变色LED灯方案设计报告.doc

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1、 记录编号: 版 本： 登 记 号： 塑木复合材料工艺研究 报告名称： 塑木复合材料工艺研究版 本： V0编制/日期： 2015-03-12审核/日期： 批准/日期： 文件编号版本号拟制人/修改人拟制/修改日期更改理由主要更改内容 备注：1. 每次更改归档文件（指归档到公司文控中心文件）时，需填写表格； 2. 文件第一次归档时“更改理由”与”主要更改内容”填写无。目录目录3第 15 页 前言塑木复合材料(Wood-Plastic Composites，简称WPC)，WPC产生可以追溯到20世纪初期，首先在欧洲,有人发明了一种主要由酚醛树脂与木粉构成复合材料，被称为Bakelite，这种材料被R

2、olls Royce公司用了制造变速器把手。 塑木复合材料已被当今世界上许多国家逐步推广应用绿色环保新型材料。据中国塑木复合材料行业市场前瞻及投资战略规划分析报告前瞻统计目前世界上塑木复合材料需求正在不断增加，全球产量已超过150万吨，其中北美产量约100万吨，中国约20万吨，日本近10万吨。德国塑木复合材料用量现已超过7万吨，在欧洲处于领先地位。在中国，塑木材料是一个非常年轻新兴环保产业，从2005年起就一直处于高速发展期。塑木复合材料应用也更为广泛，包括门窗产品、隔热系统、公园长椅、花棚与塔式建筑太阳能屏幕等，原料包括木粉以及其他纤维素农副产品。中国塑木复合材料用量年平均增速高达30%。随

3、着国内塑木生产研发技术日益完善，在未来10年内，塑木复合材料除了在建筑装饰及园林景观行业以外，还将在交通轨道、汽车内饰件与包装材料等领域都会有大量应用。预计2015年中国塑木需求量将达到300亿人民币，市场空间十分巨大。 正文 一、塑木复合材料定义 塑木复合材料(Wood-Plastic Composites，简称WPC)是以木纤维或植物纤维以各种不同形态作为增强材料或填料，经过预处理后使之及热塑性树脂（PE、PP、PVC等）或其它材料复合而成一种新型环保复合型材料。 在美国材料试验协会标准（ASTM）中给出定义是：“一种主要由木材或者纤维素为基础材料及塑料（也可以是多种塑料）制成复合材料”。

4、 用于制造塑木复合材料热塑性塑料主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烃与聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC），包括新料、回收料以及二者混合料。 纤维部分最初是以木材为主要原料，近年来也正向其他植物纤维材料拓展，如木屑、稻壳、麦秸等资源丰富天然植物纤维。 可见，塑木复合材料实际上已成为以各种植物纤维与各种不同塑料为主要原料，通过一定工艺而制成一类新型复合材料。二、 塑木复合材料分类及特点 2.1 塑木复合材料分类 根据塑料种类不同，我们常见塑木复合材料可以分成下面几类： PE+木纤维：简称PE塑木 PP+木纤维：简称PP塑木 PVC+木纤维：简称PVC塑木 PS+木纤维：简称PS塑木 2.

5、2 塑木复合材料特点 塑木复合材料及其产品兼备木材及塑料双重特性，其质感与性能兼有塑料及木材优点，克服了木质材料吸水率高，易形变开裂，易被虫蛀霉变缺点，并具有许多木材所没有特性，机械性能高，质轻、防潮、耐酸碱、不腐烂、便于清洗等优点。 、耐老化，吸水性小，不会吸水变形，使用寿命长，多种颜色设置，自由度很高设计； 、类似木质外观，但比木材尺寸稳定性好，不会产生裂缝、翘曲且无木材疤痕，有类似木材二次加工性，可切割、粘贴，用钉子或螺栓连接固定； 、比塑料硬度高，具有热塑性塑料加工性，能重复使用与回收再利用，有利于环境保护。 、耐水性、耐腐蚀性、防蚁性 木质住宅最强天敌是白蚁，潮湿环境，即使通风不好也

6、是能够繁殖。由于木材里面有利于虫害生长，所以常常发现被破坏已经是很晚事情，塑木复合材料是微小木粉被树脂包围，这种构造，抑制了白蚁危害。 、安全性塑木复合材料因为不含重金属、醛与醚 ，二甲苯，苯乙烯，乙基苯等有害物质，所以放心使用。、 耐候性雨、雪与常年气候变化直接影响室外设施使用寿命，天然木材制品在室外可使用数年10 年或更久。天然木制品由于接受过度紫外线，木材内颜色成分分解，颜色会产生变化，或者渐渐变淡。 塑木制品及天然木材相比，经过处理后变化少，能放心长期使用。 、耐热性塑木产品有待提高几个方面： 弯曲模量与拉伸强度都显著低于木制品，限制了它在结构材料方面应用； 50%或更高含量木粉塑木材

7、料，更容易吸湿(翘曲变形与丹宁酸侵蚀)以及微生物侵蚀； 对种类繁多填料缺乏标准化规定 (如粒径分布与清洁度)； 在低于200C加工过程中不同粉料与填料稳定性问题； 加入石蜡产品耐候性问题(显著褪色)； 及传统产品相比价格昂贵。 三、 塑木复合材料及木材对比 1、塑木型材损耗最低 塑木是型材，可以根据客户需要，生产出符合顾客需要长度材料。而木材长度是固定。 2、塑木在相同情况下，可以以少胜多 一般铺装户外地板，选用木材情况下，需要45mm左右厚度木材。而塑木，仅仅需要25mm厚度材料，其强度超过45mm防腐木。换一句话说，就是使用木材假如是1立方米，那么塑木就只需要0.5个立方米左右。 3、塑木

8、是一种型材，中空规格很多，节约了很多材料 大家都知道铝合金门窗能这么快推广普及，就是因为是中空型材，假如是实心，那么价格就不可思议地高了。塑木中空节约下来部分，尽管没有铝合金那么高，但也是比较可观。大家都知道中空不但可以减少重量，还可以增加强度，塑木可以做到中空，而木材就不可能了。 4、塑木表面不需要做油漆处理 一般木材需要做表面油漆或者水性涂料处理。也就是说在施工上塑木是便捷、廉价。 5、塑木制品可以做到免维护 木材在1年里面一般需要做维护或者涂刷油漆等。从长远看，塑木维护成本远远低于木制品。 6、塑木使用寿命，一般可以达到普通木材3-4倍。四、 塑木复合材料原料 虽然利用优质木材与塑料作为

9、原材料生产WPC更容易获得优质产品，但从资源与环保角度看，WPC原料来源应该以木材加工剩余物、废弃木材、秸秆与回收塑料为主。 一个重要问题：废旧塑料究竟是否为制造WPC合适原料？ 为了回答这个问题，科学家们进行了大量研究，结果表明，由降解不严重回收塑料及木材复合而成WPC性能同新塑料所制得WPC性能差别不大，木材纤维与PP、PE等热塑性塑料复合材料不仅可以利用回收木纤维与回收塑料来生产，而且自身还可以回收再利用，具有与及原生材料生产复合材料相类似强度与物理性质。 生产设备不用经过改动或者经过较小改动即可生产回收材料复合材料。 利用回收塑料与回收木纤维生产复合材料还是面临很多问题： 、各种塑料混

10、合物由于其组分熔融温度有差别、相容性差等原因，不恰当工艺往往造成产品力学性能下降； 、废旧塑料再生后往往颜色较深，这对于生产浅色制品是一大难题。 、同样，利用废旧木纤维材料也会有类似问题。 相对于利用原生材料，利用回收材料产品成本降低。木质材料，除了木粉外，单板、大片刨花、细刨花、木纤维等不同形态木质单元都能进入及塑料复合范畴；同时纤维种类也扩大到多种天然植物纤维：稻壳、麦秸、竹粉、花生壳、棉花干、亚麻等等。 塑料原料 热塑性塑料 木质纤维/木粉/稻壳/竹粉 偶联剂 添加剂 4.1 热塑性塑料 热塑性塑料：聚乙烯PE（高密度聚乙烯HDPE） 1、结构：-CH2-CH2-n 2、力学性能： 性

11、能 HDPE 密度/(g/cm3) 0.95 熔融指数/(g/10min) 0.2 拉伸强度/MPa 23 3、 热性能 玻璃化温度Tg：-20 脆化温度：Tb：-50-70 熔融温度：108126 热变形温度：6080 胀系数约：(1530)x10-5/K 4、电性能 聚乙烯本身无极性，具有优异介电及电绝缘性，又因吸湿性很小，小于0.01%，使得它电性能基本不受环境湿度改变影响。 5、耐化学品及耐溶剂性 聚乙烯是一个非极性结晶型聚合物，在室温下没有任何溶剂可使它溶解。 聚乙烯表面能低，具有惰性，粘附性很差，因此聚乙烯制品之间、聚乙烯制品及其它材质制品之间胶接比较困难。 6、燃烧性能 聚乙烯是

12、分子链仅由碳氢两种元素组成高分子烷基链烃，极易燃烧，氧指数仅17.4，是最易燃烧塑料品种之一。 7、加工性能 结晶能力高，成型工艺参数，特别是模具温度及其分布对其制品结晶度影响很大，因而影响制品性能； 收缩率很大，在2.5%6.0%(HDPE)； 4.2 木质纤维/木粉/稻壳/竹粉 最常用原料当然是木材，各种加工剩余物都可以加工成为短纤维或细颗粒、粉末，锯屑与砂光粉可以直接使用。此外，农业纤维原料也占有一定比例，尤其在欧洲与我国，大部分工厂使用了秸秆、稻壳等农业来源原料。 据调查，国内农业纤维年产量在4亿吨以上，木粉有100万吨以上，其它天然纤维也有500万1000万吨以上。1、木材原料 细胞

13、是构成木材基本结构单位。木材细胞细胞壁主要是由纤维素、半纤维素与木质素三种成分构成。 2、 非木材植物纤维原料 非木材植物纤维原料纤维形态与化学组成及木材基本相似。 非木材植物纤维灰分含量高于木材，有甚至高达19%，而灰分中二氧化硅（SiO2）含量又多在60%以上。这些物质存在不仅会影响到纤维间胶接性能，而且对刀具、模具等加工工具磨损带来不利影响。 3、主要非木材植物纤维原料介绍 稻壳纤维素含量低于木材（约34%35%），但灰分含量高（15%17%），且其中大部分为二氧化硅并集中于表面，形成表面疏水层。稻壳表面粗糙，生有针状或钩状茸毛。稻壳密度较大，易于破碎，稻壳粉成本低，因而近年来大量用于W

14、PC生产。 4.3 偶联剂Dopont为木/PE复合材料研制用MA接枝Fusaband576D，据说，使用这种偶联剂后木/HDPE拉伸强度高出未加偶联剂材料200%3000%。 4.4 添加剂 光稳定剂 抗氧剂 润滑剂 着色剂 抗静电剂 防霉防腐剂 化学发泡剂 填料 五、 塑木复合材料典型配方 配方一：配方二：六、 塑木复合材料加工 塑木复合材料技术是近年来在世界上发展起来一项新型加工技术，其特点是把两大类差别较大不同材料相互交融在一起，即木材、塑料二合一，以其新颖观念、新颖设计、新颖产品极大地推进了新材料发展。 木粉（或农作物纤维粉沫）作为塑料一种有机填料，具有来源广泛、价格低廉、密度低、绝

15、缘性好等许多其他无机填料所无法比拟优良性能。但它并没有像无机填料那样得到广泛应用，主要原因在于：一是及基体树脂相容性较差；二是在熔融热塑性塑料中分散效果差，造成流动性差与挤出成型加工困难。 由于木粉中主要成份是纤维素，含有大量羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使木粉具有吸水性，吸湿率可达812，且极性很强。而热塑性塑料多数为非极性，具有疏水性，所以两者之间相容性较差，界面粘接力很小。需要通过使用添加剂改性塑料与木粉表面，提高它们之间界面亲与能力。改性木粉具有增强性质，能够很好地传递填料及塑料之间应力，从而达到增强复合材料强度作用。挤出成型、热压成型、注射成型是加工塑木复合材料主要成型方

16、法。由于挤出成型加工周期短、效率高，因此挤出成型方法是一种较为常用工艺路线。v 从塑木复合材料工艺技术特点来看，主要存在以下几类： 从原料使用方面来看，一类是使用塑料原料为纯塑料或商业级塑料；另一类是使用具有一定特性单组分废旧塑料。 从加工工艺方法来看，一类是二步成型法，即塑料及木粉造粒后再进行成型加工；另一类是一步成型法，即塑料及木粉混合后直接进行成型加工 。 从成型机理方面来看，一类是物理成型，即使用热融性粘合剂在成型过程中将塑料及木粉粘合在一起。 另一类是物理化学成型，通过加入添加剂，在压力与温度控制下，使原料混合物同相对低分子添加剂一起转变成高分子状态网状纤维材料。这种工艺形成材料，内

17、部结构完全是融合后重生网状分子结构。因此，可达到其他工艺生产出塑木产品无法比拟抗弯、抗压、抗冲击强度。 v 木质纤维及塑料复合制造WPC生产工艺主要有三类： 塑料加工工艺（挤出、注塑、高温捏合）； 人造板加工工艺（低温混合、平压或模压成板）； 无纺织工艺（长短纤维混杂组坯，模压成型）。 v WPC塑料加工工艺： 这种方法是以塑料加工工艺及设备为基础，即通过挤出成型、注塑成型或捏合机混炼造粒再加工成WPC。 在WPC塑料加工工艺中，由于挤出工艺具有成本低、生产效率高、质量稳定、可连续生产型材等优点，近年来成为发展最快WPC生产工艺。注塑成型可以获得形状比较复杂产品，但要求塑木复合熔体流动性好，对

18、于木纤维（粉）添加量较大WPC生产不适用。 七、 塑木复合材料加工设备 目前可用于WPC挤出成型设备主要有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等。 7.1 单螺杆挤出机 常规单螺杆挤出机不适合于WPC成型加工，这是因为单螺杆挤出机物料输送与塑化能力较弱。单螺杆挤出机输送作用主要是靠摩擦，由于木粉结构蓬松，不易喂料，而且木粉填充使聚合物熔体粘度增大，增加了挤出难度，造成物料在料筒中停留时间较长，同时其排气效果不佳，不能对含水率较高植物纤维进行加工。所以，常规单螺杆挤出机在塑木复合材料挤出中受到较大限制。可用于WPC成型加工单螺杆挤出机必须采用特殊设计螺杆，螺杆应具有较强物料输送与混炼塑化能力，而且在挤出之

19、前常常对物料进行混炼制粒。 单螺杆挤出机7.2 双螺杆挤出机目前WPC主要加工设备为双螺杆挤出机，这是因为： 双螺杆挤出机依靠正位移原理输送物料，没有压力回流，加料容易； 排气效果好，能够充分地排除木粉中可挥发成分； 螺杆互相啮合，强烈剪切作用使物料混合、塑化效果更好。 木粉用量相对较低时，物料在双螺杆中停留时间短，不会出现木粉烧焦。因此，由于双螺杆挤出机良好加料、混合效果，可使用粉料生产WPC。 双螺杆挤出机可分为同向平行双螺杆挤出机与异向锥型双螺杆挤出机。7.2.1 同向平行双螺杆挤出机同向平行双螺杆挤出机往往是由双阶挤出机组成，将木粉干燥与树脂熔融分开进行。可以直接加工木粉或植物纤维，在

20、完成木粉干燥后，再及熔融树脂混合连续挤出，这种双阶挤出机称之为“木材用挤出机”。尽管这种双阶挤出机可以进行木粉干燥，但对原料木粉含水量有一定要求，一般为4%8% (质量分数)。 另一种类似形式是木粉加入挤出机主料口，挤出机前段为脱水、脱挥装置，然后通过侧加料器加入塑料树脂、添加剂，因此挤出机螺杆相对长，螺杆长径比(LD)可达4448，其中23用于除水与脱挥。 塑木材料加工业称同向平行双螺杆挤出机为高速、高能耗“配混”型设备，一般为组合式螺杆，可调节螺杆长径比与构型(捏合块角度及其块数、不同捏合块组合方法)，灵活设置脱气口。 美国DavisStandard、Krupp WP等著名塑料机械厂有生产

21、这种同向双螺杆挤出机。 平行双螺杆挤出机7.2.2 异向锥型双螺杆挤出机及高速、高能耗“配混”型同向平行双螺杆挤出机相比，异向锥型双螺杆挤出机被称之为低速、低能耗“型材”型设备，非组合式螺杆。 及一般锥型双螺杆挤出机比，为适应木粉、植物纤维比重小、填充量大要求，用于WPC生产异向锥型双螺杆挤出机螺杆加料区体积应比常规型号大与长，对木纤维切断少，树脂少时仍能使木纤维均匀分散与物料完全熔融，能适应加工范围宽。若木粉、植物纤维加入量大，熔融树脂刚性大，要求耐高背压齿轮箱，螺杆推动力强，采用压缩与熔融快、计量段短螺杆，确保木纤维停留时间短，防止其断裂与性能劣化。 生产这种设备主要为Cincinatti

22、 Milacron公司，包括在美国Extrusion Tek Milacron公司，在德国SMC公司Cincinatti分公司。 锥型双螺杆挤出机7.3 WPC辅助设备塑木复合材料辅助设备主要有喂料设备、干燥设备、储料设备与风送系统，还有一些必要下游设备如冷却水箱、牵引设备与切割设备等。 另外，就是专门用于制品（挤出成型后产品）表面后处理设备：打磨设备、刨平设备、钢刷设备与喷砂设备，以及切割锯等木工设备。八、 塑木复合材料工艺流程及参数 8.1 塑木复合材料工艺流程生产工艺流程为：8.2 塑木复合材料工艺参数设置 8.2.1 螺杆转速 螺杆转速及生产能力成正比。因此，提高转速可以有效地增加生产

23、能力，但WPC挤出加工过程中螺杆转速增加受到许多限制。比如对于PVC木粉复合材料，PVC与木粉都是热敏性，过高螺杆转速会导致物料降解与糊化。 同时，螺杆转速还影响着物料停留时间与挤出压力。只有在满足物料挤出温度、剪切强度、混合质量及挤出机功率限制前提下，才能最大限度地提高转速以提高生产率。 8.2.2 挤出机温度与压力WPC挤出加工过程中，挤出机温度与压力控制也十分重要。若挤出温度过高，物料易降解，同时过高温度使熔体粘度较低，挤出压力不足造成制品表面粗糙，强度差，影响挤出质量；而温度过低使得塑料塑化不良，不能充分包裹木粉，也会使制品强度受到影响。同时，熔体破裂对口模温度比较敏感，过高及过低口模

24、温度都会造成熔体破裂。适当地降低挤出机温度，提高机头压力，降低螺杆转速，可以有效地改善塑木复合体系挤出加工性能。实际加工过程中各段温度设置如下：I段：150170；段：160190：段：170195：IV段：180195；机头口模段：180205。各段温度应尽可能稳定，且总停留时间少于15min 。 九、 塑木复合材料生产过程中遇到问题点及解决方法 需适当添加剂来改性聚合物与木粉表面，以提高木粉及树脂之间界面亲与力。 高填充量木粉在熔融热塑性塑料中分散效果差，使得熔体流动性差，挤出成型加工困难，可加入表面处理剂来改善流动性以利于挤出成型。 塑料基体也需要加入各种助剂来改善其加工性能及其制品使用

25、性能。 木粉结构蓬松，不易对挤出机螺杆喂料，特别是木粉中含有较多水分时常会出现“架桥”与“抱杆”现象。 加料不稳定会导致挤出波动现象， 造成挤出质量与产量降低。加料中断，物料在机筒内停留时间延长，导致物料烧焦变色，影响制品内在质量与外观。 采用强制加料装置以及合理输送方式，以保证挤出稳定。 木粉中所带有小分子挥发物质与水分极易为制品带来缺陷，而前处理又无法完全清除它们。所以塑木复合材料挤出机排气系统设计要比普通塑料挤出机给予更多重视，有必要话可以进行多阶排气。 在很大程度上，排气效果越好，挤出制品质量也越好。 塑木复合材料挤出过程中，螺杆构型起着十分重要作用。合理螺杆结构能降低螺杆及木纤维摩擦

26、，产生适当剪切与分散混合，使含有大量木粉物料体系能很好均匀塑化。 除了保证流道设计圆滑过渡及合理流量分配，塑木复合材料由于对于建压能力及温度控制精度有更高要求。 要获得好纤维取向与制品质量就要确保机头有足够建压能力与长定型段，甚至在压缩段与定型段采用双锥度结构。 塑木复合材料导热性差，且其制品多为异型材，冷却定型较困难，多采用水冷定型。冷却流道合理设计保证高效冷却。 十、 塑木复合材料应用 10.1 各种地板、楼梯、踏板应用 10.2 园林、市政、家装等应用 10.3 其他应用 十一、 塑木复合材料未来发展 塑木复合材料发展趋势 包覆技术（产品方面） 木纹技术（产品方面） PE塑木发泡技术（P

27、E塑木产品） 木纤维中：谷糠、竹粉会逐渐减少使用 产品设计更具多样化 材料耐候性与防霉变 设备改进与模具更新 产业规模化与专业化初见端倪 各单项标准陆续出台 安装指导与应用更具实用 木塑材料可以充分发挥自己可塑性强、适用范围广特点，根据不同原料组合制备不同产品。除去以往已经比较定型建材类产品，木塑材料在建材领域中地板、墙板、门窗与家具制造上还有非常巨大发展空间；在建筑工程使用各类模板中，木塑模板是当前最符合循环使用与环保要求材料，已经在诸多重点建设中采用，预计到2015年，木塑模板应用可以超过1亿平米。木塑材料生产中新技术应用使其获得了更大拓展空间，按照目前可以应用木塑工艺，木塑材料还可以从建筑领域扩充到交通、铁路、航运、汽车、电器、包装等更广泛层面，成为木材、金属、塑料、陶瓷、水泥、玻璃等传统材料有力竞争者，在资源利用中最大限度地实现低值化材料向高值化应用领域转移与推进。 参考文献1 许民，姜晓冰，王克奇 木塑复合材料研究现状及应用前景 林业科技, 2004，29(3)：41432 薛平，王哲等木塑复合材料加工工艺及设备研究.人造板通讯 2004(11):913