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木塑复合材料制造技术解析

星期一, 10月 24, 2022

木塑材料的制造不同于实木材料,也无法完全按照塑料材料的制造思路进行制造。很长一段时间内,木塑材料的发展受技术条件的制约较大,材料的进步和市场需求迫使木塑材料制造技术向前发展。木塑材料制造技术的发展主要体现在板材制造技术、型材/异型材制造技术、连接组装技术的进步等3个方面。

板材制造技术

通常木制材料可按照结构形式分为框式材料、板式材料、曲木材料和异形材料等。从塑木代木的视角来看,将木塑复合材料制造成板、方材就可进一步加工出类似木制材料的塑木材料。塑木板材可用作框式材料的嵌板、面板等围合材料,也可用作板式材料的侧板、隔板、搁板、背板、底板、门板和顶板等。

在塑木复合材料尚未被大家熟知的20世纪90年代,人们受其他人造板制造方式的启发,开始采用压铸的方式制造材料预制件,并将预制件组装成简易的板式材料。还有人采用热压的方法制造塑木板材餐桌桌面,为使板材的强度提升而在板材中间设置由玻璃纤维编织而成的网状层。伴随塑木挤出技术产生,本世纪初人们开始将单螺杆挤出机、双螺杆挤出机与板材模具相结合,用于制造塑木材料板材。

为了获得更为丰富的表面装饰效果,塑木仿大理石板制造技术、可涂饰塑木材料板制造技术、彩色塑木制造技术等塑木表面装饰技术均获得迅速发展。塑木板材因不使用胶黏剂而不会释放挥发性有机气体,这是塑木复合材料突出的优势。然而,为了使塑木板材具有更好的装饰性而在塑木板材表面进行贴面,又容易引入胶黏剂及挥发性气体。近年来研发的无需施加胶黏剂就可以制得单板贴面塑木复合板材的方法,在改进使用这种塑木板材的材料表面质量的同时,可使制造的材料在室内使用中无甲醛等有害气体释放。与此同时,与塑木板材制造技术相配合的板材封边、包边、包覆技术也获得了迅速发展,塑木材料边角部不美观或者强度不高的问题得到改善。但同时需要注意的是,当前的塑木复合材料通常需要借助大型专用设备才能进行加工,其加工灵活性不高,应进一步加以改进。

型材/异型材制造技术

塑木挤出成型技术被广泛用于型材的制造,木塑型材主要可用于制造材料的腿足、柜檐、装饰边、门板框等。基于挤出成型的加工方式,塑木材料型材可获得较高的生产效率,当前塑木型材的制造技术已经比较成熟。通过为型材设计不同的型腔,并对口模进行设计和改进,便可生产出具有不同造型和满足不同需求的材料型材。目前塑木型材制造技术的研发主要集中在配方改进、材料流变性、模具尺寸、工艺参数、型腔设计等方面。塑木异型材主要可用于制造材料的靠背、腿足、床头板及镜框等,尤其适合制造具有巴洛克艺术风格的材料制品。塑木材料异型材可采用模压或者注塑的方式制造。模压成型时先将塑木复合材料放入模具型腔中,闭合模具,在热量或压力的作用下使材料发生性状变化,在模具内塑造出与模具形状吻合的造型。利用这一成型方式可以制造出有机曲面,并可一次性加工出表面的花纹肌理等。注塑工艺是将熔融的塑木复合材料用高压射入模具腔体,经冷却、脱模后制成与模具形状吻合的制品。采用注塑工艺可以获得富有变化的制品造型,不仅可以用于制造完整的材料,更适合用于制造具有复杂表面的材料部件。然而,由于塑木熔体的流动性明显低于同质塑料,塑木异型材的注塑成型甚至模压成型难度较大,需要进一步加强研发。

为了改进塑木型材及异型材的力学性能和耐久性,研究者们采用了嵌入加强筋、塑木包覆实木芯等方式,使塑木型材和异型材的性能得到提升,更适合于材料制造。此外,塑木浮雕雕花技术、激光烧结技术3D打印技术也可用于制造材料异型材,尤其适合用于制造精美的材料装饰件。但目前基于激光烧结和3D打印技术的异型材制造成本较高,在材料制造业大规模应用还较为困难。

连接组装技术

塑木材料的结构连接与装配是制造中值得关注的重要问题。材料装配需要考虑材料的牢固性、可拆装性和安装效率等。材料结构连接包括塑木材料部件间的固定式连接、活动式连接,以及塑木材料部件与其他材料部件的连接等。在材料的结构连接中除考虑材料的功能性需要、使用场所和受力情况外,还需关注材料的握钉力、支撑跨距、黏弹性和蠕变等性能。不同塑木复合材料其力学指标有明显的区别,需根据不同材料采用不同的连接方式和结构处理方式。一方面,在实木材料和板式材料中适用的榫接、钉连接、铆接、连接件连接、偏心连接等方式在塑木材料制造领域可以部分适用。另一方面,适应塑木复合材料的特性开发高性能的焊接、胶接、插接、螺旋式连接、拉挂式连接以及新型活动连接方式十分必要。

关于塑木复合材料的机械连接、胶接、焊接、多种方式的复合连接等方面的研究进展,也值得关注。研究表明,环氧树脂胶黏剂、丙烯酸酯胶黏剂较适合塑木材料的胶接,塑木熔焊复合连接技术等适合在门窗等材料制品中进行应用。为方便塑木材料进行组装,有企业开发出塑木材料组装专用的螺钉、连接件等,还有企业利用塑木型材的特殊型腔、塑木板材的高强度特性等设计出可以进行插接结合的各式材料。但也应当看到,现有塑木型材的连接技术还缺乏通用性,轻质发泡、轻质夹层塑木板材的连接技术研发有待加强。

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