Page 55 - 《橡塑技术与装备》2020年16期（8月下半月）

橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS) 测试与分析 康永·润滑剂对木塑复合材料性能的影响

性物质、有机组分的分解会变得十分缓慢，从而导致 不彻底而含有的水分较多时这一现象就更为明显。 散不良或纤维的破损。螺杆直径过长的话会对熔体的 树种的木粉对木塑复合材料物理力学性能的影响。
木粉和塑料基体制成的型材表面粗糙不光洁 , 容易造 包杆现象和架桥现象的出现不仅会影响制品产 流动造成一定的影响，而体系在计量段的停留时间过 2.1 润滑剂用量和品种对 PP 木塑复合材料
成型材发泡，木粉达不到使用要求。 量，而且会导致制品的质量过低。其次，还会使加料 长会对制品的性能产生不良影响，因此在成型过程中 挤出性能的影响
在进行混料之前，木粉必须放入电热干燥箱来进 中断导致物料在机筒中停留时间过长而导致物料烧焦 应该适量的减小计量段螺杆直径和缩短体系在计量段 首先 , 如果木粉在挤出机料筒中停留时间过长会
行加热处理，以除去水分等易挥发的物质，从而保证 变色，影响产品的外观和质量。 的停留时间，相比于普通的螺杆来说，销钉螺杆在提 出现烧焦现象，这是由于试验中木粉的含量相对整个
在后来的实验中木粉的热稳定性能够得到保证。其次， 因此在 PP 和木粉的挤出造粒过程中为了保证挤 高体系的分散混合效果、避免木粉聚集的方面具有更 体系来说占一半以上，一般为 55%~60% 之间，而木
由于木粉的目数和来源不一样，烘干处理后的木粉失 出稳定和得到符合要求的产品必须对加入物料的量和 好的效果。 粉在高温（200 ℃左右）下的机筒内容易发生炭化 ；
重的比例也会不一样，潮湿的木粉经处理后的失重有 加入方式进行控制，一般采用强制加料和饥饿喂料。 1.5.4 木塑复合材料的性能测试 其次，润滑剂可以改善物料在挤出机中的加工性能，
时会达到 30% 左右。本试验取用的烘干处理前的木粉 1.5.3 注塑成型工艺及存在的问题 在万能试验机对制备的试样进行拉伸试验，弯曲 使物料更加容易的挤出，在一定程度上调节物料的塑
全部为表干木粉，在恒温 110 ℃的条件下用烘箱进行 目前不论在实验室还是实际生产过程中一般都是 试验。抗拉强度、 断裂伸长率、抗弯强度、抗弯弹性 化进程 ；第三，润滑剂可以在物料与挤出机内壁之间
烘干，每隔 10 min 称重一次，直到木粉的质量不再产 采用注塑成型机对木塑复合材料进行加工行，该成型 模量参照 GB 1040 进行 ；在冲击试验机上对试样进行 形成一种界膜，界膜的作用不仅可以防止物料粘附于
生变化为止。木粉的重量随时间的变化。 工艺是在高温高压下利用热塑性塑料的热流动性来完 冲击试验，悬臂梁缺口冲击强度参照 GB 1843 进行， 挤出机的金属壁上， 还可以使物料对加工机械和模具
成物料的快速注射成型。此种方法的具有生产效率高、 如图 2 所示。 的磨损程度降低，从而使得挤出设备使用寿命得到延
价格便宜的优点，并且应用范围十分广泛，十分容易 长 ；最后，润滑剂的存在不但可以使制品的表面光滑，
投入工业化生产中，因此市场和发展潜力很大。此种 还可以提高其力学性能等内在质量。
方法的主要工作原理是是在温度为 180 ℃左右、注射 但是，润滑剂对挤出产品有重要影响 ：如果润滑
压力为 7.5 MPa 左右的条件下，将木粉和塑料树脂的 剂适量，则制品富有光泽，手感好，如果润滑剂过量，
混料颗粒用注射成型机注射成型，一般保压时间 40 s， 则制品发污（制品内润滑剂析出引起的外观现象）, 缺
冷却时间 20 s。 乏光泽，易出现云纹等现象，如果润滑剂不足 , 则制
料筒温度 : 射嘴 ： 190 ℃，I 段 200 ℃，II 段 品颜色发暗，易出现麻点、麻坑等现象。
185 ℃，III 段 180 ℃， 物料成型一般都是在熔融流动状态下进行，因此

注射压力 ： 45~65 MPa，保压 15 s。 加工的物料要有一定的流动性。流动性过小，基础成
图 1 木粉的失重分析图 图 2 部分拉伸及冲击试样
在注塑成型机的成型过程中，需要解决很多问题 型困难 ；流动性过大，则产生的挤出压力过小，制品
1.5 制备工艺
来保证挤出制品的质量，其中最重要的两个问题是成 2 实验结果与讨论 强度不足且成型不完整。整个物料体系的流动性对挤
1.5.1 原料的混合顺序
型机的排气问题的螺杆结构，下面分别对这两个问题 考虑到木塑复合材料的物理力学性能受原材料的 出加工过程和制品的力学性能有着较大的影响。表 3
首先将已烘干的木粉、聚丙烯、聚乙烯蜡、硬脂
进行简单的介绍 ： 性质、配比、加工温度等因素的影响，本试验使用同 和表 4 分别为聚乙烯蜡和硬脂酸不同份数时物料体系
酸、硬脂酸锌、石蜡按设计配方放入高速混合机中混
（1）排气问题 一标号聚丙烯原料，采用相同温度和压力条件，同一 的挤出情况。
合 4~5 min（混合时间过长会导致高速混合机过热而
在对木塑复合材料前期的处理中，木粉中含有的
使物料融化），温度升到 70 ℃左右，然后将 DOP 和 表 3 润滑剂为聚乙烯蜡时熔体挤出情况
水分和其他的一些小分子挥发性物质，总是不能够完 润滑剂为聚乙烯蜡 / 份数 1 2 3 4
酞酸酯加入高速混合机中高混 4~5 min，使物料充分 挤出情况 可挤出下料熔体流动较好 挤出下料顺利熔体流动性好材料韧性好 可挤出下料熔体流动较好 挤出下料较困难
全的除去，但是它们的存在非常容易对成型过程造成
的混合。（注意高速混合机的温度最大不能超过 PP 的
问题从而导致所得制品存在缺陷。所以在木塑复合材 表 4 润滑剂为硬脂酸时熔体挤出情况
软化点。）
料的排气问题上需要进行严格的控制和设计，因此木 润滑剂为硬脂酸 / 份数 1 2 3 4
1.5.2 造粒工艺及存在的问题 挤出情况 可挤出下料熔体流动较好 挤出下料顺利熔体流动性好材料韧性好 可挤出下料熔体流动较好 挤出下料较困难
塑复合材料挤出机的排气系统要比普通塑料挤出机更
将混合均匀的物料在挤出机中，挤出造粒。并对
加受到关注和重视，在很大程度上来讲，挤出机排气
制备好的物料进行干燥。 2.2 润滑剂的用量和品种对 PP 木塑制品材 表 6 硬脂酸对拉伸强度的影响
效果越好，挤出制品质量的力学性能也越好，在条件 润滑剂为硬脂酸 / 份 1 2 3 4
挤 出 机温 度 设 定 ： 1 区 175 ℃，2 区 180 ℃，3 料力学性能的影响 拉伸强度 /MPa 15.02 15.33 15.24 15.08
允许的情况下可以进行多节排气。
区 185 ℃，4 区 190 ℃，机头 185 ℃。 2.2.1 润滑剂的用量和品种对复合体系拉伸
（2）螺杆结构 由上表可发现，本次实验所采用的两种润滑剂聚
主机转速 64，喂料转速 32。 强度的影响
在木塑复合材料的挤出成型过程中，除却排气系 乙烯蜡和硬脂酸当用量为 2 份是复合体系的拉伸强度
在挤出机的挤出造粒过程中，常常会出现包杆现 表 5 和表 6 分别为聚乙烯蜡和硬脂酸在不同份数
统对制品力学性能的影响外，挤出机的螺杆结构对制 为最佳，但影响不大。
象和架桥现象，这主要是由于木粉的结构蓬松，不容 时对 PP 木塑制品拉伸性能的影响 ：
品的影响同样很大。螺杆结构设计合理的话，能够使 2.2.2 润滑剂的用量和品种对复合体系断裂
易对挤出机的螺杆喂料，其次 PP 和木粉并不能形成 表 5 聚乙烯蜡对拉伸强度的影响
螺杆与木质纤维之间的摩擦程度降到最低，从而使整 润滑剂为聚乙烯蜡 / 份 1 2 3 4 伸长率的影响
理想的混合体并均匀的加入到挤出机中。当木粉干燥 拉伸强度 /MPa 14.87 15.39 15.28 15.12
个物料体系的分散混合效果达到最佳，避免了纤维分 表 7 和表 8 分别为聚乙烯蜡和硬脂酸在不同份数
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