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浅谈木塑专用木粉的应用

发布: 2010-11-10 13:51 |  作者: 吴学惠 |   来源: 中国建材报 |  查看: 2488次

    作为木塑复合材料生产的基础因素之一的木粉制备是一个新的领域。按照《中国木塑生物质复合材料产业“十二五”发展规划纲要》的描述,未来5年,中国木塑产业的目标是木塑材料及其制品要达到500万吨/年的产量。也就是说,与现在的产量相比,我国木塑材料的产量将增长10倍左右。由于目前我国生产的木塑复合材料的质量欠稳定,生产成本偏高等因素,大大制约了木塑材料的应用范围的拓展和高端产品的开发,不仅影响了企业的积极性,也使木塑产业的良性发展受到一定程度阻碍。解决这个问题,关键一点就是要从木塑材料原料制备的源头抓起,只有这样,才能打通长期困扰木塑产业创新和发展的瓶颈。北京龙木天成木塑技术推广中心 w7^.| vC }'Z4e ?
   木塑专用木粉应用的必要性
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    木塑复合材料(WPC)是一种新型的绿色环保复合材料,是将聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物(ABS)等的回收料与加工处理过的废旧木材、锯末、枝杈、农作物秸秆或壳皮等植物纤维按照一定比例,添加特制助剂,经高温高压处理后制成的人工合成材料。因此,木塑复合材料最能够体现循环经济、低碳经济、生态环保、资源节约、节能减排等可持续发展先进理念,成为当前最具活力的新型生物质复合材料。木塑复合材料生产的实践告诉我们:尽管木质纤维和草本纤维都是生产木塑复合材料的基本原料,但是,由于木质纤维和草本纤维的材质不同,其几何形状也不同,在生产实际中木质纤维和草本纤维的填充量不同,就可能影响木塑复合材料的力学性能以及生产成本。
uL S?E9^2L'nb0  北美地区生产的木塑复合材料基本上都采用目数在20~40目的木粉纤维。由于这类木粉纤维尺寸较大,木粉颗粒非常明显,不仅影响到了木粉在材料中的均匀性,还导致产品外观粗糙,降低了材料的美感和装饰性。日本生产的木塑产品木粉细度可达到100~200目,因此具有细密的质感,外表更加美观。由于木粉纤维尺寸的降低会使其表面积增大,从而使木粉处理难度增大,对木塑材料生产的工艺条件和设备都提有较高要求。目前国内生产的木塑复合材料大部分对木粉颗粒的要求都在40~80目,这种规格的木粉纤维一方面比较符合国内的加工设备和工艺技术水平,另一方面产品表面处理比较方便,能使制品具有更加接近木材的质感。值得关注的是,由于木塑复合材料所具有的美学性、良好的力学性能、低维护费用、不易降解、抗白蚁、阻燃性等方面的优点,现在越来越得到国内外木材加工和生物质材料领域的重视。所以,要使木塑产品真正跻身优秀生物质复合材料制品行列,并且在性价比上具有一定的优势,就必须从木塑原料生产的源头解决问题。北京龙木天成木塑技术推广中心 )b+J8z"t-Y'?
  在多年木粉加工的经验和基础上,本公司前不久推出了自行研发的木粉加工机械设备,既可以加工木本纤维,也可以加工草本纤维,还可以同时生产出颗粒状和纤维状木粉,也可以根据木塑复合材料的不同需要,调节这两种几何形状的木粉目数及其比例,为木塑材料原料研发的细化和深化,起到了一定的示范性作用。北京龙木天成木塑技术推广中心 +\ zH |~jHw.n?&D
  木塑专用木粉的选择北京龙木天成木塑技术推广中心 !cRBX$CcC^#j
    木粉是业界对植物纤维粉料的通称,是指各类植物纤维经过粗轧、粉粹、研磨和筛选等工序加工成粉状的物体;此处的植物纤维包括木本纤维和草本纤维。其中,木本纤维诸如木屑、锯末、刨花、桠枝、边角料、砂光粉等;草本纤维如稻草、麻秆、棉秸秆、玉米秆、葵花秆、花生壳、甘蔗渣等,以及属于禾本植物的竹材类,上述材料均为低值或废弃的自然资源材料,采集量大且获取相对容易。目前市场上木粉的加工方式主要有分类筛选和机械破碎两种。
,Ul({jOX+V3b0  经过振动筛分类筛选出不同目数的木粉,是较传统的木粉利用方式,主要针对诸如纤维板厂、家具厂的砂光粉及锯末类的木工下脚料,大部分都属于颗粒状木粉。这类木粉杂质较多选择余地不大,而砂光粉废料中又多含有不符合木塑材料生产要求的甲醛、苯,以及铅、镉、鉻、汞等重金属有害元素,不宜应用到绿色环保材料生产中。可是由于这类木粉采购价格及加工成本比较低廉,或者由于有些企业只注重灰分含量的把关,而忽视甲醛、苯、重金属含量的标准要求,因此,这类木粉很容易被一些生产厂家采购使用,从而导致木塑材料不能达到国家标准的相关质量要求,可见这类未经加工处理只经过筛选获取的原料不是木塑材料生产使用的理想原料。但目前有些木塑生产企业往往只考虑成本问题,直接采购这类木粉用于生产,这可能构成木塑行业发展的一个隐患。北京龙木天成木塑技术推广中心 /}QG5G0\+D3l|(?
  木粉的几何形状主要有3种:颗粒状、纤维状和片状。通过大量生产实践表明,只有通过机械粉碎,并对粉碎后的原料进行分级筛选后提取的木粉产品,才是木塑专用木粉的理想来源。采用机械破碎法生产的木粉,目前主要有粉碎法和研磨法两种。现在市场上采用粉碎机械制备出来的木粉,大部分以粗纤维形状为主,适合应用在人造板生产等领域;若使用在木塑材料生产中,虽然能够体现某些木材性质,但是外观粗糙,后处理比较困难。采用研磨机制备的木粉,大部分以100~300目的颗粒状木粉为主,适合用在PU等系列产品中做填料;若使用在木塑材料生产中,虽然材质表面光滑,但是产品脆性强,抗拉强度降低,用于结构型材显然不合适。这些现象表明,在木塑复合材料原料的制备过程中,在相同木粉添加量的情况下,木粉的颗粒尺寸及其含量比例对材料性能及表观影响十分明显。
8E.t-z;{s _Z!k0    从生产实践来看,在具有相同物理力学性能的情况下,使用大径级的木粉颗粒比使用超细径级木粉颗粒生产木塑复合材料在技术和设备上的要求要相对简单得多,但材料的质感也相差很多。所以,我们认为木塑专用木粉的生产要考虑到粗、细粉出粉比例,以及不同规格形状木粉的混配问题。在木塑材料生产过程中,实现对木粉几何形状的选择使用,使颗粒状、纤维状和片状木粉在木塑复合时恰当地共存,形成“木粉共同体”;同时控制无机物(灰分)比例,对于提高木塑材料整体性能尤为重要。
v#BvX2s_t0  木塑专用木粉的应用优势
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    在实际应用中,木粉纤维的粒径分布、长径比、密度等因素非常重要。
Iu"z3F {^q0  在PVC发泡木塑材料生产中,山西格瑞环保设备有限公司经过反复实验认识到:在选择使用木粉时,严格选定经过机械粉碎加工的木粉原料,纤维的粒径分布尽量选择40目~120目的木粉,木粉中的纤维形状要按适当比例混配。这样有较宽的粒径分布曲线,能在与应力垂直的更大面积上分布吸收冲击能量;纤维的无规则堆砌密度较大,基体树脂单位面积上吸收的冲击能量较少;同时,这样的组合熔体指数也较高。该公司生产的木塑产品和同行业相比,生产成本大大降低,市场竞争优势明显,产品质量经过国家建筑装修材料质量监督检验中心检验为:含水率小于0.9%、尺寸稳定性不大于0.3%、邵氏硬度(HD)不小于72、吸水厚度膨胀率不大于0.3%、甲醛释放量不大于0.1mg/L、可溶性铅不大于15mg/kg、可溶性镉小于0.5mg/kg、可溶性鉻小于3mg/kg、可溶性汞小于0.5mg/kg,整体性能表现优秀。北京龙木天成木塑技术推广中心 !Bn!d!J|z
  木塑制品的成型都是在熔融流动状态下进行的,因此加工的物料要求有一定的流动性。流动性过小,挤出成型困难;流动性过大,则产生的挤出压力过小,制品强度不足且成型不完整。生产实践表明,木塑原料体系的流变性对挤出加工过程和制品的力学性能有着较大的影响。由于草本植物中矿物质含量比木本植物的含量高,因此,草本纤维抗微生物降解性和抗吸湿性比木本纤维更强。如果部分采用草本植物纤维,部分采用木本植物纤维,则可以通过以较长纤维的木本植物纤维以弥补草本植物纤维短小的不足,在挤出过程中能起到一定的润滑作用,并且纤维的长径比不一还可以取长补短,在挤出加工过程能够避免纤维长径比比例降低带来的不利影响。因此,使木本纤维和草本纤维按照一定比例混合,其物料的流动性比单独使用某一类纤维的木塑粒料的流动性要好,并且挤出的产品比单独使用同一木粉的产品更密实,结构更紧密,表面质感更好。北京龙木天成木塑技术推广中心 ,Euc[#g@
  国内植物纤维的多元化优势
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    早在20世纪70年代,欧美国家就已经出现使用麦秆、棉秆、玉米秆、亚麻秆等秸秆纤维用于木塑材料的生产。由于在国外制取这些草本纤维的成本远远高于木质纤维的成本,后来草本纤维木塑制品主要应用于汽车饰件而非建筑材料上。我国是粮食生产大国,农作物秸秆不仅资源丰富,而且成份稳定。对于废弃木材边角料的回收再生利用,目前在我国处于同样重要的位置。我们完全可以在木塑生产中做到因地制宜,因材适用,将木本纤维和草本纤维结合起来开发利用,使其成为木塑材料的优质基础原料。事实上,我们已经可以通过木本纤维和草本纤维的混合使用,来达到降低生产成本,提高产品质量的目的。根据近几年木塑企业采购木粉的现实情况来看,生产PP、PE木塑产品,可以采购30目~80目的混合型木粉;生产PVC木塑产品,可以采购40目~100目的混合型木粉。这样的原料组配,对木塑产品物理力学性能的提高,以及生产成本的降低,都能起到积极的促进作用。北京龙木天成木塑技术推广中心 Z{7g@ ~ D5LC(HUq
  目前市场上流通的木粉更多的是应用到化工和造纸领域,诸如制革、油漆、涂料等行业,专门用于木塑材料生产的专用木粉尚为鲜见。如果我们打破传统的单一木粉的生产观念,将不同长宽比的纤维材料收集起来混合加工,制备出质量优良的专用木粉,用以生产木塑复合材料,这样既可以节约生产成本,也可以实现变废为宝,还能为地方经济发展注入活力。
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