木塑物流托盤制造技術(shù)

鄒祎祎 王克儉

（北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）

1. 前言

隨著近年來物流行業(yè)的快速發(fā)展，由于遺棄和處理不當(dāng)造成物流包裝塑料的污染日趨嚴(yán)重，世界許多國家開始限制部分塑料制品的生產(chǎn)和使用。2020年初，國家發(fā)改委和生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見》，明確禁止或限制一次性塑料制品的生產(chǎn)、銷售和使用。在防治塑料污染要求下，可循環(huán)回收的環(huán)保復(fù)合材料受到學(xué)術(shù)界的熱捧，特別是木塑復(fù)合材料物流托盤制造技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。

2. 木質(zhì)復(fù)合材料及木塑托盤介紹

木塑復(fù)合材料[1]是一類以熱塑性聚合物為基體，以木質(zhì)纖維為填充增強(qiáng)材料，通過熔融復(fù)合，采用擠出、注塑或模壓等成型工藝而制備的復(fù)合材料，兼具木材的生態(tài)特性和熱塑性聚合物的可重復(fù)加工性能，是一類生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益顯著的環(huán)境友好材料。

木塑復(fù)合材料托盤[2]是新型綠色環(huán)保托盤?？朔髓F制托盤、塑料托盤以及木質(zhì)的弱項(xiàng)，綜合了它們的長處。抗壓強(qiáng)度比普通塑料托盤提高30%，抗沖擊強(qiáng)度提高55%，具有不變形、耐老化、耐高溫、耐酸堿等綜合優(yōu)勢。表1所示是用不同木質(zhì)復(fù)合材料加工的木質(zhì)托盤性能比較。

3. 木塑托盤的成型方法

木塑復(fù)合材料的成型加工工藝[3]直接決定和影響木塑制品的性能和質(zhì)量，而木塑制品如板材、型材、片材等又是木塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因此了解和掌握木塑復(fù)合材料的成型加工及其制品的加工方式可指導(dǎo)木塑托盤產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

表1 不同木質(zhì)復(fù)合材料托盤性能的比較

木塑復(fù)合材料成型加工方法主要有擠出成型、注塑成型、模壓成型等。因木塑復(fù)合材料的性能特點(diǎn)，其加工方式或設(shè)備通常都會(huì)借鑒塑料的加工工藝。

3.1 木塑托盤的擠出成型

木塑擠出成型指將熱塑性塑料與木纖維材料在擠出機(jī)中加熱、加壓后使熔融的塑料和木材料混合、塑化，最后連續(xù)通過口模從而成型的加工方式。擠出成型可加工出截面多樣的異形材、板材、片材等，因其產(chǎn)量大、生產(chǎn)連續(xù)、效率高的特點(diǎn)，也是目前應(yīng)用最廣泛的木塑托盤加工工藝。

圖1 擠出板材加工后制成的木塑托盤

木塑復(fù)合材料的擠出成型通常按以下步驟完成：

（1）預(yù)處理原料

原料預(yù)處理可使原料的狀態(tài)和性質(zhì)能夠符合工藝設(shè)備的要求，同時(shí)改善植物纖維與塑料的界面結(jié)合性能，從而獲得質(zhì)量更高的制品。木質(zhì)纖維材料的預(yù)處理主要分為粉碎與研磨、干燥表面改性和偶聯(lián)劑處理。塑料原料的預(yù)處理[4]主要經(jīng)過粉碎、造粒、干燥、塑料的改性四個(gè)階段。

（2）混合

木塑復(fù)合原料的混合通常要經(jīng)過預(yù)混合和混煉與造粒兩個(gè)階段。

（3）擠出制品將第二步獲得的粒料加入擠出機(jī)料斗中，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)和料筒的加熱作用，使粒料塑化，通過口模后，冷卻固化，經(jīng)過切割后得到擠出制品。在擠出過程中，對制品質(zhì)量有重要影響的因素主要是料筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和熔體壓力等因素。

圖2 擠出工藝流程圖

3.2 木塑托盤的注塑成型

注塑成型是木塑托盤的重要成型手段。將擠出加工獲得的顆粒物料加入注塑機(jī)料筒內(nèi)，通過料筒的外加熱和螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱將聚合物塑化[5]，使物料呈粘流狀態(tài)后，在螺桿或柱塞的強(qiáng)大壓力下將稠膠狀的熔融料通過噴嘴，注入模具的流道、澆口并充滿型腔，經(jīng)保壓后、冷卻固化、開模后成型出制品，從而得到木塑托盤。

考慮材料的流動(dòng)性能和材料中揮發(fā)物的影響，一般會(huì)通過調(diào)整注塑速度、注塑壓力、塑化溫度等工藝參數(shù)來解決注塑過程中遇到的表面流痕、內(nèi)部氣孔和竹材纖維的分解等問題。注塑成型的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且能成型形狀復(fù)雜、尺寸精度高的木塑優(yōu)盤。

圖3 注射成型后拼接的木塑托盤[6]

3.3 木塑復(fù)合材的熱壓成型

模壓產(chǎn)品以纖維碎料[7]作為增強(qiáng)材料，然后加入熱塑性聚合物和各種需要的助劑，經(jīng)過冷壓或熱壓而形成的一種復(fù)合型材。模壓制品的板材毛坯就可以直接安裝，材料在模板或模腔間可以很便利地流動(dòng)和填充。熱壓成型適合70%以上高比例木質(zhì)含量的木塑復(fù)合材料加工。與擠出成型和注射成型技術(shù)相比，熱壓成型更適合大尺寸產(chǎn)品，特別是對低維護(hù)成本耐用的木塑托盤的需求并不局限于小尺寸。

圖4 模壓成型的木塑托盤

3. 結(jié)語

現(xiàn)今木塑復(fù)合材料加工成制品后的后續(xù)加工一方面是經(jīng)過鋸、刨、鉆孔、切割等去除材料獲得需要的尺寸和結(jié)構(gòu)，另一方面就是制品的組合及連接以獲取產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能的完整性。組合連接方式主要是釘接、榫接、鉚接、螺栓連接等機(jī)械連接方式[8]，每種連接方式都有其各自的優(yōu)劣性。再次就是其良好的彎曲強(qiáng)度在一定工藝條件下可彎曲成需要的形狀且不易變形。加工方式的區(qū)別，導(dǎo)致木塑復(fù)合材料在加工過程中所受到的機(jī)械剪切[9]和應(yīng)力的迥異，因而在很大程序上影響木塑復(fù)合材料的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，從而造成木塑制品的物理機(jī)械性能的巨大差異和不同。在木塑產(chǎn)品[10]設(shè)計(jì)過程中，需綜合考慮產(chǎn)品的使用環(huán)境、強(qiáng)度要求、受力狀況、外觀要求等選取對結(jié)構(gòu)最有利的加工方式，參考表2。

表2 木塑托盤成型方式的比較