【正文】 研究報(bào)告 用，具有良好的社會(huì)效益。 是企業(yè)自身發(fā)展的需要 武夷山市美華實(shí)業(yè)公司已完成對(duì)注塑級(jí)木塑材料的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)，并且生產(chǎn)的樣品獲得客戶的歡迎，且已完成部分產(chǎn)品銷售。公司具有較強(qiáng)市場(chǎng)調(diào)研能力和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，能夠滿足本項(xiàng)目工業(yè)化建設(shè)的需要。 木塑材料的產(chǎn)品的市場(chǎng)前景十分樂觀，為取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益必須擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，目前，日產(chǎn) 20 噸木塑材料及制品的項(xiàng)目已在建設(shè)中。同時(shí)企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)備的改造中，投入了大量開發(fā)資金，申請(qǐng)資金支持和政策的支持，將有利于加快項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)程，減輕企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而且增加企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力和信心。 此項(xiàng)目的實(shí)施不但緩解了國家森林資源的緊張，而且減少了環(huán)境污染，促進(jìn)了人居環(huán)境的改善，同時(shí)為社會(huì)提供就業(yè)機(jī)會(huì)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境、森林資源有著長遠(yuǎn)的意義。 11 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 第四章 項(xiàng)目技術(shù)方案 技術(shù)簡介、先進(jìn)性及技術(shù)成果情況 項(xiàng)目采用木塑復(fù)合技術(shù)簡介 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)材料的要求更高了，既要求其有較好的物理力學(xué)性能，對(duì)人類有親和力，又要環(huán)保。木材是一種天然生物質(zhì)材料，自古以來被人們廣泛喜愛和使用。隨著我國天然林面積的減少和 “天然林保護(hù)”政策的實(shí)施，木材資源困乏、質(zhì)量下降、木材價(jià)格越來越高、木材加工業(yè)的廢棄物增多以及世界林產(chǎn)品需求量的增加都使得林產(chǎn)品工業(yè)越來越迫切地感到需要尋找木材的替代品。而由于生產(chǎn)和生活水平提高，過去被大量用于燒柴的木制品加工廢棄物，如木屑、刨花、邊角廢料以及大量農(nóng)作物纖維如秸稈、稻糠、果殼等被嚴(yán)重浪費(fèi)，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大的破壞性影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年由于木材加工余下的廢棄木粉量達(dá)數(shù)百萬噸，其他天然纖維如稻糠等的產(chǎn)量上千萬噸，這些資源如能得到有效開發(fā)和利用，價(jià)值可觀。在不斷研究中人們認(rèn)識(shí)到木材改性技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)新的突破，而填充改性既可以降低產(chǎn)品成本，又可以提高產(chǎn)品的使用性能，甚至賦予木材材料全新的性能，從而使木材行業(yè)有了新的生機(jī)。 與此同時(shí)，塑料制品在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越廣泛，因塑料廢品處理不當(dāng)而造成的白色污染問題已經(jīng)成為一大環(huán)保難題。有關(guān)數(shù)字表明，在城市垃圾中，塑料廢棄物已占到垃圾總量的 25％～35％。在我國，城市人口每年產(chǎn)生的廢舊塑料達(dá)12 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 240 萬～280 萬噸，已成為環(huán)衛(wèi)部門的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。如果能將廢舊塑料制品有效利用起來，將對(duì)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。這種背景下，將木質(zhì)纖維與廢舊塑料經(jīng)過特殊處理合成新的材料，即木塑復(fù)合材料（Wood—polymer Composites，簡稱 WPC）也就應(yīng)運(yùn)而生了。 (1)木塑復(fù)合材料的定義 木塑復(fù)合材料（WPC）是以木材為主要原料（形式有鋸末、木屑、竹屑、稻殼、麥秸、大豆皮、花生殼、甘蔗渣、棉秸稈等），經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚硎蛊渑c各種塑料（用于木塑復(fù)合材料的熱塑性塑料主要有聚氯乙烯(PVC}，聚乙烯 PEA ，聚丙烯(PPS) ，聚苯乙烯(PST) ，聚甲基丙烯酸甲酷（CPMM），以及聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等)按一定比例混合并添加特制的助劑，如偶聯(lián)劑、分散劑、增塑劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑、著色劑、阻燃劑、防霉劑等加工助劑，經(jīng)高溫、擠壓、成型等工藝制成的一種新型復(fù)合材料，是一種高性能、高附加值的綠色環(huán)保復(fù)合材料，其性能優(yōu)良、用途廣泛、利于環(huán)保，有廣闊的發(fā)展前景，值得大力研發(fā)推廣。 (2)木塑復(fù)合材料的分類 木塑復(fù)合材的制造方式目前主要有兩種：一種是將塑料單體或者低聚合度樹脂浸入到實(shí)體木材中，通過加熱或輻射引發(fā)塑料單體或者低聚合度樹脂在木材中進(jìn)行自由基聚合，所得復(fù)合材料稱為塑合木。這種復(fù)合方式可以提高木材的尺寸穩(wěn)定性、耐腐性、防蛀性, 以及木材的物理、力學(xué)性能。所浸注的單體一般采用苯乙烯和甲基13 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 丙烯酸甲酯等單體。 另一種是將木材以刨花、纖維和木粉的形態(tài)作為增強(qiáng)材料或填料添加到熱塑性塑料中，并通過加熱使木材與熔融狀態(tài)的熱塑性塑料進(jìn)行復(fù)合而得到的復(fù)合材料，稱為木塑料復(fù)合材料（簡稱 WPC）。 從木塑復(fù)合材料的基體與功能體結(jié)合方式考慮，可將其分為以下三類： 1) 實(shí)體木材一塑料復(fù)合材料；此類材料以基體與功能體之間或功能體在基體內(nèi)部的化學(xué)合成反應(yīng)為主要特征。 2) 木纖維(木粉)一塑料復(fù)合材料；此類材料以木質(zhì)纖維材料為基體與高分子量塑料直接復(fù)合，其結(jié)合方式以兩種材料表面(或界面)物理結(jié)合為主。 此種材料的制造工藝是將木纖維或木粉與塑料充分混合，在混合過程中塑料熔化形成制品。當(dāng)木材組分低于 50％時(shí)，稱為木質(zhì)填料塑料；而木材組分高于 60％時(shí)，則稱為熱塑性樹脂增強(qiáng)型復(fù)合材料。該種復(fù)合材料的某些物理力學(xué)指標(biāo)優(yōu)于純木材制品，可再成型為各種模壓制品，在包裝、家具、房屋建筑及汽車內(nèi)飾件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 3) 木材一塑料合金復(fù)合材料。 將實(shí)體木材或單板用一種聚合物的單體或預(yù)燃物浸注，然后再使其在木材中聚合。一般來說，這種聚合物不能進(jìn)入木材的細(xì)胞壁，而是存在于細(xì)胞腔內(nèi)。此種聚合材料比原有材料具有更高的強(qiáng)度、剛度、耐磨性及其它一些優(yōu)良的物理性能?？芍瞥傻匕?、樂器、運(yùn)14 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 動(dòng)設(shè)備及裝飾材料等。 木材～塑料合金復(fù)合材料要求木材高分子與塑料的完全融合，具有類似于金屬材料以及共混高分子材料所達(dá)到的那種狀態(tài)。該種復(fù)合材料首先要對(duì)木材的化學(xué)組分進(jìn)行改性，使其能溶于某些溶劑之中或與高分子塑料之間相互均勻分散。 (3 )木塑復(fù)合材料的特點(diǎn) 1）木塑復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn) ①社會(huì)經(jīng)濟(jì)性好，可持續(xù)發(fā)展，特別適于我國“天然林保護(hù)”的國策； ②耐用、壽命長，類似木質(zhì)外觀，比塑料硬度高；③具有優(yōu)良的物性，比木材穩(wěn)定性好，不會(huì)產(chǎn)生裂縫、翹曲、無木材竹疤、斜紋，加入著色劑、覆膜或復(fù)合表層可制成色彩絢麗的各種制品； ④具有熱塑性塑料的加工性，容易成型，用一般塑料加功設(shè)備或稍加改造后便可進(jìn)行成型加工。加工設(shè)備新投入資金少，便于推廣應(yīng)用； ⑤有類似木材的二次加工性，可切割，粘接，用釘子或螺栓連接固定； ⑥利于裝潢、裝飾，可涂漆美化，產(chǎn)品規(guī)格形狀可根據(jù)用戶要求調(diào)整，靈活性大； ⑦不怕蟲蛀、耐老化、耐腐蝕、吸水性小、不會(huì)吸濕變形； ⑧能重復(fù)使用和回收再利用，可以生物降解，保護(hù)環(huán)境； 15 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 ⑨利于環(huán)境保護(hù)，可用廢棄木材、農(nóng)作物纖維和廢棄塑料作材料； ⑩資源豐富，費(fèi)用低廉，成本低。 （4） 木塑復(fù)合材料的缺點(diǎn) 盡管廣大的科研和工程人員做了不懈努力，但木塑復(fù)合材料在各種使用場(chǎng)合中仍存在著一些不足，主要表現(xiàn)為： 1)密度高，通常為木材的 2~4 倍； 2)產(chǎn)品的安裝費(fèi)用相對(duì)較高(由于復(fù)合材料的密度較大，在組裝時(shí)需要使用射釘槍或自攻螺釘)； 3)耐熱性和耐紫外線能力較差； 4)制品的硬度和載荷能力較木材差 。 3） 國產(chǎn)塑木復(fù)合材料質(zhì)量上存在的主要問題 a、制品抗沖擊性能差，脆性大，易損壞斷裂。 其原因：廢舊塑料及木粉（天纖）質(zhì)量不合格，選擇不當(dāng)，配方及工藝條件不合理，原料含水量高，加工時(shí)產(chǎn)生氣泡，水解或熱分解，使樹脂分子量降低所致。 b、制品結(jié)構(gòu)不密實(shí)，有氣孔，蜂窩，剝離或分層。 其原因：原料混合不均勻，混煉效果不好，沒有應(yīng)用塑料改性技術(shù)，使兩種極性不同的物質(zhì)（塑料/天纖）不相容，不能牢固粘結(jié)的結(jié)果。 c、制品表面不平整，有斑孔，翹曲，變形。 其原因：螺桿、料筒有傷痕缺陷，引起物料滯留或碳化，原料16 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 不符合規(guī)格要求，含有雜質(zhì)，沒有選用流動(dòng)性適宜，收縮率和各向異性小的基體樹脂，對(duì)定型模冷卻控制不好。 由于木塑復(fù)合材料具有比單純的木材和塑料無法比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)，已受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。該材料是綠色環(huán)保材料，可以回收利用低成本的廢棄木材和塑料，用此技術(shù)生產(chǎn)出來的木塑復(fù)合材料可取代木材使用，有力地緩解我國因森林資源貧乏而木材供應(yīng)緊缺的矛盾。木塑復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)既符合國家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)發(fā)展的需要，也襯合國家的產(chǎn)業(yè)政策，而且產(chǎn)品使用范圍廣。因此，可以相信木塑復(fù)合材料是一種極具發(fā)展前途的材料，也是一項(xiàng)有生命力、有市場(chǎng)開發(fā)前景的創(chuàng)新技術(shù)，具有廣闊的市場(chǎng)前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 （5）木塑復(fù)合材料加工工藝 木塑復(fù)合材料最先使用的生產(chǎn)工藝是混煉，再熱壓(或發(fā)泡壓制)成平板或模壓成型材?，F(xiàn)在的生產(chǎn)工藝以擠出成型為主,并輔以注射成型。國內(nèi)木塑復(fù)合材料的主要成型方法有浸漬成型、平壓成型、模壓成型、擠出成型、熱壓成型、輻射法成型、注射成型等。最早使用的為浸漬法，近年來，木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝基本采用兩步法，即先進(jìn)行共混造粒，再進(jìn)行成品擠出。因?yàn)橛眠@種方法加工制品成本較高，自 1999 年起，就開始研究該復(fù)合材料制品的一步法擠出成型技術(shù)，即直接用擠出機(jī)進(jìn)行該材料的混合與成型，因省掉造粒工序，從而降低了成本并提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭力。 擠出成型、熱壓成型、注射成型、模壓成型是加工木塑復(fù)合材17 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 料的主要成型方法。由于擠出成型加工周期短、效率高，因此擠出成型方法是一種較為常用的工藝路線。 木塑復(fù)合材料最先使用的生產(chǎn)工藝是混煉，再熱壓(或發(fā)泡壓制)成平板或模壓成型材?，F(xiàn)在的生產(chǎn)工藝以擠出成型為主,并輔以注射成型。國內(nèi)木塑復(fù)合材料的主要成型方法有浸漬成型、平壓成型、模壓成型、擠出成型、熱壓成型、輻射法成型、注射成型等。最早使用的為浸漬法，近年來，木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝基本采用兩步法，即先進(jìn)行共混造粒，再進(jìn)行成品擠出。因?yàn)橛眠@種方法加工制品成本較高，自 1999 年起，就開始研究該復(fù)合材料制品的一步法擠出成型技術(shù)，即直接用擠出機(jī)進(jìn)行該材料的混合與成型，因省掉造粒工序，從而降低了成本并提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭力。 木塑復(fù)合材料制造的關(guān)鍵技術(shù) 近幾年來國內(nèi)有關(guān)科技及工程技術(shù)人員經(jīng)過多年努力在木塑復(fù)合材料制造關(guān)鍵技術(shù)上有了重大突破，使得木塑復(fù)合材料制造技術(shù)和產(chǎn)品有性能上都已達(dá)到國際先進(jìn)水平，并迅速走向市場(chǎng)化。其主要關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)： (1）原料需充分干燥 木粉不同于無機(jī)礦物，通常有高達(dá) 1O%以上的水分，未經(jīng)干燥使用時(shí)易引起加工制品起泡、燒焦、糊料，影響制品外觀，同時(shí)造成不斷停機(jī)清洗設(shè)備，難以連續(xù)生產(chǎn)。首先必須對(duì)木粉充分干燥。 (2）對(duì)木粉要進(jìn)行表面處理 木粉表面為多羥基結(jié)構(gòu)是極性親水性物質(zhì)，而高聚物一般為非18 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 極性親油性物質(zhì)，二者很難相容，親和性極差。如簡單的將二者直接共混，制品變脆、力學(xué)性能很差，不能實(shí)用。如通過接枝反應(yīng)對(duì)木粉進(jìn)行表面處理，可以將木纖維上的一 OH 基團(tuán)接枝上有機(jī)基團(tuán)，使木粉表面變面親油物質(zhì)，提高了與高聚物大分子的界面粘著力，同時(shí)也使木粉在復(fù)合材料中更易分散均勻，形成密實(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 從而提高復(fù)合材料的拉伸和沖擊強(qiáng)度。研究結(jié)果表明，不同的高聚物種類，所適用的表面處理劑也是完全不同的。如木粉／聚丙烯體系，用馬來酸酐接枝聚丙烯，處理的效果較好，但對(duì)木粉／聚乙烯體系效果并不顯著。而使用乙烯一丙烯酸共聚物(EAA)就好得多，即使木粉含量達(dá) 6O ，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度也接近純樹脂的數(shù)值。對(duì)于木粉／聚氯乙烯使用鋁酸酯偶聯(lián)劑并不能達(dá)到要求，硅烷偶聯(lián)劑效果較好。 (3）加入高效流變潤滑劑可提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率 研究結(jié)果表明，加入流變潤滑劑可使木塑復(fù)合材料制品表面光滑，外觀好，同時(shí)也可提高擠出速度，提高生產(chǎn)效率。 (4）微發(fā)泡技術(shù) 通常不發(fā)泡的木塑復(fù)合材料一是密度都比較大，并且相同體積的制品樹脂用量也比發(fā)泡材料多。如木粉／PE 復(fù)合材料的密度是木材的一倍，比純聚乙烯塑料也要高 1／3 左右。承載一噸的 1．2m1．2m 的托盤純塑料僅 2Okg，而木塑托盤要 3Okg 以上，發(fā)泡木塑制品與傳統(tǒng)木塑相比，密度可降低 2O％～45％ ，更接近于木材。一般樹脂成本要占材料成本的 8O ～9O ，采用發(fā)泡技術(shù)可節(jié)省近 219 木塑復(fù)合材料及木塑制品生產(chǎn)線項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 倍的成本。二是剛性和沖擊性差。為了增加剛性就要增加型材截面積或改變型材截面形狀來解決。提高沖擊性能則需要提高木粉與聚烯烴界面的親和性和相容性。三是生產(chǎn)效率低，一般單機(jī)產(chǎn)量低于lOOkg／h，形成一定規(guī)模就要增加擠出生產(chǎn)線，需增大固定資產(chǎn)。所以近幾年微發(fā)泡木塑復(fù)合材料作為塑料加工換代產(chǎn)品迅速發(fā)展起來。 微發(fā)泡擠出成型需經(jīng)歷三個(gè)階段，即氣泡核生產(chǎn)階段、氣泡成長階段和泡體固定成型階段。要獲得泡體塑化優(yōu)良，泡孔數(shù)量多、直徑小、分布均勻、外表結(jié)皮效果好，且平整光滑的型材，選擇優(yōu)質(zhì)的發(fā)泡劑是決定型材質(zhì)量的關(guān)鍵。對(duì)于木粉／PVC 微發(fā)泡復(fù)合材料，加工過程中因聚氯乙烯屬于熱敏性聚合物，要求加工溫度范圍很窄，溫度過高會(huì)造成聚合物熱分解，在發(fā)泡過程中要嚴(yán)格控制發(fā)泡劑的分解溫度和分解時(shí)間。因此要選擇發(fā)泡劑的分解溫度相匹配。通常微發(fā)泡塑料使用的 AC 發(fā)泡劑也不適于木粉／PVC 復(fù)合體系。因?yàn)?AC 發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體同時(shí)還放出大量熱量，如不采取得力措施，極易造成溫度升高使材料內(nèi)部孔隙大小不均或者制品表面出現(xiàn)鼓泡、塌陷等缺陷。 研發(fā)基礎(chǔ)及科研團(tuán)隊(duì)情況 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊大可，1966 年 12