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新一代木塑材料制造工藝特點
隨著木材資源的日益匱乏，人們在加強對森林等資源保護工作的同時，用木粉或其他天然植物纖維來填充塑料再生料或新料，經(jīng)專用設備制成的天纖塑料及制品，因其兼具塑料和木材的雙重特性，近年來在各種材料制造方面嶄露頭角，并逐漸成為各界關注和開發(fā)的熱點。其中，用聚乙烯、聚丙烯樹脂和木粉共混生產(chǎn)的塑木板材，因可在多種場合替代木材使用，發(fā)展尤為迅速。
經(jīng)過幾年的開發(fā)應用，人們發(fā)現(xiàn)，普通木塑材料與木材相比，剛性較差，而與塑料材料相比，表面光潔度也存在較明顯的差距，同時在加工過程中還存在著一些問題。隨著應用領域的拓展，如何進一步提高木塑材料的性能已成為科研人員開發(fā)的重點。國內(nèi)的有關專家經(jīng)實驗應用對比研究發(fā)現(xiàn)，在木塑材料的設計制造中，要根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的特點確定加工工藝路線和材料的選用，以實現(xiàn)新一代木塑材料仿木、優(yōu)質(zhì)的效果。其中，在加工過程中，天然植物纖維的取向是新型仿木木塑材料生產(chǎn)的技術關鍵。
在木塑材料的結(jié)構(gòu)設計中，首先考慮的是原料的選用。塑料品種常用的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE )、聚丙烯(PP)、ABS和高抗沖聚苯乙烯(HIPS)等。主要的天然纖維為木粉、稻谷殼、花生殼、秸稈等農(nóng)林加工的下腳料、廢棄料。稻殼的纖維素含量高于木粉，而且水分和木質(zhì)素的含量也比木粉低，化學成分不像木粉因產(chǎn)地、樹種的不同變化大，所以質(zhì)量比較穩(wěn)定。而更重要的是要考慮到木粉纖維的長徑比、取向度，含量與各向異性的關系等因素。木材中的纖維是長纖維，而木粉成了短纖維，木粉細度越細，均一性越好，但纖維長度和長徑比會大大下降，所以一般認為木粉越細越好的觀點是不全面的，其關鍵是分子取向排列，即木粉的纖維素分子應按一定方向排列，才可以有效地提高 剛性的強度。
植物纖維取向是木塑材料生產(chǎn)的關鍵技術，從形態(tài)結(jié)構(gòu)來看，這也是新一代木塑材料與目前的木塑制品(如纖維板)最大的不同。木材中的纖維是長纖維，沿樹干方向定向排列，使木材具有優(yōu)良的剛性、強度和抗彎能力。為了使粉狀纖維能起到長纖維類似的增強效果，木粉或稻殼粉的細度、長徑比及含量都要進行系列的調(diào)控匹配。研究發(fā)現(xiàn)，采用木粉、谷殼搭配，纖維長度雙峰分布的辦法，以纖維長的提供強度，短的改善加工性能和表面光潔度的辦法，有效地解決了長纖維含量高時取向度不高，表面光潔度不良、加工困難和短纖維脆性大、強度不高的一對矛盾。
取向排列的好壞，雖然與原料、配方有很大的關系，但決定性的還是要由設備、模具和加工條件來保證，因此不是任何擠出機都能滿足天纖仿木型材的生產(chǎn)要求。用于天然纖維復合仿木材料的擠出機，其設計參數(shù)與一般的塑料型材擠出機有很大差別，物料中木質(zhì)纖維含量高，流動性差，采用頂出法較為理想，即物料在螺桿產(chǎn)生巨大壓力的推動下，克服機頭壓力降，將型胚從口模頂出，型胚離開口模后，不需要定型模和冷卻水，但此時機頭流道要長。由于擠出壓力大，螺桿、減速箱、電機所承受的扭矩很大，這種頂出法適合生產(chǎn)密度較大的制品。對于密度較小的發(fā)泡仿木材料，則采用牽引法，木纖維含量不大于50％，工藝靈活，通過配方和調(diào)整加工工藝條件使制品產(chǎn)生木質(zhì)紋理，并可輔以降溫技術，使樹脂的加工溫度適應木纖維不耐高溫的特性，在加工生產(chǎn)過程中，要求使樹脂(塑料)充分塑化、流動，又使纖維流動取向，并且不操作纖維。只有在這樣的前提下，才能獲得理想的仿木制品。
天然纖維復合仿木材料的生產(chǎn)工藝流程與纖維板壓制工藝不同，基本上與硬PVC型材擠出流程相近，主要要增加木粉的干燥、粉碎工藝。稻殼的干燥較為容易，而木粉的含水量較高、吸濕能力強，干燥、儲存的要求較高，粉碎方法也要根據(jù)原料和最終粒度的不同而分別選用。由于木粉的細度并不是越細越好，因而要采用粗細摻合、雙峰分布的原則， 重要的是長徑比要大些。而長徑比的大小，與粉碎的方法有關。一般說來，研磨法比錘擊法要好。擠出成型必須考慮到木粉在高溫下易變脆、炭化、強度下降的問題。植物纖維耐溫不應超過180～200℃，而且受熱時間應盡量短，因此加工溫度和擠出工藝條件必須與木粉受溫極限同步。
總體上看，大量利用農(nóng)產(chǎn)品廢棄物和多種植物纖維開發(fā)的新一代木塑材料，可廣泛用于建筑裝修、包裝材料、貨運托盤及各種公用設施的用材，保持了木材的木質(zhì)、木感，以及可鋸、可釘、可刨、可粘結(jié)的木材本質(zhì)，在防水、防腐、防火方面又優(yōu)于木材。因此在我國木材資源的日益緊張的今天，開發(fā)具有木材和塑料雙重優(yōu)點，能可逆循環(huán)利用的新型仿木木塑材料，具有重大的社會意義和經(jīng)濟價值。
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