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木塑复合材料的挤出工艺二

2009/6/17 8:16:23 人评论

  需要特定的工艺窗口
        
        加工被定位于塑料业用到的工艺。但是就加工温度而言,有几个特殊点要考虑。木纤在200℃以上的温度下因热量而受损,不可挽回地破坏了其性能。因此,只有加工温度相对较低的塑料适合用作木纤的基材塑料。PP、HDPE、LDPE、PS和PVC一般适合于木料挤出。PP于此占据着最大的份量。它具有纯料和回收料都能应用的优点。而且,基材的流动性能与木料含量成比例地变化,有必要采用工艺参数。微妙的一点是塑料的塑化,因为它会破坏木料,损害产品的品质和表面结构。
        
        为了从木料里除去残余水份,可以利用纵列式挤出机或排气式挤出机。
        
        为了避免任何新的大笔投资,必须只在现有生产装置上作细微的调整而生产出这些木塑复合物。通常利用来自辛辛那提或戴维斯标准公司的锥形双螺杆挤出机。因为喂料段的体积大,这些挤出机的优点明显。克劳斯玛菲公司也建立起新型挤出机KMD90-36,主要是为PVC挤出而开发的,同时也确实适合于加工木料填充塑料。但是,单螺杆挤出机也能被应用,尽管其前提是原料被恰当地混炼成粒料。
        
        生产木塑复合材料所用到的木料填充物是碎木片、木屑和几种木浆。木料填充物影响着复合物的机械性能,不只是通过所用木料的类型,而且通过其形状、径距比和所应用的成浆工艺。
        
        木纤与塑料之间的粘着性是差强人意的。为了提高附着力及机械性能,可以对纤维表面进行修整或者加上粘接剂。对于木料挤出而言,通常要添加粘接

        剂:在 PPT作基材的情况里,这可能是马来酸酐PP共聚物,以百分之几的重量比例将它添加到PP当中。
        
        目前可获得的挤出速度约为3m/s。因为模具设计的不断进步,以及螺杆形状的恰当调整,有可能在不久的将来实现4m/s的挤出速度。
        
        模头和定径/冷却
        
        木塑复合物用工装设计已有技艺的数量比不上现有热塑性聚合物加工技艺的数量。其流动被认为是凝固的流动。就模头而言,必须考虑到流变性能与塑料是完全不同的。因为窗框生产(如真空箱的水冷)和片材型材生产(如模头冷却板)中用到的许多理念被利用,模具制造商的技艺有赖于将通用模头技术与特殊纤维材料的流变与工艺技术协调起来。 
 
  模具专利技术,实现木料和其它天然材料与不同基材的挤出,被用于制造展览台位和广告用部件、房屋外层、楼梯和家具业中的许多场合(图4)。 
                

图4. 门框,双孔挤出(15%
的PP,85%的木纤),线速度
为2×2.5m/min 
 
        PVC熔体压力条件的通常范围是200-300bar。对于截面小的型材和一些配方,400bar及以上的压力也是可能的。
        
        木料挤出的一个大优势是定径。因为被挤料在极硬状态下离开模头,所以它只需要边缘支撑。对于连续冷却,气体喷出是完全足够的。但是在较高的牵引速度下,气体冷却达到其极限,这是PVC制模商所用的具有湿式定径和高冷却效率的技术变得成熟的原因了。这被认为是最新技术。
        
        机械性能
        
        产品性能与复合物结构、原料品质和加工工艺有关联。
        
        有大量可能的结合可能对复合物结构及产品性能产生影响。但是有可能做出一些基本的判断:
        
        ◆ 较长纤提高硬度;
        ◆ 纤维形式和品质影响硬度;
        ◆ 粘接剂提高了硬度、表面质量和吸水性;
        ◆ 细木纤提高表面质量。
        
        只有品质稳定优良的原料,才有可能获得品质稳定优良的最终产品。这里起作用的因素是纤维结构和形式、纤维型类、粒料大小和密度。加工自然也对品质起着重要作用,这意味着必须注意在挤出过程中木料保持不受破坏。不适当的螺杆引起的长停留时间或过热和过度非受控剪切是对木料损伤的主要原因。挤出机的另一个重要工作是完全熔化和分散聚合物。
        
        在塑料中添加木纤导致材料性能的明显变化。带木纤PP的硬度(PP-WF)与木纤含量大概成比例地大幅升高。例如木料含量50%的PP-WF的硬度差不多是纯PP的五倍。另外一方面,拉断率由纯PP的百分之几百急剧下降到木料含量20%以上PP-WF的百分之几。表1显示的是木料填充量50%和55%的各种热塑性塑料(PP、PE和PVC)的一些机械性能。为了比较不同木料填充热塑料复合料的机械性能,表中也列出了松木和中密度纤维板的数值。可看出木料重量含量在50%至55%的木料填充热塑性复合物与普通中密度纤维板有着相同的性能。另外一方面,天然木料的机械性能是这些类型的复合物所不能比得上的。


         

        另外一方面,4000-8000N/nm2及以上的弹性模量可以毫无问题地实现,实际值依所选材料而变。 
         
        除了纤维与基材的附着性以外,水份含量也在天然纤维/塑料复合物的机械性能上起着关键的作用。通过高的加工温度和天然纤维的预干燥,天然纤维/塑料复合物在生产出来后有着平衡状态之下的水份含量。例如PP-WF70的重量可以在加工之后提高2%左右。要用上6个月的时间重量达到稳定。象这样PP-WF水份含量的变化会伴随着机械性能的显着变化。水份的增多产生出一种材料的“软化”,硬度和强度的下降,以及拉断伸长率的提高。当检验天然纤维/塑料复合物的机械性能时,必须对测试气候、样本条件、生产应用环境予以非常的关注。
        
        预期发展
        
        要讨论复合物是否将在欧洲的门窗和家具应用生产中占据显赫的位置是没有意义的,问题是什么时候?只要也有可能制造出共挤出产品,那么这种发展就将继续下去,而不会衰退(图5)。 


        图5. 共挤出用木料  

        另一个有趣方法是综合有抗菌效果的木塑复合物,用于诊所或厕所中,因为感染危险越来越高。

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