关于竹木塑复合材料技术
一, 竹塑复合材料的发展背景与展望
近年来,新型材料时有出现,但是,能够达到即环保又节能减排的创新材料则是凤毛麟角,因为这样的材料必须具备以下特征:
①代替或降低石油等不可再生资源的使用。
②使用天然材料,而这些天然材料生长周期短、产量大、可高度再生。
③这种天然材料,能够大量吸收二氧化碳并释放氧气,平衡全球气候。
④具有可降解性、减少对环境的污染。
⑤可广泛、大量应用于各个领域。
竹纤维增强塑料,是目前世界上少数具备以上特征的创新材料。作为通用型环保材料的最新成员,已引起全球有关科研界和材料制造业的极大关注。目前,这一研究和开发领域最为活跃的是美国、日本等发达国家,但受制于原料的来源,还没有形成有规模的工业化生产。
2、竹塑复合材料的特性
竹塑复合材料通俗的讲:竹纤维是基材塑料是粘合剂通过相关设备,和合适的工艺及据各种不同需求添加一些添加剂来做成我们所需的产品而达到我们的使用需求。从而减少对石油产品的需求和大量回收废弃塑料及竹子的下脚料。以达到保护环境和废物回收利用为目的。
竹木塑复合材料的优点:
1, 耐蛀虫,耐腐蚀,较低的吸水率,难以滋生细菌。由于与塑料材料复合,部分改变了竹木纤维表面的亲水性,使最终材料相对于原竹、原木,具有更好的防潮防水性能。
2, 类似竹木材的外观和质感,无裂缝和翘曲,有类似竹木的加工性能,可锯,可刨,可粘,可钉。
3, 比塑料硬度高,优异的力学性能(由于竹纤维独特的力学结构,竹纤维在复合材料中可起到增强纤维作用,使复合材料具有优良的力学性能)。,材料具有超出通用塑料的刚性,可与其他纤维增强材料媲美,且一次性据需求生产出所需产品形状和规格。
4, 天然的表面效果,凸显的竹木纤维赋予了产品天然,绿色的质感
5, 超强抗菌性,独特的工艺保留了竹纤维原有的结构,其抗菌效果好,独特工艺保留了原始竹纤维的化学结构和杀菌性能,使材料也具备杀菌性
6, 除味性,竹纤维独特的中空结构赋予了该材料除味消臭的功能
7, 废塑料和竹材加工下脚料回收利用保护环境,变废为宝。
8, 原材料来源广泛,产品可循环回收利用大大减轻对石油制品的依赖。
9, 竹塑复合材料具有优异的环境亲和力,低二氧化碳排放量。
10, 良好的隔音和隔热效果,硬度和强度高,成本低,密度小。
竹塑复合材料的缺点是:由于其特性的分子组成结构,它的吸水率比木纤维高。所以在竹纤维的脱水处理方面比木纤维要求高。
竹纤维与木纤维相比优点是:增强效果好,具有除味消臭的功能而木纤维没有。且颜色稳定便于调色和保持制品的颜色一致性方面也优于木纤维。
竹塑复合材料的应用
1, 建筑上的应用如:室内装饰(地板,护栏,楼梯,房屋外墙板,房顶盖板,挡板等)和园林设施(室外座椅,铺地板,护栏,栅栏,凉亭等)。由于建筑和室内家装材料的特性一般采用挤出工艺生产。
2, 汽车行业和船舶行业如:主要用于汽车和船舶内饰件(地板,底板,仪表板,顶板,门板,搁物板,顶棚等)。一般用热压成型和注塑成型两种工艺。
3, 工艺品与玩具及小日用品如(碗,梳子,小玩具等)。竹塑复合材料采用注塑工艺生产可一次性成型我们所需的结构复杂的工艺品和玩具,效率高,成本低,外观漂亮。
4, 包装和物流行业:首饰盒,运输托盘,包装盒,垫板,货架等。
5, 厨卫用品:由于竹塑复合材料的特性其完全可以取代用于厨卫的木制品且大大降低和减少木制品的一些弊端如吸水,变形,滋生细菌等。
6, 交通运输行业(高速公路噪音隔板,防护栏,汽车船舶顶板隔板地板,办公用品和办公室墙隔板,储存箱,活动架,百叶窗等)
竹塑复合材料的注塑工艺因其具有复杂的结构成型和较好的制品密实度及可据需做出不同的颜色和产品外观应用前途非常广泛。
市场预期收益
①符合绿色、环保和低碳的市场营销理念,提高产品市场认知度,有利于产品市场推广。
②稳定可靠和持续的原料供应。在石化资源日益短缺的今天,纯塑料原材料价格存在大量不确定因素,价格波动频繁。而竹纤维增强塑料由于采用竹塑复合的环保新技术,大量采用天然竹纤维材料,减少对塑料原材料依赖,产品价格相对稳定,从而保障生产企业的稳定和持续供应。
③有效控制成本。相对于现有纯塑料原料产品市场价格,竹塑复合材料价格有较为明显的价格优势,可帮企业在改善和提高产品性能同时,有效控制产品成本。
竹纤维改性塑料(BFC)与其他相关材料的比较(典型值)
序号 | 项目 | 密度 | 邵氏硬度 | 拉伸强度 | 断裂伸长率 | 弯曲强度 | 弯曲模量 | 悬臂梁缺口冲击强度 |
g/cm³ | HD | MPa | % | MPa | MPa | KJ/m2 | ||
1 | 40%竹纤维增强 | 1.04 | 65 | 32 | 15 | 51 | 2410 | 11 |
2 | 40%竹纤维增强 | 1.04 | 71 | 45 | 5 | 79 | 3895 | 6 |
3 | 50%竹纤维增强 | 1.08 | 73 | 50 | 24 | 84 | 4620 | 4 |
4 | 30%木粉复合材料 | 1.02 | 63 | 23 | 2 | 40 | 2100 | 3 |
5 | 纯PP材料 | 0.97 | 65 | 20-35 | 5-200 | 10-25 | 1000-2000 | 2-20 |
6 | 50%麻纤维增强PP | 1.08 | 75 | 62 | 2 | 89 | 5430 | 5 |
7 | 30%玻璃纤维增强PP | 1.13 | 95 | 75 | 5 | 100 | 4500 | 8 |
8 | 30% |
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竹塑复合材料的成型工艺有挤出,注塑,模压等。
1,PP/PE竹木塑挤出技术
PP/PE木塑就是PP/PE回料树脂,纤维;无机物;助剂(润滑剂,分散剂,相容剂,偶联剂,色粉,耐候剂,防霉剂等)在高混机混到所需的温度放入冷混机冷却到40-50度左右通过平双造粒机造粒再加入到锥双挤出机挤出产品,这就二步法生产。混好的料不造粒直接加到锥双挤出机挤出产品即一步法生产。
A,设备、模具的选择:a,混料设备:混料设备由热混和冷混组成。热混是把树脂,纤维,无机物,助剂加入热混锅通过高速运动来升温把助剂熔融分散于树脂和纤维无机物之中,物料分散越均匀生产和产品质量越稳定。物料经冷混混到我们设定好的温度有利于生产和颜色的稳定,排除水汽和降低物料的分解。b,造粒设备的选择:用于PP/PE木塑造粒有锥双和平双两种,国内PP/PE木塑造粒基本采用平双造粒。c,挤出机的选择:国内挤出机不管是一步法还是两步法基本都采用锥双来挤出产品。d,模具同设备一样钢材质量要好就耐磨性好,使用寿命长,模具设计的好坏对产品的质量,成型,产品密实度,生产速度有关。特别是实心的厚制品对模具的要求更高。
B,原材料的选择:1, PP/PE回料的选择,回料最好选熔指不要太高的回料,在1.0以下最好。颜色不要太深,颗粒大小均匀,粒子无孔或孔较少。最好用一级回料,有些回料已使用过好几次,会降低力学性能。2, 纤维选目数在50-80目左右,且灰分,含水率较低的纤维最好(灰分、水分均低于5%)颜色一致统一均匀。3, 助剂的选择。要想做好PP/PE木塑助剂的选择很重要,它关系到生产的稳定,速度,产品的质量(产品成型,力学性能,机械性能,吸水率,产品在使用过程中是否有助剂析出等)和产品的使用寿命。
C,工艺的选择:国内生产PP/PE木塑基本是采用两步法生产,其优点是生产稳定,产品质量稳定。 PP/PE挤出基本配方
品名 | 添加量 |
PP/PE回料 | 25-30 |
竹粉(竹纤维) | 40 |
木粉(木纤维) | 25 |
无机物 | 8-10 |
PA003 | 2-2.5 |
HD3303/3304 | 2-3 |
抗氧化剂,紫外线吸收剂 | 据需添加 |
色粉 | 适量 |
功能助剂 | 据需添加 |
PP/PE竹木塑注塑技术
国内外最成熟和最经济的生产技术是挤出技术,但是挤出技术产品必须是直流线型的,结构复杂的制品挤出是永远做不了的如刀具手柄,饰品包装盒,餐具、一次成型家具等。
原料加工设备与挤出基本差不多。
木塑注塑技术关键点是物料的流动性、物料的含水率(壁厚制品尤为重要)、如何控制物料的分解(大制品在注塑级料筒里需停留3-5分钟甚至更长)、制品的表面光洁度及物理力学性能。
如何做好木塑注塑应从以下几方面着手
1,树脂的选择:树脂必须是复合注塑用的熔融流动指数如PP应在13-18左右,PE在9左右。
纤维的处理和添加量的大小会严重影响物料的流动性和制品的力学性能。
2,物料的含水率由树脂、纤维、无机物的含水率,生产工艺(混料、造粒)、物料的储存,注塑时的工艺等决定。
3,物料的分解与纤维、无机物的添加量,粒料的流动性,注塑工艺,产品的大小等有关。
4,竹木塑注塑厚制品由于生产时产生的水汽不能像挤出一样通过螺杆排气孔排气,严重影响制品的密实度和收缩,可以采用中空吹气法生产,这样既可解决以上问题又可减轻制品重量和提高制品力学性能。
5,大而厚制品,模具采用热流道设计较好。
6,力学性能要求高的制品如一次性注塑成型椅子,要加玻纤和不同树脂据比例共混来生产。
7,助剂的好坏是保证产品成型和控制物料不分解的关键。昆山雅炀科技研发的木塑注塑助剂具有高效的润滑分散功能如:PA系列助剂是高分子复合助剂经特殊工艺处理复合而成的高效润滑分散剂, 外观为白色可自由流动的粉状体。其高效独特的润滑和分散偶联性能可充分润湿木粉和无机物并使其良好分散于塑料熔体之中。经河北,广州,浙江客户长时间的使用效果特别好。
注意事项:
一,混料工艺:树脂加纤维和无机物混到110度打开高混机大盖1分钟左右加润滑剂和马来酸酐接枝物混到125-135度左右放入泠缸泠却到40度制粒。
二,a制粒工艺:最好采用混炼塑化效果好的平双制粒;制粒的基本温度如:160-170度--160-170度--165-175度--175--185度---190-200度---200--220度温度设定顺序为摸头到下料,具体温度要据设备及粒子的质量来定,胶粒必须是表面光滑,不粘料,结实,胶粒大小和长度一致,无粉尘。速度据粒料的质量来定。
三,注塑工艺: 1,注塑机无需做大的改变但喷嘴比注塑非木塑产品大20%-30%左右。2,产品厚度不一样模具的浇口最好设在最厚处。3,WPC木塑注塑制品厚度务必在1.5-2mm以上,制品太薄不利于生产和影响制品质量。4,注塑时最好在温度和保压时间比非木塑产品温度要低保压时间要短。5,大概温度为喷嘴199--210度,螺杆下料段170--188度--中段182--199度---靠喷嘴段193--210度,具体工艺以生产稳定和产品质量而定。6,制好的胶粒在生产前务必烘干使胶粒表面的含水率低于1.5%内部低于1%
PP/PE竹木塑注塑参考配方
品名 | 添加量 |
PP/PE回料或新料 | 100 |
木粉,竹粉 | 30-50 |
无机物 | 5-10 |
PA系列助剂 | 2-3 |
HD3304/HD3303 | 据需添加 |
其它功能助剂 | 据需添加 |
PVC竹塑也可像PVC木塑一样采用挤出和注塑工艺生产。据产品需求工艺可发泡和不发泡。
由于竹纤维的吸水率比木纤维大且PVC树脂对光和机械作用敏感。所以PVC竹塑制品一般用于室内装修较好,它可通过设备和配方工艺生产出较强的木竹质感的室内装饰材料,且表面可贴膜,印刷,喷漆等后加工处理来达到我们审美需求。
PVC竹塑配方工艺技术要求如下
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