤塑成型，是借助螺杆的挤压作用，使受热熔化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。挤出法几乎能成型所有的热塑性塑料。生产的制品有管材、板材、线缆包覆物
20、以及塑料与其他材料的复合材料等，是一种生产效率高、用途广泛、适应性强的成型方法。用于生产木塑复合材料时，挤出法工艺具有产品质量稳定、成本较低、投资相对较少等优点，因此发展较快。5.2.工艺流程 5.2.1 大致流程原料准备 预热 干燥 加料调整 挤出成型 定型冷却牵引切割 后处理 制品5.2.2 一步法挤出成型工艺助剂、热塑性塑料、木质纤维原料 挤出机 挤出成型 定型冷却 牵引 切割 木塑制品5.2.3 两步法挤出成型工艺（包括混炼造粒和挤出成型）混炼造粒：木质纤维原料 预处理 预干燥 预混合 混炼 造粒 木塑粒料挤出成型：木塑颗粒 干燥 挤出机 挤出成型 定型 冷却 牵引 切割 木塑制品5.
21、3.设备及其特点挤出法生产木塑复合材的主要设备是螺杆挤出机，包括单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。5.3.1单螺杆挤出机单螺杆挤出机的工作原理及特点就一般的单螺杆挤出机而言，热塑性固体物料从料斗加入，在旋转着的螺杆的作用下，通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用，向前输送和压实。在开始的阶段物料呈固态向前输送，由于机筒外有加热圈，热量通过机筒传导给物料；与此同时，物料在前进运动中，生成摩擦热，使物料沿料筒向前的温度逐渐升高，致使高分子材料从颗粒或粉状的固体转变成熔融的流体状态，熔融的物料被连续不断地输送到螺杆前方，通过过滤网，分流8板而进入机头成型，从而使高聚物熔体具有一定的形状；再
22、通过定型、冷却、牵引等辅助作用，就成为一定形状的热塑性制品。物料通过螺杆的挤出包括了输送、熔融及混合三个基本职能。因而要求有相应的三个区段，加料段、压缩段、计量段（又叫均化段）。单螺杆挤出机的特点是机头处熔融物料的压力较高并且稳定，但混合效率较低，故一般用于混合效率要求不高的型材挤出、造粒等。单螺杆挤出机的结构比较简单，价格不高。5.3.2双螺杆挤出机双螺杆挤出机的工作原理及特点对于平行啮合同向旋转双螺杆挤出机，当物料由加料口加到一根螺杆上后，在摩擦拖拽下将沿着这根螺杆的螺槽向前输送至楔形区，在这里物料受到一定压缩。因两根螺杆在楔形区有一大小相等、方向相反的速度梯度，故物料不可能进入啮合区绕同
23、一根螺杆继续前进，而是被另一根螺杆托起并在机筒表面的摩擦拖拽下沿另一根螺杆的螺槽向前输送。当物料前进到上方楔形区时，又重复此过程，只是已在轴线方向移动了一定距离。螺杆挤出机尤其是啮合同向双螺杆挤出机的特点是剪切力大、混合效率高，但熔体压力控制不如单螺杆挤出机平稳，故双螺杆挤出机主要用于混合效率要求高的场合，如纤维与塑料熔融复合。双螺杆挤出机结构复杂，价格一般为相当螺杆直径单螺杆挤出机的数倍。近年来，锥形双螺杆挤出机用于木塑复合型材的挤出成型受到重视，锥形双螺杆挤出机对物料的混合能力强于单螺杆挤出机，而挤出压力比双螺杆挤出机大，可用于直接挤出型材。此外，尚有物料压缩比大的特点，这对于原料堆积密度
24、较低的木塑复合材的挤出加工而言，是突出的优点。然而，锥形双螺杆挤出机的混合效率不及平行双螺杆挤出机，此点在选择具体设备时应予以充分注意。木塑复合材挤出成型工艺概述干燥的木材纤维（或木粉、细小刨花，可预先进行表面改性处理）由特殊的喂料器在塑料熔融时连续喂料（或者与塑料粉末混合后一同喂料），木材纤维（或木粉、细小刨花）与塑料及助剂（偶联剂、润滑剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、热稳定剂等）在双螺杆挤出机的熔融段被充分混合。此时木材中的残余水分由真空泵带走。在充分混合并塑化后，混合物在一定压力下从口模挤出，制成型材或板材。这种挤塑可以挤出性能均一的材料。使用这种加工方式的木材需要干燥，以防止复合材料中出现气
25、泡，同时木材纤维（或木粉、细小刨花）的长径比要小，以免在加工时有大量的木材纤维（或刨花）交缠成团，影响产品质量，也使设备免受损伤。5.4.工艺参数及影响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。机筒温度的升高会使复合体系熔体表观粘度下降，有助于提高熔体的流动速率。但是温度过高会使木粉烧焦，还会导致粘度过低而不能产生足够的机头压力，同时也不利于冷却定型，易使制品表面出现熔接痕，使制品表面粗糙强度差，影响挤出木塑制品质量。因此在满足物料充分塑化的前提下应尽量降低机筒温度。机头口
26、模到冷却定型的机头过渡段的温度控制对挤出制品9质量的影响十分显著。如果此段的温度过低，则会使木塑复合材料的粘度增大，流动困难，流道壁面处的物料会过早地冷却固化，使物料不能充满机头，流道难以挤出成型。如果将此段的温度升高，则挤出制品表面质量会有很大的改善，物料通过过渡段进入定型段是呈熔融状态，为了得到充分的定型，机头的温度应该分段控制，即温度逐渐降低。由此可见机头温度对于木塑复合材料的挤出成型是非常关键的。一般机筒的温度应控制在 135150机头的温度比其略低为 125135。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
27、率。但是随着螺杆转速的增加，物料在流道内受热的历程就会缩短，其熔融效果就会变差，而且在口模处物料来不及冷却就被顶了出来，这样会使制品冷却不均匀，造成制品表面出现波纹，影响挤出成型的质量和制品外观，严重时会造成制品不成型，使生产不连续。同时由于挤出速度过快，挤出制品会存在内应力，在口模挤出后表面会变得粗糙甚至破裂。当降低螺杆转速时，物料以层流向前推进，物料得到充分的冷却定型，所得制品表面十分光滑，外观质量较好。但是产量很低，同时由于螺杆转速很低，使木粉在流道内的停留时间过长，容易引起木粉的烧焦。因此在挤出木塑复合材料时对挤出机螺杆应设定一最佳转速，既能提高制品的质量又能提高产量，达到一个最优的生
28、产条件。其他工艺条件的影响 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、机头压力、排气等也对其有一定的影响。机头口模处的冷却速度要适中，如果冷却速度过快，则物料表面会迅速形成固化层，堵塞流道导致挤出无法进行，如果冷却速度很慢，则物料不易成型，造成制品表面不均匀，出现分段现象。机头压力对木塑复合材料制品的质量有很重要的影响。当机头压力较小时，容易使挤出的制品不密实，制品表面易出现波纹，得不到外观较好的制品。因此只要在允许的压力范围内，压力越高制品越密实，挤出的质量就越好。排气效果对制品性能的影响也不小，当原材料受热时，其本身带有的水分和其它可以挥发的物质会通过排气孔排出，如果排气效果不好，则会在制品内形成气孔影响制品质量。综上所述，挤出的工艺条件对木塑复合材料的性能都有一定的影响，但是它们的作用不是孤立的而是相互制约、相互影响的。只有综合地调节各种工艺条件才能得到性能良好的制品。6.产品后处理及检测6.1 产品后处理 对木塑复合材料进行产品后处理以提高其性能，其中主要是热处理。热处理用以消除其内应力6.2 产品检测 主要是按照一定标准对制品的外观及性能进行检测。如制品颜色，质感，所得制品是否有充填不足或收缩情况，制品内部是否有气泡制品是否发生明显变形或翘曲，焦烧。以及制品的弯曲强度、冲击强度、拉伸强度，热变形温度等10发生明显变形或翘曲，焦烧。
