注塑、壓製成型用木質(zhì)複合材料
 擠出貼麵仍然是木質(zhì)填充塑料市場(chǎng)的重要組成部分。但是，木質(zhì)複合材料的注塑和壓製成型以其各自的優(yōu)點(diǎn)正變得越來(lái)越普遍。同時(shí)，擠出型材正朝著形狀更複雜的機(jī)製木工產(chǎn)品的方向發(fā)展。

采用新的工藝，如注塑成型、壓製成型或雙帶成型，可以在簡(jiǎn)單的貼麵板的基礎(chǔ)上，將木質(zhì)複合材料模塑成各種新的形狀，以取代許多機(jī)製木工產(chǎn)品和特形銑製的零件，諸如柱桿的端頭、便池座圈、木工用水平儀、門(mén)窗框子、辦公室分隔板、屋頂木瓦或地板等。由於含有較高的填料，使製品不會(huì)發(fā)生蠕變。

木質(zhì)複合材料的擠出工藝已有十多年的發(fā)展曆史。來(lái)自一家研究機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)報(bào)告表明，在所有木質(zhì)填充產(chǎn)品中，型材所占比重為97%，其中大多數(shù)為貼麵板或欄柵。

目前，擠出型材領(lǐng)域具有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：一是中空複合型材變得更加複雜，例如木/聚乙烯辦公室隔斷板；二是簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方形斷麵型材被用於一些新的用途。Craneplastics公司正在用木/聚乙烯來(lái)擠出門(mén)框的內(nèi)部部件，這些部件與天然木材結(jié)合成一體，然後將其作為一個(gè)整體進(jìn)行磨光和塗刷底漆。

注塑成型用木質(zhì)複合材料

**種注塑成型用木質(zhì)複合材料是在4年前被推出的。根據(jù)Principia（一家研究機(jī)構(gòu)）的統(tǒng)計(jì)，這種材料的銷(xiāo)售量在整個(gè)木質(zhì)複合材料中（不包括壓製成型產(chǎn)品）僅占3%（1900萬(wàn)磅/年）的比重。Principia預(yù)計(jì)，注塑成型用木質(zhì)複合材料將在今後4年內(nèi)，以每年70%的速度向前發(fā)展。

2000年，成型商Xtendex公司貼麵板廠（現(xiàn)在是Carney公司的一部分）**注塑成型了與貼麵板的顏色、紋理以及耐候性能相匹配的板端飾件和桿帽。原來(lái)的板端飾件完全是直角的，並伸出於板端之外?，F(xiàn)在，Carney公司注塑出了一種更美觀的半圓形柱狀的飾件，可被平齊地裝在板端裡麵。

如今，這項(xiàng)注塑成型技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用，而且隨著注塑技術(shù)的發(fā)展和配方的改進(jìn)，製件的質(zhì)量和一致性變得更好了。去年，俄亥俄州wilmington市的Timber Tech公司（型材擠出商CranePlastics公司的貼麵板***）**次采用了木質(zhì)複合材料注塑成型桿帽和飾邊產(chǎn)品。隨後，BriteManufacturing、Carney（Xtendex）、Composatron（Premier）、Correct BuildingProducts（CorrectDeck）、Fiber Composites（Fiberon）、Louisiana-Pacific(Weatherbest)、 Master Mark Plastics (Rhino)和U.S. Plastic Lumber(Carefree)等貼麵板生產(chǎn)商也都采用了木質(zhì)複合材料來(lái)注塑成型中空製件。

貼麵板製造商希望它們的複合成型產(chǎn)品含有高木質(zhì)纖維或其它填料（稻殼、亞麻纖維和**纖維），因?yàn)檩^高的填料含量可以防止產(chǎn)生陷坑。但是，與相應(yīng)的擠出貼麵板相比，大多數(shù)注塑成型用複合材料所含填料要少得多（注塑級(jí)填料含量一般為擠出級(jí)的1/2）。這是因?yàn)?，填料加得越多，流?dòng)性就越差，而注塑產(chǎn)品需要具有較好的流動(dòng)性。令人欣慰的是，有極少數(shù)定製產(chǎn)品成型商能夠做到其注塑成型產(chǎn)品的木質(zhì)纖維含量與擠出型材相接近。例如，BlueRidge Industries公司為T(mén)rex公司生產(chǎn)的桿柱裙邊和桿頂件，其中的木纖維含量為50%；而Atlas公司為FiberComposites公司成型了45％木含量的Fiberon貼麵板和欄桿型材。Atlas稱(chēng)，它甚至可以成型木含量高達(dá)60％的產(chǎn)品。

對(duì)於成型產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，各種纖維都必須短一點(diǎn)才行。一般來(lái)說(shuō)，貼麵板製造商使用的擠出級(jí)的木纖維，其細(xì)度為30目至40目，而60目至80目的纖維比較適合於注塑成型。

對(duì)於注塑成型來(lái)說(shuō)，木纖維的種類(lèi)也是非常關(guān)鍵的，而擠出成型對(duì)此就要求不高了。這是因?yàn)椋煌纠w維對(duì)剪切速率的敏感性不同，例如，橡木的剪切敏感度比鬆木大得多，也更容易燒焦，所以橡木填充料的含量一定要比鬆木低。另外，木質(zhì)填充粒料的乾燥對(duì)於注塑成型來(lái)說(shuō)也遠(yuǎn)比擠出重要得多，原因是注塑機(jī)一般都冇有排空裝置，冇有排空就會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。比如，未經(jīng)乾燥的橡木粉（它富含丹寧酸）會(huì)腐蝕注塑模具。

有些木質(zhì)複合材料能夠注塑成型材，而且在成型過(guò)程中，可以把密封條和防水條也作為嵌入件加上去，以減少二次加工。Atlas公司和DinesolPlastics 公司曾利用該技術(shù)為Endura Products公司生產(chǎn)了帶有這種嵌入件的Z係列門(mén)的門(mén)框。

*近，有兩家提供定製產(chǎn)品的成型商還開(kāi)發(fā)成功了采用共注塑和發(fā)泡的複雜工藝。其中，CentocoPlastics公司推出了以木質(zhì)填充料作為核心、麵層采用不含木纖維的白色聚丙烯的共注塑便池座圈。為了有利於成型件的頂出和防止產(chǎn)生陷坑，這家公司在該工藝中加入了1％～2 ％的發(fā)泡劑。

預(yù)摻混的新方法

注塑成型用的木質(zhì)填充複合材料要比擠出用的材料成本高，這是因?yàn)樽⑺芰媳仨氝M(jìn)行預(yù)摻混和預(yù)乾燥，或者采用木纖維的高濃縮母料。為了降低原料成本，有些定製產(chǎn)品成型商將廢棄的耐用貼麵板磨碎以後，用於注塑成型部件。

一家成型商正在嘗試著使用一臺(tái)由Pallmann公司提供的PFV塑化混煉機(jī)Palltruder，用於在木粉和塑料被喂入反向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)之前，對(duì)其進(jìn)行預(yù)摻混和乾燥。混煉機(jī)可以使塑料軟化，但不會(huì)使它熔化，從而使?jié)駳鈴哪纠w維中逸出?；旌玫奈锪?後被旋轉(zhuǎn)的刀切成顆粒。

壓製成型用木質(zhì)複合材料

近幾年，用木質(zhì)複合材料壓製成型的製品越來(lái)越多。EpochComposites公司用HDPE（高密度聚乙烯）和木粉壓製成型的長(zhǎng)度為12～20ft(1ft=0.3m)、具有4種顏色的木質(zhì)填充貼麵板在市場(chǎng)上供不應(yīng)求。

Epoch公司認(rèn)為，壓製成型製品之所以受歡迎，首先是因?yàn)樗粫?huì)使纖維發(fā)生斷裂；其次，壓製成型所需的木粉填充量可以比采用注塑成型工藝的多。另外，因?yàn)槲锪蠠o(wú)需流過(guò)狹窄的模具流道，所以壓製成型對(duì)摻混料的流動(dòng)性要求不是很?chē)?yán)格。

用Wellington Polymer Technology公司全自動(dòng)化的壓製成型生產(chǎn)線壓製成型的Enviroshake複合材料木瓦看起來(lái)就像被劈開(kāi)的圓錐形的杉木一樣，它具有很高的填料填充量，90%的摻混料都是一種由工業(yè)使用過(guò)的聚乙烯和聚丙烯薄膜、來(lái)自輪胎的碎橡膠和天然纖維所組成的混合物。填充纖維可為亞麻、木纖維或者**。其餘10％的摻混料是9種化學(xué)添加劑和工藝助劑混合物。

德國(guó)Schilling-knobel公司開(kāi)發(fā)出的被稱(chēng)為T(mén)hermofix的雙帶成型工藝，可被用來(lái)製造木質(zhì)複合材料地板。該工藝將複合材料粒料壓在兩條加熱的聚四氟乙烯皮帶之間進(jìn)行加熱，以形成一片連續(xù)的、厚度達(dá)0.75in(1in=25.4mm)的片材。粒料含有60％的木粉和40％的軟聚氯乙烯，由Palltruder機(jī)進(jìn)行加工造粒。

一家木粉和天然纖維複合材料的壓製成型商采用了在成型前先對(duì)混合填料進(jìn)行預(yù)處理的技術(shù)，這種方法是用一臺(tái)球磨機(jī)擠壓那些看起來(lái)很稠密的纖維團(tuán)，然後把小團(tuán)磨成屑片，以便於同樹(shù)脂摻混。

替代纖維的進(jìn)展

目前，注塑和壓製成型商正在改善他們的配方，他們或者用**、亞麻、稻殼或者麥秸之類(lèi)的農(nóng)業(yè)纖維來(lái)代替一部分木纖維，或者用滑石粉之類(lèi)的礦物填料或澱粉來(lái)代替一部分木纖維。據(jù)報(bào)道，這些混合填料可以提高剛性、抗蠕變性和抗?jié)裥?。例如，木質(zhì)複合材料型材在擠出之後可以吸收高達(dá)23％的潮氣，但在加入大約30％的滑石粉後，其吸潮率會(huì)降低一半。

用農(nóng)業(yè)纖維取代木纖維也有一些缺點(diǎn)。例如，亞麻纖維對(duì)模具的磨損特彆厲害；農(nóng)業(yè)纖維加熱時(shí)會(huì)發(fā)出很刺鼻的氣味。

澳大利亞Fasalex公司擁有一項(xiàng)將木粉、樹(shù)脂和澱粉結(jié)合起來(lái)的**工藝，用這種工藝生產(chǎn)的物料有以下幾個(gè)牌號(hào)：LEX452含有70％的木粉、20％的澱粉以及10％的PE和添加劑；LEX468含有75％的木粉、10％的澱粉以及15％的PP和添加劑；LEX474含有60％的木粉、10％的澱粉以及30％的PVC和添加劑；此外還有注塑成型的專(zhuān)用料Fasal。在這些成分中，澱粉可以增加剛性，並能吸收木粉裡的水分，從而能夠加工含水量為12％的木粉，而且無(wú)需預(yù)先乾燥。澳大利亞的JoskoFenster und Turen GmbH（公司）將LEX 474料用於擠出生產(chǎn)門(mén)窗型材。

Fasalex公司對(duì)使用預(yù)摻混料和使用直接摻混料成型的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)後發(fā)現(xiàn)，前者的壁厚比後者薄1mm左右，因此Fasalex公司采用了預(yù)摻混工藝。

KadantComposites公司申請(qǐng)了一項(xiàng)獨(dú)特的以礦物和木粉為基礎(chǔ)的纖維組合物**，從而開(kāi)發(fā)了造紙汙泥的商業(yè)用途。首先，Kadant公司用造紙過(guò)程中所用的高齡土、碳酸鈣和短纖維素纖維來(lái)製備一種叫做“Biodac”的多孔粒料（密度1.5g/cc）。因?yàn)轭w粒是多孔的，它們?cè)诤退芰蠐交爝^(guò)程中，塑料就會(huì)被吸附到內(nèi)部，從而獲得很好的強(qiáng)度。三年前，Kadant公司**用Biodac做成了一種叫做“Geodeck”的複合材料貼麵板，其中Biodac、高密度聚乙烯和另加的纖維素纖維的含量各占1/3?，F(xiàn)在，Kadant公司每年銷(xiāo)售1000萬(wàn)磅Geodeck，這是一種帶肋的型材，與該公司注塑成型的端帽裝配在一起供應(yīng)市場(chǎng)。

目前，許多大學(xué)也在進(jìn)行“提高複合材料的性能”的研究工作。多倫多大學(xué)的研究員TieqiLi建議，用擠出級(jí)的HMW-HDPE來(lái)取代普通的樹(shù)脂，以提高複合材料的性能。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，儘管高粘度的樹(shù)脂有助於提高強(qiáng)度，但木質(zhì)複合材料加工時(shí)需要使用低分子量/低粘度的聚乙烯，以便使纖維濕潤(rùn)並提供良好的流動(dòng)性。然而，TieqiLi發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)複合材料的可加工性更取決於木纖維，而不是聚合物的分子量。

另外，莫斯科Idaho大學(xué)的研究員LanceGallagher發(fā)現(xiàn)，用球磨機(jī)把100目的纖維磨至小於20祄的尺寸後，填料的表麵積被增大了，可加工性也得以改善。在HDPE中，當(dāng)100祄纖維的填充量為50％時(shí)，斷裂強(qiáng)度為3190lb/in2（1lb=0.4536kg，lin=25.4mm）而38祄纖維具有同樣的填充量時(shí)，其斷裂強(qiáng)度為3625lb/in2（1lb=0.4536kg，lin=25.4mm），即提高了14％。結(jié)果表明，短纖維與聚合物結(jié)合得更好，致使其抗張強(qiáng)度提高。所以，在木質(zhì)複合材料體係中，短纖維的強(qiáng)度比長(zhǎng)纖維大，這正好與以往的經(jīng)驗(yàn)相反。