作為復合材料領域的一個重要分支,WPC的相關研究受到高度重視,主要包括幾個方面,如:WPC的物理力學性能、木材與塑料的界面相容性以及制備工藝過程控制等。
目前其工業化生產中所采用的主要成型方法有:擠出成型、注射成型和熱壓成型。由于擠出成型加工周期短、效率高、成型工藝簡單,它在工業化生產中與其它加工方法相比有著更廣泛的應用。
WPC的擠出成型工藝技術
擠出成型也稱為擠壓模塑成型或擠塑成型,是借助螺桿的擠壓作用,使受熱熔化的塑料在壓力推動下,強行通過口模而成為具有恒定截面的連續型材的一種成型方法。
擠出法幾乎能成型所有的熱塑性塑料。生產的制品有管材、板材、線纜包覆物以及塑料與其他材料的復合材料等,是一種生產效率高、用途廣泛、適應性強的成型方法。用于生產木塑復合材料時,擠出法工藝具有產品質量穩定、成本較低、投資相對較少等優點,因此發展較快。
擠出法生產木塑復合材的主要設備是螺桿擠出機,包括單螺桿擠出機、平行雙螺桿擠出機和錐形雙螺桿擠出機。
單螺桿擠出機的特點是機頭處熔融物料的壓力較高并且穩定,但混合效率較低,故一般用于混合效率要求不高的型材擠出、造粒等。單螺桿擠出機的結構比較簡單,價格不高。
雙螺桿擠出機尤其是嚙合同向雙螺桿擠出機的特點是剪切力大、混合效率高,但熔體壓力控制不如單螺桿擠出機平穩,故雙螺桿擠出機主要用于混合效率要求高的場合,如纖維與塑料熔融復合。雙螺桿擠出機結構復雜,價格一般為相當螺桿直徑單螺桿擠出機的數倍。
當然,如果將雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機串聯組合,并與型材輔機組成型材擠出生產線,則能充分發揮各自的優點。不僅降低了能耗,而且有利于降低物料的熱降解。
而錐形雙螺桿擠出機,是近年來備受重視的。它對物料的混合能力強于單螺桿擠出機,而擠出壓力則比雙螺桿擠出機大,可用于直接擠出型材。不僅如此,還有物料壓縮比大的特點,這對于原料堆積密度較低的木塑復合材的擠出加工而言,是機具突出的優點。但是,有優必有缺,在混合效率方面,錐形雙螺桿擠出機遠遠不及平行雙螺桿擠出機。
不同樹脂基木塑復合材料的性能對比
由于木塑復合材料中應用的木質纖維填料一般所能承受的zui高加工溫度為200℃,因此,木塑復合材料通常采用PE、PP、PVC等加工溫度比較低的熱塑性樹脂,基體樹脂不同,其性能差異較大。
PE的剛度、拉伸強度較小。與其他聚合物相比,PE具有抗曲撓性、耐水性、耐化學腐蝕和低溫柔韌性的優良性能,加工性能好,價格低廉。其中,HDPE的拉伸強度、表面硬度和剛度要比LDPE高,隨著人們生活水平的不斷提高,人們對木塑復合材料性能、質感的要求也在提高,因此,目前以HDPE樹脂為基體的木塑復合材料占了大部分,一般用于室外構件。
PP熔體的黏度小,溫敏性不大,加工性能好。與HDPE相比,它具有較高的拉升強度、表面硬度、拉伸屈服強度和剛度,但在低溫下易脆裂。PP基木塑復合材料的耐候性不如PE基木塑制品,從而使它的的應用范圍受到了一定的限制。
PVC具有剛性大,強度高,價格低廉等優點,具有良好的粘結性和著色性,但是它的耐寒性、耐老化性及熱穩定性差,加工性能差,這些缺點可以通過加入助劑來改善,如增塑劑、穩定劑、潤滑劑、ACR抗沖擊助劑。PVC熔體強度高,可用于制備木塑發泡復合材料,目前。PVC基木塑復合材料主要應用于室內裝飾材料。
目前人們對生態問題和資源危機越來越重視,因此,人們在木塑復合材料的研究方面也掀起了一陣新的熱潮。木塑復合材料出現后,自然資源得到了充分的利用,減少了由于廢舊塑料和廢舊家具及廢舊木產品引起的環境污染問題。雖然我國在這方面起步比較晚,但發展速度非常快,工業化的生產和加工技術也逐漸的走向成熟。