仿木制品挤出技术的优化方案

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：仿木挤出概述木塑制品是植物纤维和树脂（塑料）的一种复合材料。2）仿木纹型材六个关键技术。在木塑制品中木塑纤维起增强强度及降低成本的作用。加入助剂对改善木塑制品性能非常明显。木塑制品对挤出机的要求木塑制品的生产都需要先造粒的二步法生产。聚烯烃类木塑制品用平行同向双螺杆挤出机造粒，用单螺杆机成型，通常用销钉螺杆挤出。1）单螺杆挤出机。5）双阶挤出机。

（1）仿木挤出概述木塑制品是植物纤维和树脂（塑料）的一种复合材料。木塑制品常用的树脂有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。在木塑制品生产中，由于废旧塑料和废旧纤维成分不确切，性能波动大，工艺无法控制，因此目前还是以新塑料和植物纤维为主，适当掺一些废旧料可节约成本，符合循环经济要求，有利环保，又降低价格。

1）仿木纹型材的特点。

①木纹逼真。

②一步成型，无需二次印刷、上光等工序，省工省电省设备。

③可锯、钉、钻、粘合，安装方便。

④高光亮仿木纹装饰型材表面光洁如镜，富丽堂皇。

⑤亚光表面柔和，温馨里有木质感。

仿木装饰型材可配制不同色彩的木纹，如仿红木、竹黄、磁白、金檀木等。该材料可用于室内装饰，如仿木门、地板、墙裙、吊顶、家具、镜框、楼梯扶手、门窗包边、艺术壁柜、覆盖线条、公园坐椅条、凉亭木柱、亭顶木构件等。

2）仿木纹型材六个关键技术。

①木纹的形成。

②表面高光亮（表面亚光）。

③物料高填充。

④色彩纯正。

⑤耐老化。

⑥足够的强度。

木塑制品和木材的基本性能见表1-6。

表1-6 木塑制品和木材的基本性能

（2）木塑制品特点与产品应用木塑制品与木材相比优点很多，如不用另外再处理在室外可直接使用，抗紫外线及防水能力强（水浸30天，吸水率不大于0.5%），耐腐蚀、耐老化、防虫蛀能力强，耐磨性比杉木高7倍，使用寿命长，价格低；外表有木质感，又有仿木纹，有天然的木材芳香，二次加工性能好，可锯、可刨、可钻孔、可打钉子，且钉子的紧固力为普通木材的几倍；比木材的尺寸稳定性好，不会产生裂纹、弯曲变形，又无疤痕，比塑料硬度高，可回收再用。

木塑制品目前主要用于装饰材料和结构材料，如图1-44～图1-47所示。

①木塑薄板。用于汽车内的装饰板、室内装饰板、室外广告托板等。

②木塑厚板（包括中空板）。用于建筑模板、集装箱地板、仓库垫板、车船铺板、房内门板、制作家具用板等。

图1-44 凉亭护栏构件

图1-45 室外坐椅构件

③木塑异型材。用于凉亭、护栏、室外坐椅、景观构件、托盘、包装箱、隔离板、门窗框架、凉亭柱子、雨棚框架等。

④木塑装饰材。用于仿木地板、踢脚线、室内室外装饰板等。

⑤木塑管材。用于仿古建筑中的方形、圆形木柱等。

图1-46 木塑复合材料在公园的应用

图1-47 木塑复合材料在仓库的应用

（3）原材料准备木塑复合材料的基本配方组成见表1-7。

表1-7 木塑复合材料的基本配方组成

1）基料的选用。不同基料木塑复合材料的性能对比。主要体现在制品的可回收性、物理性能、外观质量、加工工艺、断面收缩率等方面，见表1-8。

表1-8 不同基料木塑复合材料的性能对比

2）填充纤维的影响。在木塑制品中木塑纤维起增强强度及降低成本的作用。木塑制品用的植物纤维有木粉、竹子、秸秆、黍壳、花生壳等，添加量一般可达40%～80%当选用聚氯乙烯作基料时，由于聚氯乙烯的流动性差，填充量要小些，但选用聚丙烯作基料时添加量可达80%。由于天然植物纤维含水量高，如木粉含水量在5%以上，有的植物纤维含水量达到10～15%，所以植物纤维必须干燥以后再用。一般干燥温度为100～180℃，温度过高会分解和碳化。用热风干燥较理想。经干燥的植物纤维填充生产不会造成制品起泡、烧焦，甚至机筒汽化引起模嘴喷射熔料。

高档木塑制品用的植物纤维要经过脱脂（硝化）处理，偶联剂和润滑剂也要选择得当，尤其是门窗型材和室内装饰型材都是高档产品，要求更加严格。

3）助剂的作用。助剂包括提高强度的偶联剂，改善表面质量的润滑剂，减缓室内外变色的光稳定剂、抗菌剂，降低吸水变形的吸水剂，降低密度及成本的发泡剂等。加入助剂对改善木塑制品性能非常明显。

（4）木塑制品对挤出机的要求木塑制品的生产都需要先造粒的二步法生产。聚烯烃类木塑制品用平行同向双螺杆挤出机造粒，用单螺杆机成型，通常用销钉螺杆挤出。如果挤出型材，辅机应选用异型材配套辅机。如果挤出板材，辅机应按板材配套。如挤出大型木塑制品（例如厚板），可用多台挤出机共挤出或者用平行异向双螺杆挤出机挤出。如果用一步法工艺，可采用双阶式的布置，物料从造粒机出来不冷却就直接进入成型挤出机。有时也采用混料后不造粒直接用锥形异向双螺杆挤出机一步挤出工艺。

1）单螺杆挤出机。由于结构简单，成本低，混料能力差，塑化效果不佳，螺杆自洁能力差，单螺杆挤出机适合小型企业、小批量生产的场合，不适合高速大批量生产场合。木粉木纤维材料蓬松、密度低、流动性差、料喂入困难、必须先混料后再造粒才能生产。另外木粉、木纤维含水量高，单螺杆机排气能力差，必须烘干后才能生产。

2）同向旋转平行双螺杆挤出机。分布混合及分散效果好，自洁作用较强，但料流输送效率低，挤出压力较低，主要用于木质纤维材料与塑料混合造粒等操作。

3）异向旋转平行双螺杆挤出机。物料输送能力强，挤出压力较高，但因有压延效应，啮合区物料对螺杆有分离作用，容易使螺杆变形，引起机筒磨损，所以只适合低速生产。

4）异向锥形双螺杆挤出机。加料段螺杆直径较大，可对物料连续压缩，对木粉、木纤维喂料顺畅，在机筒停留时间短，可增大加入木粉纤维的加入量。由于是锥形，计量段直径小，对纤维剪切力小，纤维完整性好，所以适合木塑复合材料制品的成型加工。

5）双阶挤出机。较适合木塑复合材料成型生产，可实现木质纤维原料和热塑性塑料的一步法在线混合挤出生产。常用的组合方式是同向旋转平行双螺杆挤出机和单螺杆挤出机组合，也可用异向旋转平行双螺杆挤出机和单螺杆挤出机组合。这种双阶组合不仅可以达到对物料优异的混炼塑化效果，而且还有对木质纤维原料的预干燥、脱挥的作用，因此常在双螺杆挤出机上布置多个排气口，甚至是抽真空装置。而串接的单螺杆机要求建压能力和均化能力较强，且挤出要平稳。

6）串联式磨盘螺杆挤出机。由于串联式磨盘螺杆挤出机具备了单螺杆挤出机结构简单、挤出压力高、承载转矩大的优点，而且具备磨盘挤出机超强的破碎、分散、剪切、混合和塑化性能优势，同时还可以通过动盘和定盘结构型式的选择、间隙的调节以及工艺条件的变化等手段实现对混炼工艺过程进行控制，因此用它可以制取一般混炼装置难以加工的特殊高分子材料和高填充复合材料。串联式磨盘螺杆挤出机因具有超强的破碎、分散、混炼能力，极易产生过量的剪切热，因此，要对磨盘作三方面调整：选用沟槽形状简单、沟槽数少的扇形磨盘以减少植物纤维经历的剪切次数；通过特别设计的磨盘间距调节装置，实现对动盘、定盘之间间距的微调，如图1-48所示，在木塑复合材料挤出实验中采用图1-48a所示等距（δ₁=δ₂）可降低磨盘对复合材料的剪切强度，而图1-48b所示为磨盘间距不等；还可在定盘上设置进行液体冷却的通道，对液体温度进行有效的控制。

图1-48 磨盘间距微调装置

a）磨盘间距相等 b）磨盘间距不相等

选择木塑制品截面形状应考虑到使用要求、物理性能、成本、组装性能等。图1-49所示为几种不同截面形状的制品。其中图1-49a为实心圆截面，成本最高，但强度最好；图1-49b为空心圆截面，成本最低，但强度欠佳；图1-49c成本比实心圆截面低，同时强度还不会降低。

在实际应用中，要充分考虑连接处如何防止开裂、成品的强度要求、使用地区的气候条件等因素，选择最合理的形状。木塑制品几种挤出机加工性能的比较见表1-9。

图1-49 几种不同截面形状的制品

表1-9 木塑制品几种挤出机加工性能的比较

（5）木塑制品机头设计木纹和色彩的形成由配方保证，而木纹的形式和光泽则主要取决于机头的结构。挤出管材时，由于型腔分流的作用，在管壁上形成狭窄的V形木纹；挤出棒材时，木纹呈现直线形或蛇形；挤出片材时，木纹呈抛物线形或U形；挤出异型材时，由于机头内部各处结构不同，其木纹形状也各种各样。一般中空制品，内部及拐角处所形成的木纹较明显。总之，由于不同机头对材料和着色料的阻流不同，使木纹形状也各不相同。高光亮仿木纹制品模具结构的特点是冷却方式和冷却位置的控制，其定型模以水箱为主。

图1-50所示为涡旋花纹制品的挤出机头。成型装置如图1-50a所示，从挤出机1和挤出机2挤入的两种树脂在模芯支架处合流，这种树脂由带有翼片的旋转体旋转成涡旋状，通过木花纹共挤出模具可成型涡旋状木纹制品。模芯支架如图1-50c所示，调节来自模芯支架的树脂量可任意改变旋涡的大小。调节图1-50d所示的旋转翼的转数，可以自由决定涡旋的密度。采用图1-50a所示的机头可形成图1-50e所示的同心圆旋涡。如将图1-50a所示模具出口换成图1-50b的形式，则可制得将同心圆分割为四部分，如图1-50f所示的四个旋涡花纹制品。用这种成型法采用两种不同性质和颜色的树脂，不仅可以制得外观极似木材的型材，而且可使型材表面为硬体，而内部却有如海绵状的微软结构，且与木材一样可进行锯、钉、钻加工。