木塑物流托盘制造技术

邹祎祎 王克俭

（北京化工大学机电工程学院）

1. 前言

随着近年来物流行业的快速发展，由于遗弃和处理不当造成物流包装塑料的污染日趋严重，世界许多国家开始限制部分塑料制品的生产和使用。2020年初，国家发改委和生态环境部发布了《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，明确禁止或限制一次性塑料制品的生产、销售和使用。在防治塑料污染要求下，可循环回收的环保复合材料受到学术界的热捧，特别是木塑复合材料物流托盘制造技术成为研究的热点。

2. 木质复合材料及木塑托盘介绍

木塑复合材料[1]是一类以热塑性聚合物为基体，以木质纤维为填充增强材料，通过熔融复合，采用挤出、注塑或模压等成型工艺而制备的复合材料，兼具木材的生态特性和热塑性聚合物的可重复加工性能，是一类生态和经济效益显著的环境友好材料。

木塑复合材料托盘[2]是新型绿色环保托盘。克服了铁制托盘、塑料托盘以及木质的弱项，综合了它们的长处。抗压强度比普通塑料托盘提高30%，抗冲击强度提高55%，具有不变形、耐老化、耐高温、耐酸碱等综合优势。表1所示是用不同木质复合材料加工的木质托盘性能比较。

3. 木塑托盘的成型方法

木塑复合材料的成型加工工艺[3]直接决定和影响木塑制品的性能和质量，而木塑制品如板材、型材、片材等又是木塑产品设计的基础，因此了解和掌握木塑复合材料的成型加工及其制品的加工方式可指导木塑托盘产品的设计。

表1 不同木质复合材料托盘性能的比较

木塑复合材料成型加工方法主要有挤出成型、注塑成型、模压成型等。因木塑复合材料的性能特点，其加工方式或设备通常都会借鉴塑料的加工工艺。

3.1 木塑托盘的挤出成型

木塑挤出成型指将热塑性塑料与木纤维材料在挤出机中加热、加压后使熔融的塑料和木材料混合、塑化，最后连续通过口模从而成型的加工方式。挤出成型可加工出截面多样的异形材、板材、片材等，因其产量大、生产连续、效率高的特点，也是目前应用最广泛的木塑托盘加工工艺。

图1 挤出板材加工后制成的木塑托盘

木塑复合材料的挤出成型通常按以下步骤完成：

（1）预处理原料

原料预处理可使原料的状态和性质能够符合工艺设备的要求，同时改善植物纤维与塑料的界面结合性能，从而获得质量更高的制品。木质纤维材料的预处理主要分为粉碎与研磨、干燥表面改性和偶联剂处理。塑料原料的预处理[4]主要经过粉碎、造粒、干燥、塑料的改性四个阶段。

（2）混合

木塑复合原料的混合通常要经过预混合和混炼与造粒两个阶段。

（3）挤出制品将第二步获得的粒料加入挤出机料斗中，通过螺杆的旋转和料筒的加热作用，使粒料塑化，通过口模后，冷却固化，经过切割后得到挤出制品。在挤出过程中，对制品质量有重要影响的因素主要是料筒温度、螺杆转速和熔体压力等因素。

图2 挤出工艺流程图

3.2 木塑托盘的注塑成型

注塑成型是木塑托盘的重要成型手段。将挤出加工获得的颗粒物料加入注塑机料筒内，通过料筒的外加热和螺杆旋转产生的摩擦热将聚合物塑化[5]，使物料呈粘流状态后，在螺杆或柱塞的强大压力下将稠胶状的熔融料通过喷嘴，注入模具的流道、浇口并充满型腔，经保压后、冷却固化、开模后成型出制品，从而得到木塑托盘。

考虑材料的流动性能和材料中挥发物的影响，一般会通过调整注塑速度、注塑压力、塑化温度等工艺参数来解决注塑过程中遇到的表面流痕、内部气孔和竹材纤维的分解等问题。注塑成型的优点是生产效率高、易实现自动化，且能成型形状复杂、尺寸精度高的木塑优盘。

图3 注射成型后拼接的木塑托盘[6]

3.3 木塑复合材的热压成型

模压产品以纤维碎料[7]作为增强材料，然后加入热塑性聚合物和各种需要的助剂，经过冷压或热压而形成的一种复合型材。模压制品的板材毛坯就可以直接安装，材料在模板或模腔间可以很便利地流动和填充。热压成型适合70%以上高比例木质含量的木塑复合材料加工。与挤出成型和注射成型技术相比，热压成型更适合大尺寸产品，特别是对低维护成本耐用的木塑托盘的需求并不局限于小尺寸。

图4 模压成型的木塑托盘

3. 结语

现今木塑复合材料加工成制品后的后续加工一方面是经过锯、刨、钻孔、切割等去除材料获得需要的尺寸和结构，另一方面就是制品的组合及连接以获取产品结构和功能的完整性。组合连接方式主要是钉接、榫接、铆接、螺栓连接等机械连接方式[8]，每种连接方式都有其各自的优劣性。再次就是其良好的弯曲强度在一定工艺条件下可弯曲成需要的形状且不易变形。加工方式的区别，导致木塑复合材料在加工过程中所受到的机械剪切[9]和应力的迥异，因而在很大程序上影响木塑复合材料的形态和结构，从而造成木塑制品的物理机械性能的巨大差异和不同。在木塑产品[10]设计过程中，需综合考虑产品的使用环境、强度要求、受力状况、外观要求等选取对结构最有利的加工方式，参考表2。

表2 木塑托盘成型方式的比较