注塑、压制成型用木质复合材料

作者：Jan H. Schut    来源：PT现代塑料

欢迎访问e展厅 展厅 2 复合材料/胶粘剂展厅 阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ... 挤出贴面仍然是木质填充塑料市场的重要组成部分。但是，木质复合材料的注塑和压制成型以其各自的优点正变得越来越普遍。同时，挤出型材正朝着形状更复杂的机制木工产品的方向发展。 采用新的工艺，如注塑成型、压制成型或双带成型，可以在简单的贴面板的基础上，将木质复合材料模塑成各种新的形状，以取代许多机制木工产品和特形铣制的零件，诸如柱杆的端头、便池座圈、木工用水平仪、门窗框子、办公室分隔板、屋顶木瓦或地板等。由于含有较高的填料，使制品不会发生蠕变。 木质复合材料的挤出工艺已有十多年的发展历史。来自一家研究机构的统计报告表明，在所有木质填充产品中，型材所占比重为97%，其中大多数为贴面板或栏栅。 目前，挤出型材领域具有两个发展趋势：一是中空复合型材变得更加复杂，例如木/聚乙烯办公室隔断板；二是简单的长方形断面型材被用于一些新的用途。Crane plastics公司正在用木/聚乙烯来挤出门框的内部部件，这些部件与天然木材结合成一体，然后将其作为一个整体进行磨光和涂刷底漆。 注塑成型用木质复合材料 第一种注塑成型用木质复合材料是在4年前被推出的。根据Principia（一家研究机构）的统计，这种材料的销售量在整个木质复合材料中（不包括压制成型产品）仅占3%（1900万磅/年）的比重。Principia预计，注塑成型用木质复合材料将在今后4年内，以每年70%的速度向前发展。 2000年，成型商Xtendex公司贴面板厂（现在是Carney公司的一部分）首次注塑成型了与贴面板的颜色、纹理以及耐候性能相匹配的板端饰件和杆帽。原来的板端饰件完全是直角的，并伸出于板端之外。现在，Carney公司注塑出了一种更美观的半圆形柱状的饰件，可被平齐地装在板端里面。 如今，这项注塑成型技术已被广泛地应用，而且随着注塑技术的发展和配方的改进，制件的质量和一致性变得更好了。去年， 俄亥俄州wilmington市的Timber Tech公司（型材挤出商Crane Plastics公司的贴面板分公司）第一次采用了木质复合材料注塑成型杆帽和饰边产品。随后，Brite Manufacturing、Carney（Xtendex）、Composatron（Premier）、Correct Building Products（CorrectDeck）、Fiber Composites（Fiberon）、Louisiana-Pacific (Weatherbest)、 Master Mark Plastics (Rhino)和U.S. Plastic Lumber (Carefree)等贴面板生产商也都采用了木质复合材料来注塑成型中空制件。 贴面板制造商希望它们的复合成型产品含有高木质纤维或其它填料（稻壳、亚麻纤维和大麻纤维），因为较高的填料含量可以防止产生陷坑。但是，与相应的挤出贴面板相比，大多数注塑成型用复合材料所含填料要少得多（注塑级填料含量一般为挤出级的1/2）。这是因为，填料加得越多，流动性就越差，而注塑产品需要具有较好的流动性。令人欣慰的是，有极少数定制产品成型商能够做到其注塑成型产品的木质纤维含量与挤出型材相接近。例如，Blue Ridge Industries公司为Trex公司生产的杆柱裙边和杆顶件，其中的木纤维含量为50%；而Atlas公司为Fiber Composites公司成型了45％木含量的Fiberon贴面板和栏杆型材。Atlas称，它甚至可以成型木含量高达60％的产品。 对于成型产品来说，各种纤维都必须短一点才行。一般来说，贴面板制造商使用的挤出级的木纤维，其细度为30目至40目，而60目至80目的纤维比较适合于注塑成型。 对于注塑成型来说，木纤维的种类也是非常关键的，而挤出成型对此就要求不高了。这是因为，不同木纤维对剪切速率的敏感性不同，例如，橡木的剪切敏感度比松木大得多，也更容易烧焦，所以橡木填充料的含量一定要比松木低。另外，木质填充粒料的干燥对于注塑成型来说也远比挤出重要得多，原因是注塑机一般都没有排空装置，没有排空就会出现腐蚀现象。比如，未经干燥的橡木粉（它富含丹宁酸）会腐蚀注塑模具。 有些木质复合材料能够注塑成型材，而且在成型过程中，可以把密封条和防水条也作为嵌入件加上去，以减少二次加工。Atlas公司和Dinesol Plastics 公司曾利用该技术为Endura Products公司生产了带有这种嵌入件的Z系列门的门框。 最近，有两家提供定制产品的成型商还开发成功了采用共注塑和发泡的复杂工艺。其中，Centoco Plastics公司推出了以木质填充料作为核心、面层采用不含木纤维的白色聚丙烯的共注塑便池座圈。为了有利于成型件的顶出和防止产生陷坑，这家公司在该工艺中加入了1 ％～2 ％的发泡剂。 预掺混的新方法 注塑成型用的木质填充复合材料要比挤出用的材料成本高，这是因为注塑料必须进行预掺混和预干燥，或者采用木纤维的高浓缩母料。为了降低原料成本，有些定制产品成型商将废弃的耐用贴面板磨碎以后，用于注塑成型部件。 一家成型商正在尝试着使用一台由Pallmann公司提供的PFV塑化混炼机Palltruder，用于在木粉和塑料被喂入反向转动的双螺杆挤出机之前，对其进行预掺混和干燥。混炼机可以使塑料软化，但不会使它熔化，从而使湿气从木纤维中逸出。混好的物料最后被旋转的刀切成颗粒。 压制成型用木质复合材料 近几年，用木质复合材料压制成型的制品越来越多。Epoch Composites公司用HDPE（高密度聚乙烯）和木粉压制成型的长度为12～20ft(1ft=0.3m)、具有4种颜色的木质填充贴面板在市场上供不应求。 Epoch公司认为，压制成型制品之所以受欢迎，首先是因为它不会使纤维发生断裂；其次，压制成型所需的木粉填充量可以比采用注塑成型工艺的多。另外，因为物料无需流过狭窄的模具流道，所以压制成型对掺混料的流动性要求不是很严格。 用Wellington Polymer Technology 公司全自动化的压制成型生产线压制成型的Enviroshake复合材料木瓦看起来就像被劈开的圆锥形的杉木一样，它具有很高的填料填充量，90%的掺混料都是一种由工业使用过的聚乙烯和聚丙烯薄膜、来自轮胎的碎橡胶和天然纤维所组成的混合物。填充纤维可为亚麻、木纤维或者大麻。其余10％的掺混料是9种化学添加剂和工艺助剂混合物。 德国Schilling-knobel公司开发出的被称为Thermofix的双带成型工艺，可被用来制造木质复合材料地板。该工艺将复合材料粒料压在两条加热的聚四氟乙烯皮带之间进行加热，以形成一片连续的、厚度达0.75in(1in=25.4mm)的片材。粒料含有60％的木粉和40％的软聚氯乙烯，由Palltruder机进行加工造粒。 一家木粉和天然纤维复合材料的压制成型商采用了在成型前先对混合填料进行预处理的技术，这种方法是用一台球磨机挤压那些看起来很稠密的纤维团，然后把小团磨成屑片，以便于同树脂掺混。 替代纤维的进展 目前，注塑和压制成型商正在改善他们的配方，他们或者用大麻、亚麻、稻壳或者麦秸之类的农业纤维来代替一部分木纤维，或者用滑石粉之类的矿物填料或淀粉来代替一部分木纤维。据报道，这些混合填料可以提高刚性、抗蠕变性和抗湿性。例如，木质复合材料型材在挤出之后可以吸收高达23％的潮气，但在加入大约30％的滑石粉后，其吸潮率会降低一半。 用农业纤维取代木纤维也有一些缺点。例如，亚麻纤维对模具的磨损特别厉害；农业纤维加热时会发出很刺鼻的气味。 澳大利亚Fasalex公司拥有一项将木粉、树脂和淀粉结合起来的专利工艺，用这种工艺生产的物料有以下几个牌号：LEX 452含有70％的木粉、20％的淀粉以及10％的PE和添加剂；LEX 468含有75％的木粉、10％的淀粉以及15％的PP和添加剂；LEX 474含有60％的木粉、10％的淀粉以及30％的PVC和添加剂；此外还有注塑成型的专用料Fasal。在这些成分中，淀粉可以增加刚性，并能吸收木粉里的水分，从而能够加工含水量为12％的木粉，而且无需预先干燥。澳大利亚的Josko Fenster und Turen GmbH（公司）将LEX 474料用于挤出生产门窗型材。 Fasalex公司对使用预掺混料和使用直接掺混料成型的产品进行对比试验后发现，前者的壁厚比后者薄1mm左右，因此Fasalex公司采用了预掺混工艺。 Kadant Composites公司申请了一项独特的以矿物和木粉为基础的纤维组合物专利，从而开发了造纸污泥的商业用途。首先，Kadant公司用造纸过程中所用的高龄土、碳酸钙和短纤维素纤维来制备一种叫做“Biodac”的多孔粒料（密度1.5g/cc）。因为颗粒是多孔的，它们在和塑料掺混过程中，塑料就会被吸附到内部，从而获得很好的强度。三年前，Kadant公司首次用Biodac做成了一种叫做“Geodeck”的复合材料贴面板，其中Biodac、高密度聚乙烯和另加的纤维素纤维的含量各占1/3。现在，Kadant公司每年销售1000万磅Geodeck，这是一种带肋的型材，与该公司注塑成型的端帽装配在一起供应市场。 目前，许多大学也在进行“提高复合材料的性能”的研究工作。多伦多大学的研究员Tieqi Li建议，用挤出级的HMW-HDPE来取代普通的树脂，以提高复合材料的性能。根据以往的经验，尽管高粘度的树脂有助于提高强度，但木质复合材料加工时需要使用低分子量/低粘度的聚乙烯，以便使纤维湿润并提供良好的流动性。然而，Tieqi Li发现，木质复合材料的可加工性更取决于木纤维，而不是聚合物的分子量。 另外，莫斯科Idaho大学的研究员Lance Gallagher发现，用球磨机把100目的纤维磨至小于20祄的尺寸后，填料的表面积被增大了，可加工性也得以改善。在HDPE中，当100祄纤维的填充量为50％时，断裂强度为3190lb/in2 （1lb=0.4536kg，lin=25.4mm）而38祄纤维具有同样的填充量时，其断裂强度为3625lb/in2（1lb=0.4536kg，lin=25.4mm），即提高了14％。结果表明，短纤维与聚合物结合得更好，致使其抗张强度提高。所以，在木质复合材料体系中，短纤维的强度比长纤维大，这正好与以往的经验相反。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/14/2005)