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挤出工艺漫谈之塑木复合

楼主:挤出俱乐部 时间:2021-02-21 15:06:13

曾几何时,海边被遗弃的塑料瓶,动物体内无法消化的塑料袋,以及生活中随处可见的提醒请你用纸袋或布袋去买菜以减少使用塑料袋……,这一系列的图像似乎都在说塑料制品带给我们无比便利的同时也带来了环境破坏的问题。然而,塑料也可以很环保。


塑木复合材料是国内外近年来蓬勃兴起并逐步推广应用的一种绿色环保新型材料,将聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等树脂或回收的废旧塑料,与超过50%以上的木粉、锯末、稻壳、花生壳、秸秆等低值植物纤维混合,然后经挤压、模压、注射成型等工艺而生产出的板材、型材或制品。


塑木复合材料的基础为塑料和木质纤维,因而其具有塑料和木材的一些的特性:

  • 良好的强度性能:表面硬度高,有较好的弹性模量,具有与硬木相当的抗压、抗弯曲等机械性能,耐用性明显优于普通木材

  • 优良的物性,抗强酸碱、耐水、耐腐蚀性能高,不易被虫蛀、不长真菌,使用寿命长

  • 良好的加工性能:具有热塑性塑料的加工性,容易成型,可以制成任意形状和大小;二次加工性与木材加工类似,可锯、可钉、可刨且握钉力高于一般木材

  • 易于改性,通过加入助剂,改变塑木材料的密度和强度,满足抗老化、防静电、阻燃等特殊要求

  • 抗紫外线,着色性良好,可制成色彩绚丽的各种制品

  • 原料来源广泛,可利用回收塑料和低值纤维,变废为宝,并可回收再生产


塑木复合材料同时具备塑料和木材的优点,可涵盖木材和塑料的应用领域,包括建材、门窗、甲板、户外椅、公园长椅、花架走廊……。此外,塑木复合工艺可利用回收塑料和低值木纤维,从而解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题。据有关部门统计,全球塑木复合材料产量已超过200万吨,北美作为最早以及最成熟的塑木市场,其消费量占到全球的30%左右。


工艺流程

塑木成型的工艺流程主要包括塑料的粉碎、清洗、干燥和造粒,木粉的干燥、处理,塑料、木粉的混配以及制品成型。最早的塑木材料是裸露的塑木混合物,而近年来,共挤全包覆类塑木材料得到了飞速发展,包覆层是工程塑料,内部是木质纤维和塑料混合物,从而提高了产品的耐候性以及耐摩擦性。成型工艺可分为一步法挤出和两步法挤出。一步法挤出即混合与成型过程一步完成,而两步法需先混合造粒,然后再挤出成型。


木粉、塑料以及助剂的配比是塑木加工技术中的核心技术,它的好坏将直接影响着产品的加工工艺和产品质量,一般都不会转让配方。通常设备不同,产品用途不同,配方也会有差异。常用的助剂有润滑剂、偶联剂、抗氧化剂、紫外光吸收剂或稳定剂、防霉剂、色母以及一些无机填充物。


对木粉的要求通产不严格,各种木粉和植物纤维都可以使用。木粉粒径一般在20100目,含水量控制在3%以内。如果使用带排气功能的挤出机,特别是双螺杆挤出加工塑料材料时,可以不用对木粉进行特别的烘干,只需要在日光下进行自然干燥即可。


成型装备

塑木复合材料加工机械要求配有喂料设备、干燥设备和挤出成型设备,还有一些必要的下游设备如冷却水箱、牵引设备和切割设备等。木粉结构蓬松,易于出现架桥和抱杆现象,通常采用强制加料装置以保证稳定挤出。挤出成型设备由最早的单螺杆挤出机发展到锥形双螺杆挤出机,再到同向平行双螺杆挤出机初步造粒+锥形双螺杆挤出成型,以弥补难以塑化、抗老化性差、抗蠕变性差、色彩的一致性和持久性差,改善拉伸强度等等。


Battenfeld-Cincinnati是高分子加工设备世界范围类的引领者,比利时的Beologic NV公司专门从事塑木复合材料原料生产。这样两个公司碰撞到一块会有怎样的火花出现?2014Battenfeld-CincinnatiBeologic NV公司合作开发了一条完整的PVC中空塑木型材生产线,填充物为50%的稻壳,成品的褪色速度减缓,用FiberEX93-34D平行双螺杆挤出机可以直接添加色母粒和排气,产量高达380kg/h他们还开发了另外一条基于生物聚酯树脂原料的塑木成型生产线,配备的是Alpha 45单螺杆挤出机,产量40kg/h


Battenfeld-CincinnatifiberEX 93-34D


Cincinnati Extrusion拥有目前世界上加工塑木复合材料最长的异向双螺杆挤出机A135-37D37D的加工单元和两个主动排气单元,挤出量可以达到1000kg/hReifenhauser的木塑直接挤出生产线,混合加工使用REItorque,并用Bitruder异向旋转双螺杆挤出机排出水分和成型,其速度显著提高。KraussMaffeiBerstorff 也提供高效的两步法工艺,同向旋转双螺杆用于混合,紧随其后的异向旋转双螺杆挤出成型,典型的设备是KMD90-32/WPC +KME38-30B/R


相关标准

执行标准LY/T1613-2004挤压木塑复合板材,规定了挤压木塑复合板材的定义、分类、技术要求、检验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。


理化性能:对于木塑复合材料需要检测其含水率、硬度、吸水厚度膨胀率、弯曲强度、弯曲模量、表面耐磨、板面握钉力、抗UV老化等等性能,中国常用检测标准有GB/T 24137-2009 木塑装饰板,GB/T 24508-2009木塑地板,国外比较著名的标准有ASTM D7031-11木塑复合材料产品物理力学性能评价,ASTM D7032-14木塑复合材料甲板和栏杆系统(防护装置或扶手)性能标称值的制定规格,以及BS DD CEN/TS 15534-3-2007木塑复合产品特征等等。


中国发展状况

在中国,塑木复合是一个非常年轻的新兴环保产业,是国家鼓励发展的朝阳产业,得到国家政策的有力支持,对再生资源缴纳的增值税实行先征后退政策,退税率为50%。全国产业链逐渐形成,总产能不断扩大,企业数量及产量持续增长。从2005年起就一直处于高速发展期,目前塑木制品厂已超过三百家,塑木复合材料用量年平均增长率高达30%。中国塑木复合工业列于全球继美国之后的第二位。


塑木制品厂主要集中在东部五省――山东、江苏、安徽、浙江和广东,在福建、江西、湖北、湖南、广西、贵州、云南、四川、重庆、陕西、河北、吉林、辽宁也有少量企业生产塑木制品。在浙江、广东、安徽、江苏有几家企业规模较大,年出货量高达万吨级左右。但国内厂家的产品鲜有自己的特色,低端产品已经开始靠拼价格来抢占市场了。


塑木生产所需设备的厂家主要集中在浙江、江苏、上海和山东,挤出模具主要来自湖北黄石。如果您需要各种助剂,在广东、上海、江苏、浙江以及山东都可以找到性价比不错、完全能满足塑木生产的助剂。


近年来国内塑木制品在应用方面取得了急剧的增长,以工程应用为主,制品应用于国内的量大约占出货量的一半。亚洲、中东、南美等地区是塑木制品的新型市场,非洲几乎还处于空白状态,国内厂家另一半的出货量是出口,但主要是销往欧洲。


行业发展方向

  • 更新塑木复合技术:共挤全包覆塑木复合材料性能得到极大提高,在北美和日韩等地区具有很好的市场,产品附加的利润高,是中国塑木复合材料进入美国市场的一个突破口。

  • 扩大产品的应用范围:提升制品强度,改善产品性能,提高加工精度,向家具、汽车以及建筑结构材料方面发展。

  • 降低整体成本:材料成本占总成本的份额通常高达80%,通过采用低成本填料或再生纤维、使用回收料,采用高效设备,采用空心型材取代实心型材等等措施以降低整体成本。

  • 规范市场:建立塑木材料的性能指标体系,完善产品检测标准,确保产品质量,防止不良竞争扰乱市场。


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