摘 要：介紹了木塑復(fù)合料在門窗用塑 料異型材等 方面的應(yīng)用前景，結(jié)合本公司對(duì)該類型材擠出模具的開發(fā)，分析了該類模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：木塑復(fù)合；型材；結(jié)皮發(fā)泡；擠出模具
在建筑門窗業(yè)內(nèi)，塑料異型材和木材的使用一直處在激烈的競(jìng)爭(zhēng)之中。當(dāng)優(yōu)質(zhì)木制產(chǎn)品越來(lái)越受到人們青睞，原木產(chǎn)品在都市越來(lái)越流行的時(shí)候，森林消失的速度也越來(lái)越快。塑料異型材行業(yè)的發(fā)展，在很大程度上取代了木制門窗，卻又帶來(lái)一些無(wú)法回避的缺憾，如塑料型材的質(zhì)感和顏色等。在塑料型材的研究和應(yīng)用領(lǐng)域涉足較早的歐洲國(guó)家，又率先推出將木材纖維和塑料結(jié)合起來(lái)制成的復(fù)合型材，并已經(jīng)在諸多方面成功地實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。
近年來(lái)，新加坡一家公司已成功地將木材纖維填充量提高50％，而所制造的門窗強(qiáng)度也能滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。從環(huán)保角度、木材資源綜合利用角度、門窗型材的多彩化角度來(lái)看，有理由相信，用木塑春喜牧現(xiàn)圃烀糯壩瞇筒氖且桓鼉哂星看笥攀頻男灤陀τ梅較頡＊?br> 1 木塑復(fù)合材料的物料性能。
1.1 木塑復(fù)合原料
木粉由軟質(zhì)木材除去樹皮、樹節(jié)后經(jīng)機(jī)械粉碎、研磨而得。主要是使用木制品加工行業(yè)生產(chǎn)中的邊角余斜和木屑。其顏色根據(jù)樹種配比不同而不同，有白色、淡褐色至褐色等不同品種。按粒度一般分為4個(gè)等級(jí)15－30目、30－50目、50－80目和80目以上。木粉制備后，將樹脂、木粉和其它助劑按一定的體系和配比混合經(jīng)塑煉和造粒即可獲得木塑復(fù)合粒料。
顆粒料根據(jù)不同的型材發(fā)泡要求配置了發(fā)泡及調(diào)節(jié)體系。
顆粒料根據(jù)不同的顏色要求，結(jié)合木粉添加量配置了顏料調(diào)節(jié)體系。
造粒的成品原料根據(jù)木粉的填充量分成三個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)含木粉30％（質(zhì)量組分），Ⅱ級(jí)40％，Ⅲ級(jí)50％。
1.2 木塑復(fù)合擠出制品
和木材比較：木塑復(fù)合材料經(jīng)擠出工藝的制成品的外觀和質(zhì)感酷似木材，并具有和木材一樣的加工性能、施工性能。制品密度在600－1000kg/m3之間，根據(jù)木纖維填充量的多少和發(fā)泡率的高低有所不同，一般在600－800kg/m3左右，和木材相當(dāng)接近。含水量約為2％，而木材的含水量在12％－13％之間，與原木相比木塑復(fù)合型材具有更好的抗水、抗腐蝕等功能。此外，還不存在木材自然的缺陷，如龜裂、翹曲、疤結(jié)、明顯色差等。
除機(jī)械的、理化的損傷外，木制門窗還有一個(gè)致合的弱點(diǎn)，那就是蟲害的損傷，如白蟻、蠹蟲等害蟲的侵害。而木塑復(fù)合型材含有多種化學(xué)制劑，可以抵御蟲害。
此外，擠出制品斷面設(shè)計(jì)靈活，可以設(shè)計(jì)裝飾性強(qiáng)的裝飾結(jié)構(gòu)和各種功能結(jié)構(gòu)。而木制品的功能結(jié)構(gòu)和裝飾結(jié)構(gòu)往往受加工方法的限制。
和普通塑料型材比較：木塑復(fù)合材料具有普通塑料型材的絕大部分優(yōu)點(diǎn)，如阻燃、抗老化等，同時(shí)又具有普通塑料型材不能替代的其它優(yōu)點(diǎn)，如色澤、質(zhì)感重量輕等品質(zhì)性能，可釘、可鉆、可鋸、可刨、可上油漆、可粘接等加工性能。
木塑復(fù)合材料的擠出制品焊接性能較差，基本上不適宜焊接，因此，門窗組裝要采用螺接形式。一方面，可以在現(xiàn)場(chǎng)行施工，給門窗的運(yùn)輸和安裝帶來(lái)很多方便。
表1所示數(shù)據(jù)為新加坡工業(yè)鑒定局根據(jù)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法對(duì)木塑復(fù)合型材進(jìn)行測(cè)試的報(bào)告摘錄。
表1 木塑復(fù)合型材有關(guān)項(xiàng)目測(cè)試數(shù)據(jù):
密 度 BS EN232：1993 669.4kg/m3
含水率 BS EN322：1993 2%
吸水率 BS 5669：1979 2.38%
彎曲強(qiáng)度 BS EN310：1993 28.9N/mm2
抗壓強(qiáng)度 BS EN789：1995 12.17N/mm2
拉抗強(qiáng)度 BS EN205：1991 850N/mm2
拔釘?shù)挚?BS 6948：1989 48.36N
1.3 擠出加工性能
由于木粉的加入，熔融物料的流動(dòng)性能較UPVC材料大大降低，從Ⅰ級(jí)到Ⅲ級(jí)，流動(dòng)逐漸變低。因此，擠出模具的壓縮角和擴(kuò)張角都不宜太大，防止滯料區(qū)的產(chǎn)生與存在。
木塑復(fù)合材料在擠出加工過(guò)程中對(duì)溫度的變化相當(dāng)敏感，要求料筒、模頭各區(qū)的溫度有非常嚴(yán)格的控制：一方面各區(qū)溫度要適合發(fā)泡，另一方面溫度的設(shè)置除考慮塑料降解外，還應(yīng)該考慮木粉的炭化。因此對(duì)擠出設(shè)備、模具、工藝條件要求也相對(duì)苛刻。
2 制品結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)
由于木粉的填入，強(qiáng)度值有一定的下降。因此，對(duì)不同的使用場(chǎng)合，型材壁厚應(yīng)有不同的設(shè)計(jì)。用作室內(nèi)裝飾材料的，如護(hù)墻板、墻角線、踢腳線等，可考慮壁厚較薄，一般壁厚在3－5mm(圖1)，而用于門窗的型材，則應(yīng)設(shè)計(jì)較大壁厚，通常在5－7mm。
2.2 通常是低發(fā)泡制品
根據(jù)使用場(chǎng)合和功能要求的不同，木塑復(fù)合型材的發(fā)泡率有高有低，裝飾型材一般采用相對(duì)較高的發(fā)泡率（600kg/m3左右），用作門窗構(gòu)件的型材則采用較小的發(fā)泡率（800kg/g3左右 ）。結(jié)皮厚度則可以根據(jù)要求通過(guò)工藝在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
2.3 過(guò)渡圓角大
普通型材圓角半徑可小至0.3－0.5，少數(shù)特殊要求“尖角”的地方還可以做到R0.2以下。但木塑復(fù)合材料型材的圓角達(dá)不到此種要求，一般在R1以上，否則不利于成型。
2.4 內(nèi)筋的設(shè)置不同
普通PVC型材斷面設(shè)計(jì)中，內(nèi)筋設(shè)置是為了加強(qiáng)或用來(lái)分隔功能腔室，分隔功能腔的內(nèi)筋往往很長(zhǎng)。對(duì)于木塑復(fù)合型材，則應(yīng)盡量避免長(zhǎng)的內(nèi)筋。在不影響使用功能的情況下，盡可能使用開放結(jié)構(gòu)。
3 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)
基于上述物料性和制品特點(diǎn)分析，結(jié)合我公司對(duì)該類模具的開發(fā)試制的成功經(jīng)驗(yàn)，木塑復(fù)合異型材模具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)如下：
基于木塑復(fù)合物料對(duì)溫度敏感性，模具應(yīng)采用較大的結(jié)構(gòu)尺寸，以增加熱容量，使整個(gè)擠出機(jī)頭的溫度穩(wěn)定性得以加強(qiáng)。
機(jī)頭擠出方向的尺寸盡量取小，縮短物料在機(jī)頭中經(jīng)過(guò)的時(shí)間，結(jié)合發(fā)泡的要求選較小的穩(wěn)定段長(zhǎng)度，一般為口模間隙的10－15倍
取較大的壓縮比以增加模具壓力。保證有足夠的熔體強(qiáng)度，以利于發(fā)泡。一般情況下，木塑復(fù)合發(fā)泡型材壓縮在6－10。
盡量不要使用阻流塊等結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整流道截面上各處的流量，各個(gè)局部流量的平衡要依靠流道尺寸變化來(lái)調(diào)節(jié)。
在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠的情況下，盡量減少支架筋的數(shù)量。同時(shí)應(yīng)該設(shè)計(jì)足夠長(zhǎng)度的匯料段，使物料在壓縮之前充分融合。
盡量不要采用內(nèi)流道。對(duì)長(zhǎng)內(nèi)筋非采用獨(dú)立供料不可時(shí)，要考慮獨(dú)立流道有足夠大的截面積。獨(dú)立供料流道的壓縮比應(yīng)比主流道的壓縮比小，約為87％。
由于壁厚較大、導(dǎo)熱系數(shù)小，型材內(nèi)部熱量不容易傳出，因此，冷卻定型部分應(yīng)考慮加熱交換速度，并增加有效冷卻時(shí)間。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，壁厚6mm左右的型材，除干式定型外，需要6m長(zhǎng)的水浸式冷卻，才能冷卻充分。
4 結(jié)束語(yǔ)
木塑復(fù)合型材的斷面設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)有許多不同于PVC低發(fā)泡型材的特點(diǎn)。由于木塑復(fù)合型材有著與塑料型材和木材不可比擬的優(yōu)勢(shì)，是具有廣泛前景的應(yīng)用方向。