木塑注塑顆粒材料是一類新型複合材料，指利用熱塑性塑膠，與木粉、稻殼、竹粉等植物纖維混合成新的木質材料，混配和造粒而製備的複合材料顆粒。主要適用於注射成型的加工工藝，是作各種注塑級工藝的木塑製品的原料。
基本介紹
- 中文名：木塑注塑材料
- 外文名：Injected WPC Granules
- 性質：新型複合材料
- 基料：PVC,PP,PE,PS，ABS
- 工藝：注塑
- 標準：GB,ASTM.EN
歷史概述,套用前景,
歷史概述
人類歷史上最早的複合材料，就是以天然植物纖維作增強體製成的，如用稻草增強泥土製坯等。隨著科學技術的發展，人們研製了以高性能纖維如玻璃纖維和芳綸纖維等作複合材料，但價格昂貴，難以大範圍套用。而天然植物纖維資源豐富，成本低廉，應該成為我們加以大力開發利用的複合材料。
上世紀80年代開始，日本、歐美、印度等國家最為活躍。儘管如此，當時的塑膠也僅有20～30%使用填料，用木質纖維填料增強的樹脂大約僅為塑膠消耗量的5%。
另一方面，由於木材在使用過程中有25～30%是作為“廢材″處理的，各國都迫切的希望在技術上解決這些“廢材″問題，使之資源化。特別是近幾年來，全球森林資源日趨枯竭，環境保護意識日漸增強，對木材的套用也提出了更高的要求。在這種情況下，一種將木材與廢舊熱塑性塑膠合成的新材料－木塑複合材料應運而生。
國外的許多學者對聚烯烴類再生熱塑性塑膠與木質纖維填料複合材料作了大量研究，其發展趨勢是從增量作用功能型填料過渡，形成性能優異的新型改性塑膠。
在塑膠填充體系中，填料的選擇對填充改性的效果和成本影響很大。與常用的無機填料相比，木粉具有密度低、資源豐富、可降解、對加工設備磨損小等優點，複合材料具有對紫外線光穩定、耐濕、著色性良好、有木質感等特點。
塑膠的有機填料，可由鋸末、碎木片、刨花或含木質纖維的農作物秸桿稻殼、麥秸、甘蔗瓤、蘆葦等，經過簡單的乾燥粉碎處理得到。其成分比較複雜，但主要是由纖維素和木質素構成的。由於其極性很強，它與熱塑性塑膠之間的相容性較差，影響複合材料的力學性能，因此，須對木粉和塑膠的界面進行改性，以改善二者之間的相容性。
一、國外研發生產狀況
80年代以來，國外一些學者從事了PVC/木粉這方面的研究，如在加拿大研究了不同的植物纖維表面改性方法對複合材料性能的影響，他們進行了包覆乳膠或枝上聚合物/乙烯基單體，也可添加各種分散劑（如硬脂酸或酐）及偶聯劑（馬來酸酐、亞油酸等）。大多數情況下複合材料的機械性能得到了提高，其中接枝是最有效的改性方法，偶聯劑比分散劑的效果好，亞油酸被認為是最合適的偶聯劑。加拿大研究表明氨基矽烷偶聯劑處理木粉表面比較有效，其界面接觸角提高，表面張力降低，木粉表面由親水變為疏水。這大概是由於氨基原子的協同，改變了木材的電子給、受體特徵，導致粘結的增強。就加工設備而言，為了提高混合效果，採用了帶有兩個進料口的同向嚙合雙螺桿擠出機。為了減小對植物纖維的破壞，先將HDPE在第一個進料口放入，然後將處理後的填料在第二個進料口與已熔融的HDPE混合。實驗表明，當嚙合角為45°時，雙螺桿擠出機輸送能力最強，擠出製品拉伸強度和拉伸模量也最高。日本、義大利、瑞士等國先後開發出了可用於擠出、壓延和注射成型的各種木塑製品。如日本發明了木粉填充PE、PP、PVC、HIPS、ABS、尼龍等的複合材料，在2020年後可以使木材的進口減至目前進口量的38%。
二、國內研發生產狀況
國外在木塑複合材料方面已取得了很大的發展。國內在植物纖維與熱塑性塑膠複合材料的開發方面與國外雖有差距，但也取得了長足發展。
研究劍麻短纖維和環氧化天然橡膠（ENR/PVC共混比對劍麻短纖維補強ENR/PVC複合材料性能的影響。結果表明，該複合材料具有較高的硬度和縱向拉伸強度，較低的扯短伸長率且扯短永久變形，良好的耐油和耐老化性，劍麻短纖維的用量30份為宜，ENR/PVC共混比宜為70/30。
採用化學改性方法，研究接枝上有機氰乙基後對PVC/木纖維複合材料力學性能的影響。由於木纖維含有許多－OH基團，其表面是親水的，與PVC表面親和性極差。通過接枝反應，可將木纖維上的－OH基團接枝上有機基團－CH2－CH2－CN，使木纖維表面變成親油性質，提高了木纖維與PVC兩者界面粘著力，同時也使木纖維在複合材料中更易分散。從而可大幅度提高複合材料的拉伸強度和衝擊強度。
關鍵問題
在高填充量的前提下，如何確保材料流動性和滲透性好並能促使熱塑熔膠充分的粘接木粉，達到所需力學性能及使用性能。須解決如下幾方面的問題：
1、原材料塑膠、木粉種類的選擇及如何提高塑膠與木粉之間的界面結合力——因為兩相複合界面往往成為應力集中區。
2、製品的成型設備及成型工藝——如何提高木粉在體系中共混分散的能力及建立足夠的成型壓力。
3、成型模具的設計與冷卻定型技術——產品的質量與產量提高的關鍵因素。
套用前景
我國是一個木材資源貧乏的國家，森林覆蓋率12.7%，人均森林蓄積量10立方米，人均木材消耗水平不足0.05立方米/年，遠低於世界平均值，每年要進口木材500～1000萬立方米。我國鋼產量也不高，人均僅為美日等國的幾分之一，缺口同樣比較大。因此開闢新材料，如以塑代木、以塑代鋼，創造“第二森林”，應為我們的一個長期的技術政策。
