木塑复合材料成型加工过程中的变色机理及控制研究进展.doc

木塑复合材料成型加工过程中的变色机理及控制研究进展 发布：2012/3/22 10:04:53 来源：本网 塑料助剂讨论区 ?木塑复合材料成型加工过程中的变色机理及控制研究进展???????????????????????????????? 刘曼红????????????????????? (广东省林业调查规划院广州510520)??? 摘要：文章介绍了木塑复合材料的成型方法及发展趋势，主要论述了木塑复合材料成型过程中的变色原因及其控制方法。??? 关键词：木塑复合材料；变色；热降解??? 中图分类号：TQ320文献标识码：A文章编号：1006－4427(2010)03－0078－04??? 聚合物基木塑复合材料(Wood Plastic Composites，简称WPC)是指用经过预处理的植物纤维或粉末(如木、竹、花生壳、椰子壳、亚麻、秸秆等)为主要组分，与高分子树脂基体复合而成的一种新型材料。木塑复合材料具有使用寿命长、美观、可再生、造价低、防虫、防腐、可喷涂、比纯塑料制品硬度高等一系列优点而广泛应用于建材、汽车工业、货物的包装运输、仓贮业、装饰材料及日常生活用具等方面，同时由于植物纤维的可再生性、可被环境消纳性，所以WPC是一种极具发展前途的绿色环保材料，在资源日益匮乏的今天具有广阔的市场前景和良好的经济、社会效益。木纤维具有来源广泛、价廉、可反复加工、可生物降解再生、密度低和较高的长径比、比表面积大等特性，同时木纤维作为一种增强材料用于热塑性塑料中还显示了较好的力学性能，例如：比强度高、硬度低、对加工设备磨损小等优点［1］，因而被广泛应用于生产木塑复合材料。2001年北美市场消耗的木塑复合材料达32万t，预计到2010年以前以14%～19%的速度增长，远远高于同期塑料工业的总体增长率［2］。但是由于木纤维中含有大量的羟基，具有很强的极性与亲水性，而通常用的聚合物基体为憎水、非极性的，因而木纤维与树脂基体之间的界面相容性差，影响了木塑复合材料的机械性能；另外添加木纤维后复合材料熔体的粘度高，通常是提高加工温度来降低熔体的粘度，改善熔体的流动性，但升高温度造成成型加工时木纤维热稳定性差，木纤维填料易降解变色、产生异味、力学性能降低等，不适合的配混和加工条件会导致木塑复合材料制品的性能下降。因而有关木塑复合材料的变色机理及其控制方面的研究具有非常重要的意义。??? 1·木塑复合材料的发展趋势与成型方法??? 木塑复合材料生产工艺是通过熔融共混的方法将木质纤维和热塑性塑料充分混合，再以挤出、层压、模压或者注塑的方式成型得到木塑复合材料。主要分为两步：第一步是偶联剂或增容剂对木材或塑料的改性；第二步是木材与塑料的复合。其典型工艺流程如图1所示。??????????????????????????? 木塑复合材料的成型方法可分为一步法［3］和多步法。一步法是木塑复合材料的配混、脱挥及制品成型在一个设备或一组设备内连续完成。多步法是木塑复合材料的配混、脱挥和制品成型在不同设备中完成，可以先将原料配混制成中间木塑粒料，然后再挤出、注射加工成制品，物料成型加工温度通常控制在200以下。目前其工业化生产中所采用的主要成型方法有：挤出成型、注射成型和热压成型。由于挤出成型加工周期短、效率高、成型工艺简单，在工业化生产中与其它加工方法相比有着更广泛的应用。随着木塑复合材料加工水平及人们对木塑制品性能的提高，有关木塑复合材料的研究及应用有了进一步的发展，其加工技术主要有如下发展趋势：(1)原料多样化，常规的木材加工剩余物、花生壳，甚至中药渣等都可用于制备木塑复合材料；(2)木粉填充量超高化，随着加工设备的优化及成型工艺的改进，木粉填充量可以大大提高；(3)设备工艺专业化；(4)产品高档化。??? 2·木塑复合材料的变色原因??? 影响木塑复合材料变色的因素多且复杂，归纳起来引起木塑复合材料变色的原因主要有几个方面。??? 2．1成型加工方法的影响??? 不同的成型加工方法使得木塑复合材料经历的热机械历程具有明显的差别。在挤出、注射过程中物料经历高温、高强度的剪切而使得物料产生局部高温，当温度超过热降解温度时会加快木纤维的热降解速度，从而引起木塑复合材料制品的变色、产生有异味的挥发性气体、形成多孔的制品，最终影响复合材料制品的力学性能及使用性能。??? 2．2加工设备的影响??? 由于成型加工过程中加入的木质纤维大部分为粉料或纤维状，结构蓬松，从而造成进料困难。同时聚合物基体与填充填料之间并不能形成理想的混合体并均匀一致地加入到挤出机中，所以加料过程中常常会出现“架桥”和“抱杆”现象。特别是木粉中含有较多的水分时，这一现象就更为明显。加料的不稳定不仅直接导致挤出产量低，还会使得挤出波动，造成挤出质量降低。同