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木塑復(fù)合材料的擠出工藝二

2009/6/17 8:16:23 人評(píng)論

  需要特定的工藝窗口
        
        加工被定位于塑料業(yè)用到的工藝。但是就加工溫度而言,有幾個(gè)特殊點(diǎn)要考慮。木纖在200℃以上的溫度下因熱量而受損,不可挽回地破壞了其性能。因此,只有加工溫度相對(duì)較低的塑料適合用作木纖的基材塑料。PP、HDPE、LDPE、PS和PVC一般適合于木料擠出。PP于此占據(jù)著最大的份量。它具有純料和回收料都能應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。而且,基材的流動(dòng)性能與木料含量成比例地變化,有必要采用工藝參數(shù)。微妙的一點(diǎn)是塑料的塑化,因?yàn)樗鼤?huì)破壞木料,損害產(chǎn)品的品質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)。
        
        為了從木料里除去殘余水份,可以利用縱列式擠出機(jī)或排氣式擠出機(jī)。
        
        為了避免任何新的大筆投資,必須只在現(xiàn)有生產(chǎn)裝置上作細(xì)微的調(diào)整而生產(chǎn)出這些木塑復(fù)合物。通常利用來(lái)自辛辛那提或戴維斯標(biāo)準(zhǔn)公司的錐形雙螺桿擠出機(jī)。因?yàn)槲沽隙蔚捏w積大,這些擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)明顯??藙谒宫敺乒疽步⑵鹦滦蛿D出機(jī)KMD90-36,主要是為PVC擠出而開(kāi)發(fā)的,同時(shí)也確實(shí)適合于加工木料填充塑料。但是,單螺桿擠出機(jī)也能被應(yīng)用,盡管其前提是原料被恰當(dāng)?shù)鼗鞜挸闪A稀?
        
        生產(chǎn)木塑復(fù)合材料所用到的木料填充物是碎木片、木屑和幾種木漿。木料填充物影響著復(fù)合物的機(jī)械性能,不只是通過(guò)所用木料的類型,而且通過(guò)其形狀、徑距比和所應(yīng)用的成漿工藝。
        
        木纖與塑料之間的粘著性是差強(qiáng)人意的。為了提高附著力及機(jī)械性能,可以對(duì)纖維表面進(jìn)行修整或者加上粘接劑。對(duì)于木料擠出而言,通常要添加粘接

        劑:在 PPT作基材的情況里,這可能是馬來(lái)酸酐PP共聚物,以百分之幾的重量比例將它添加到PP當(dāng)中。
        
        目前可獲得的擠出速度約為3m/s。因?yàn)槟>咴O(shè)計(jì)的不斷進(jìn)步,以及螺桿形狀的恰當(dāng)調(diào)整,有可能在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)4m/s的擠出速度。
        
        模頭和定徑/冷卻
        
        木塑復(fù)合物用工裝設(shè)計(jì)已有技藝的數(shù)量比不上現(xiàn)有熱塑性聚合物加工技藝的數(shù)量。其流動(dòng)被認(rèn)為是凝固的流動(dòng)。就模頭而言,必須考慮到流變性能與塑料是完全不同的。因?yàn)榇翱蛏a(chǎn)(如真空箱的水冷)和片材型材生產(chǎn)(如模頭冷卻板)中用到的許多理念被利用,模具制造商的技藝有賴于將通用模頭技術(shù)與特殊纖維材料的流變與工藝技術(shù)協(xié)調(diào)起來(lái)。 
 
  模具專利技術(shù),實(shí)現(xiàn)木料和其它天然材料與不同基材的擠出,被用于制造展覽臺(tái)位和廣告用部件、房屋外層、樓梯和家具業(yè)中的許多場(chǎng)合(圖4)。 
                

圖4. 門框,雙孔擠出(15%
的PP,85%的木纖),線速度
為2×2.5m/min 
 
        PVC熔體壓力條件的通常范圍是200-300bar。對(duì)于截面小的型材和一些配方,400bar及以上的壓力也是可能的。
        
        木料擠出的一個(gè)大優(yōu)勢(shì)是定徑。因?yàn)楸粩D料在極硬狀態(tài)下離開(kāi)模頭,所以它只需要邊緣支撐。對(duì)于連續(xù)冷卻,氣體噴出是完全足夠的。但是在較高的牽引速度下,氣體冷卻達(dá)到其極限,這是PVC制模商所用的具有濕式定徑和高冷卻效率的技術(shù)變得成熟的原因了。這被認(rèn)為是最新技術(shù)。
        
        機(jī)械性能
        
        產(chǎn)品性能與復(fù)合物結(jié)構(gòu)、原料品質(zhì)和加工工藝有關(guān)聯(lián)。
        
        有大量可能的結(jié)合可能對(duì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響。但是有可能做出一些基本的判斷:
        
        ◆ 較長(zhǎng)纖提高硬度;
        ◆ 纖維形式和品質(zhì)影響硬度;
        ◆ 粘接劑提高了硬度、表面質(zhì)量和吸水性;
        ◆ 細(xì)木纖提高表面質(zhì)量。
        
        只有品質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良的原料,才有可能獲得品質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良的最終產(chǎn)品。這里起作用的因素是纖維結(jié)構(gòu)和形式、纖維型類、粒料大小和密度。加工自然也對(duì)品質(zhì)起著重要作用,這意味著必須注意在擠出過(guò)程中木料保持不受破壞。不適當(dāng)?shù)穆輻U引起的長(zhǎng)停留時(shí)間或過(guò)熱和過(guò)度非受控剪切是對(duì)木料損傷的主要原因。擠出機(jī)的另一個(gè)重要工作是完全熔化和分散聚合物。
        
        在塑料中添加木纖導(dǎo)致材料性能的明顯變化。帶木纖PP的硬度(PP-WF)與木纖含量大概成比例地大幅升高。例如木料含量50%的PP-WF的硬度差不多是純PP的五倍。另外一方面,拉斷率由純PP的百分之幾百急劇下降到木料含量20%以上PP-WF的百分之幾。表1顯示的是木料填充量50%和55%的各種熱塑性塑料(PP、PE和PVC)的一些機(jī)械性能。為了比較不同木料填充熱塑料復(fù)合料的機(jī)械性能,表中也列出了松木和中密度纖維板的數(shù)值??煽闯瞿玖现亓亢吭?0%至55%的木料填充熱塑性復(fù)合物與普通中密度纖維板有著相同的性能。另外一方面,天然木料的機(jī)械性能是這些類型的復(fù)合物所不能比得上的。


         

        另外一方面,4000-8000N/nm2及以上的彈性模量可以毫無(wú)問(wèn)題地實(shí)現(xiàn),實(shí)際值依所選材料而變。 
         
        除了纖維與基材的附著性以外,水份含量也在天然纖維/塑料復(fù)合物的機(jī)械性能上起著關(guān)鍵的作用。通過(guò)高的加工溫度和天然纖維的預(yù)干燥,天然纖維/塑料復(fù)合物在生產(chǎn)出來(lái)后有著平衡狀態(tài)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個(gè)月的時(shí)間重量達(dá)到穩(wěn)定。象這樣PP-WF水份含量的變化會(huì)伴隨著機(jī)械性能的顯著變化。水份的增多產(chǎn)生出一種材料的“軟化”,硬度和強(qiáng)度的下降,以及拉斷伸長(zhǎng)率的提高。當(dāng)檢驗(yàn)天然纖維/塑料復(fù)合物的機(jī)械性能時(shí),必須對(duì)測(cè)試氣候、樣本條件、生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)境予以非常的關(guān)注。
        
        預(yù)期發(fā)展
        
        要討論復(fù)合物是否將在歐洲的門窗和家具應(yīng)用生產(chǎn)中占據(jù)顯赫的位置是沒(méi)有意義的,問(wèn)題是什么時(shí)候?只要也有可能制造出共擠出產(chǎn)品,那么這種發(fā)展就將繼續(xù)下去,而不會(huì)衰退(圖5)。 


        圖5. 共擠出用木料  

        另一個(gè)有趣方法是綜合有抗菌效果的木塑復(fù)合物,用于診所或廁所中,因?yàn)楦腥疚kU(xiǎn)越來(lái)越高。

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