行業動態
木塑復合材料托盤的研究
摘要：在對目前國內外托盤材料和產品研究技術綜述的基礎上，比較木塑復合材料托盤與實木托盤、塑料托盤及鋼制托盤的使用性能及特點，論述木塑復合材料托盤的研制工藝和技術難點并指出，以廢棄塑料作為基體材料，以木質剩余物纖維作為增強材料，利用擠出方法制作的新型復合材料托盤將成為托盤家族的主力軍。
前言
托盤是機械化裝卸搬運的重要載體，是貨物倉儲、運輸的重要工具[1]。托盤與叉車能形成一個集裝運輸體系，將小型貨物或集裝箱按照一定的數量進行歸總。目前，這種與裝卸搬運機械化相適應的集裝器具已經成為各個行業不可缺少的重要工具。有關資料顯示，美國的托盤擁有總量約為15~20億個，人均占有7~8個；日本的托盤擁有總量已接近10億個，人均占有4~5個；韓國國內托盤擁有總量也非常大，人均占有個；澳大利亞、歐洲等國家和地區的托盤化運輸應用也非常廣泛。與國外相比，我國托盤應用水平差距很大，到2009年底，我國托盤擁有總量約1.7億個，人均略超出0.1個[2]。在我國加入WTO之后，我國進出口貿易量劇增，托盤供不應求，我國托盤行業面臨著巨大的挑戰。
在此背景下，研究利用木質剩余物和廢棄塑料資源，開發綠色環保、技術指標先進、具有自主知識產權的新材料托盤，一方面可以節約大量木材，使尚未得到充分利用的生物質和廢棄資源發揮較大效能；另一方面，研制出的新材料托盤對緩解我國經濟快速發展對托盤材料和數量的需求具有積極意義。
國內外托盤相關研究現狀
國外托盤研究情況
托盤作為一種機械化和單元化儲運工具從19世紀下半葉在歐美地區推行開始，距今已有百余年的歷史。國外學者對托盤做了大量研究，近期部分研究成果如下：
等人研究了不同材料木質復合材料托盤的較大承載力和靜應力，經過比較得出一種較大承載力和靜應力的托盤材料[3]。S.H.Masood和S.HaiderRizvi提出了一種利用木塑復合材料或瓦楞紙板復合物作為托盤材料的設計，并通過有限元分析得出了瓦楞紙板材料、木塑材料以及兩種材料復合的托盤設計方案[4]。JohnF.Hunt在經過研究托盤原材料來源、纖維長度、紙漿模塑材料性能等因素之間的關系后經過大量的實驗證明了長纖維比短纖維較容易形成纖維同向同面的優良結構，并計算出了材料的密度與彈性模量之間的回歸方程[5]。Brumbaugh.J分析得出了刨花尺寸大小對刨花板托盤性能的影響程度[6]。Walker分析了對托盤生命周期的影響因素。Heebink經過分析驗證，提出了頂鋪板在堆碼試驗中一種較簡單的計算方法[8]。E.GeorgeStern改進了對托盤剛度和較大承載能力的測試方法，該種改進方法相對于原方法更省時，較容易得出托盤的極限載荷[9]。Wallin在分析計算后得出了不同簡支條件下托盤的工作情況和各種應力對托盤的影響[10]。Urbanik提出了在一種簡支情況下托盤的剛度和應力的理論計算方法[11]。
國內托盤主要研究情況
我國代木托盤材料主要集中在竹木復合、以塑代木、紙木復合、以木代紙等方面的研究。
中國包裝科研測試中心徐煒峰通過揭示分析我國蜂窩紙式托盤所出現的問題，指出了影響蜂窩紙式托盤承載能力、力學性能、蜂窩紙式托盤質量的各種因素，并對蜂窩紙式托盤提出了改進意見[12]。浙江林學院劉曉紅、周魯兵對蜂窩板的結構及其物理性能進行了闡述，論證了蜂窩紙式托盤的生產工藝以及蜂窩板代替木材的可行性，并對生產過程中的相關問題提出了合理化建議[13]。吳海鳴介紹了寧波昌祺塑料有限公司所開發出的內置鋼管式塑料托盤，闡述了該專利能充分克服普通塑料托盤動載、靜載荷較低的缺陷[14]。大連輕工業學院的黃俊彥指出，紙木式托盤是一種無毒無害的高品質包裝運輸托盤。
與普通的木制托盤相比這種托盤具有成本低、強度高、質量高、防水、防潮、防蛀等特點[15]。南京林業大學的李玲、李大綱通過對竹木式托盤和普通膠合板式托盤的力學性能進行對比，指出在相同的情況下，普通膠合板式托盤所需要的厚度要比竹木式托盤厚得多。并且也得出了沿梁長度和寬度方向厚度和載荷之間的關系[16]。彭國勛對雙面鋪板托盤的強度和剛度校核以及托盤的受力進行了相關的分析，并對托盤制作工藝以及托盤的質量性能提出了自己的觀點[17]。
木塑復合材料托盤
木塑復合材料托盤與其他性能托盤比較
木塑復合材料托盤與實木托盤比較。木材是利用較早的托盤材料之一，也是世界上較常用的托盤材料，約占市場份額86%。但是，面對我國這樣一個森林資源缺乏的國家，市場有86%的托盤是實木托盤，這是極為不合理的。據統計，一棵成年樹僅能制作6個實木托盤，而這些實木托盤的壽命大約是1年，可見實木托盤對森林資源造成很大影響。相比之下，木塑復合材料托盤具有十分明顯的優勢：
（1）木塑復合材料托盤所用的原材料是木質剩余物和廢棄的塑料，這樣既可以廢物利用，同時也使生態環境免受破壞。
?。?）實木托盤具有消耗木材、傳播蟲害等弊端。許多國家對木質包裝制品的進出口進行了限制或禁用。歐美等一些國家曾因天牛問題對我國木質包裝制品實施抵制政策。而木塑復合材料托盤就不存在這個問題，由于木塑托盤擠出時需要一定的溫度，而這溫度足以把蟲卵給消滅掉，從而解決后顧之憂。
?。?）實木托盤由于蟲卵等問題需要對實木托盤進行熏蒸處理，因此每個托盤需要增加10元的成本。相比之下，木塑復合材料托盤質優價廉，性價比高。
因此，木塑復合材料托盤取代實木托盤已成了一種必然趨勢。
木塑復合材料托盤與塑料托盤比較
目前，國內使用較多的是實木托盤和塑料托盤，分別占86%和13%。而且很多具有采購托盤意向的企業也把目光投向了塑料托盤。但是，塑料托盤原材料價格居高不下也是各個托盤制造企業不得不面臨的問題之一，石油價格居高不下，即便在低油價時塑料托盤的平均成本也為90元/個，遠高于木塑復合材料托盤。此外，塑料托盤模具開發成本較高，也是各個托盤制造企業不得不面臨的一個問題之一。與塑料托盤相比，在相同承載能力的條件下，木塑復合材料原料價格低廉且來源廣闊，模具開發成本較低且可連續生產，大大降低了生產成本。
木塑復合材料托盤與鋼制托盤比較。
鋼制托盤由于自身的材質原因，使得其重量很重，同時由于鋼制托盤在潮濕的環境中容易生銹，這點也對鋼制托盤的批量生產帶來了限制。
為了擴大鋼制托盤的使用范圍，目前市場上出現了以Q195熱鍍鋅帶鋼為原料的輕鋼托盤。表1為木塑復合材料托盤與輕鋼托盤的比較。
木塑復合材料托盤制作工藝與技術
工藝過程
（1）主要原料與助劑。木粉：經過篩分干燥處理后的目左右的木粉;廢棄塑料：基本成分為聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）等;助劑：偶聯劑、膠黏劑、防水劑、脫模劑、阻燃劑、抗氧劑、增韌劑等。
（2）主要設備。生產制作木塑復合材料托盤的主要設備有電熱真空干燥箱、電熱鼓風干燥箱、高速混合機、雙螺桿擠出機、注塑機等。
?。?）生產工藝。將處理后的木粉、廢舊塑料與粘結劑、防水劑、脫模劑、阻燃劑、氧化劑、增韌劑等用高速混合機按照一定的比例進行混合。將混合后的混料放入雙螺桿擠出機擠出造粒，隨后注射機注射樣條，將注射而成的樣條進行組裝成成型托盤。具體工藝流程如圖1所示。
生產工藝關鍵問題。木塑復合材料托盤的制備技術的關鍵之處是保證木粉的高填充量以達到托盤有較高使用性能的同時有較低的成本。在木粉的高填充量的前提下保證廢舊塑料有較高的滲透性和流動性，促使木粉與塑料具有較好的界面相容性，使之復合。綜上必須解決以下問題[18]：
?。?）為了保證木塑復合材料托盤的機械性能，必須采用合適種類的木質粉料。如果木質粉料含有較高的脂性，則應該對木質粉料進行皂化處理，較常用的方法是將木質粉料浸泡在溶液中，隨后水洗、中和、干燥。
（2）為了保證木塑復合材料托盤中木粉與塑料的緊湊性，木質填料的粒徑大小必須控制在一定的范圍之內。這樣雖然有較高的填充量，但是并不表現出很大的體積。一般木質粉料的粒徑大小控制在20~80目范圍內，這樣可以很好地將木質粉料與廢舊塑料浸潤。同時，為了保證擠出成型均勻性，木塑復合材料托盤具有較高的機械性能，所有原料的含水率必須控制在2%以下。如果所加的木質粉料的含水率在2%以上，導致然后制品產生氣泡，機械性能下降。
?。?）保證木質粉料與塑料的界面相容性。木質粉料是極性物質，其成份約有50%為纖維素，而纖維素中含有大量的羥基，這些羥基使木質粉料具有較高的吸水性。相反，塑料是非極性的，具有很強的疏水性。因此，二者的相容性差，界面粘結力很小，極容易導致木塑制品的各向性能變差。為了提高木塑之間的界面相容性，可以在木質粉料中加入1%~10%的鈦酸酯偶聯劑或聚丙烯酸酯偶聯劑。
（4）由于木塑復合材料是擠出成型，因此復合材料的熔體粘度對木塑制品的性能有著非常重要的影響。木質粉料以團聚的狀態包圍在塑料周圍，隨著木質粉料的增加，復合材料的熔體粘度將會越來越高，這樣將會導致加工流動性下降。為了改善這一情況，可以加入適量的硬脂酸，這樣將改善木質粉料的聚集程度，從而降低材料熔體粘度，提高加工流動性。
?。?）注射成型的木塑樣條拼裝時托盤對各項力學性能的保證。如樣條與樣條之間的連接構件、連接方式等。
結束
語林業木質剩余物和廢棄塑料綜合利用是我國學術界近期研究的熱點之一，該問題的深入研究對托盤的開發以及生產具有重要的指導意義。以廢棄塑料為基體材料，以木質剩余物纖維作為增強材料的木塑復合材料托盤，產品綠色環保，可回收二次加工再利用，原材料資源豐富，價格低廉，托盤的綜合性能優于實木和塑料托盤。隨著對木塑托盤材料和產品性能研究的不斷深入，木塑復合材料托盤逐漸將成為托盤家族中的主力軍。
本文由 合肥木托盤 整理編輯。
摘要：在對目前國內外托盤材料和產品研究技術綜述的基礎上，比較木塑復合材料托盤與實木托盤、塑料托盤及鋼制托盤的使用性能及特點，論述木塑復合材料托盤的研制工藝和技術難點并指出，以廢棄塑料作為基體材料，以木質剩余物纖維作為增強材料，利用擠出方法制作的新型復合材料托盤將成為托盤家族的主力軍。
前言
托盤是機械化裝卸搬運的重要載體，是貨物倉儲、運輸的重要工具[1]。托盤與叉車能形成一個集裝運輸體系，將小型貨物或集裝箱按照一定的數量進行歸總。目前，這種與裝卸搬運機械化相適應的集裝器具已經成為各個行業不可缺少的重要工具。有關資料顯示，美國的托盤擁有總量約為15~20億個，人均占有7~8個；日本的托盤擁有總量已接近10億個，人均占有4~5個；韓國國內托盤擁有總量也非常大，人均占有個；澳大利亞、歐洲等國家和地區的托盤化運輸應用也非常廣泛。與國外相比，我國托盤應用水平差距很大，到2009年底，我國托盤擁有總量約1.7億個，人均略超出0.1個[2]。在我國加入WTO之后，我國進出口貿易量劇增，托盤供不應求，我國托盤行業面臨著巨大的挑戰。
在此背景下，研究利用木質剩余物和廢棄塑料資源，開發綠色環保、技術指標先進、具有自主知識產權的新材料托盤，一方面可以節約大量木材，使尚未得到充分利用的生物質和廢棄資源發揮較大效能；另一方面，研制出的新材料托盤對緩解我國經濟快速發展對托盤材料和數量的需求具有積極意義。
國內外托盤相關研究現狀
國外托盤研究情況
托盤作為一種機械化和單元化儲運工具從19世紀下半葉在歐美地區推行開始，距今已有百余年的歷史。國外學者對托盤做了大量研究，近期部分研究成果如下：
等人研究了不同材料木質復合材料托盤的較大承載力和靜應力，經過比較得出一種較大承載力和靜應力的托盤材料[3]。S.H.Masood和S.HaiderRizvi提出了一種利用木塑復合材料或瓦楞紙板復合物作為托盤材料的設計，并通過有限元分析得出了瓦楞紙板材料、木塑材料以及兩種材料復合的托盤設計方案[4]。JohnF.Hunt在經過研究托盤原材料來源、纖維長度、紙漿模塑材料性能等因素之間的關系后經過大量的實驗證明了長纖維比短纖維較容易形成纖維同向同面的優良結構，并計算出了材料的密度與彈性模量之間的回歸方程[5]。Brumbaugh.J分析得出了刨花尺寸大小對刨花板托盤性能的影響程度[6]。Walker分析了對托盤生命周期的影響因素。Heebink經過分析驗證，提出了頂鋪板在堆碼試驗中一種較簡單的計算方法[8]。E.GeorgeStern改進了對托盤剛度和較大承載能力的測試方法，該種改進方法相對于原方法更省時，較容易得出托盤的極限載荷[9]。Wallin在分析計算后得出了不同簡支條件下托盤的工作情況和各種應力對托盤的影響[10]。Urbanik提出了在一種簡支情況下托盤的剛度和應力的理論計算方法[11]。
國內托盤主要研究情況
我國代木托盤材料主要集中在竹木復合、以塑代木、紙木復合、以木代紙等方面的研究。
中國包裝科研測試中心徐煒峰通過揭示分析我國蜂窩紙式托盤所出現的問題，指出了影響蜂窩紙式托盤承載能力、力學性能、蜂窩紙式托盤質量的各種因素，并對蜂窩紙式托盤提出了改進意見[12]。浙江林學院劉曉紅、周魯兵對蜂窩板的結構及其物理性能進行了闡述，論證了蜂窩紙式托盤的生產工藝以及蜂窩板代替木材的可行性，并對生產過程中的相關問題提出了合理化建議[13]。吳海鳴介紹了寧波昌祺塑料有限公司所開發出的內置鋼管式塑料托盤，闡述了該專利能充分克服普通塑料托盤動載、靜載荷較低的缺陷[14]。大連輕工業學院的黃俊彥指出，紙木式托盤是一種無毒無害的高品質包裝運輸托盤。
與普通的木制托盤相比這種托盤具有成本低、強度高、質量高、防水、防潮、防蛀等特點[15]。南京林業大學的李玲、李大綱通過對竹木式托盤和普通膠合板式托盤的力學性能進行對比，指出在相同的情況下，普通膠合板式托盤所需要的厚度要比竹木式托盤厚得多。并且也得出了沿梁長度和寬度方向厚度和載荷之間的關系[16]。彭國勛對雙面鋪板托盤的強度和剛度校核以及托盤的受力進行了相關的分析，并對托盤制作工藝以及托盤的質量性能提出了自己的觀點[17]。
木塑復合材料托盤
木塑復合材料托盤與其他性能托盤比較
木塑復合材料托盤與實木托盤比較。木材是利用較早的托盤材料之一，也是世界上較常用的托盤材料，約占市場份額86%。但是，面對我國這樣一個森林資源缺乏的國家，市場有86%的托盤是實木托盤，這是極為不合理的。據統計，一棵成年樹僅能制作6個實木托盤，而這些實木托盤的壽命大約是1年，可見實木托盤對森林資源造成很大影響。相比之下，木塑復合材料托盤具有十分明顯的優勢：
（1）木塑復合材料托盤所用的原材料是木質剩余物和廢棄的塑料，這樣既可以廢物利用，同時也使生態環境免受破壞。
?。?）實木托盤具有消耗木材、傳播蟲害等弊端。許多國家對木質包裝制品的進出口進行了限制或禁用。歐美等一些國家曾因天牛問題對我國木質包裝制品實施抵制政策。而木塑復合材料托盤就不存在這個問題，由于木塑托盤擠出時需要一定的溫度，而這溫度足以把蟲卵給消滅掉，從而解決后顧之憂。
?。?）實木托盤由于蟲卵等問題需要對實木托盤進行熏蒸處理，因此每個托盤需要增加10元的成本。相比之下，木塑復合材料托盤質優價廉，性價比高。
因此，木塑復合材料托盤取代實木托盤已成了一種必然趨勢。
木塑復合材料托盤與塑料托盤比較
目前，國內使用較多的是實木托盤和塑料托盤，分別占86%和13%。而且很多具有采購托盤意向的企業也把目光投向了塑料托盤。但是，塑料托盤原材料價格居高不下也是各個托盤制造企業不得不面臨的問題之一，石油價格居高不下，即便在低油價時塑料托盤的平均成本也為90元/個，遠高于木塑復合材料托盤。此外，塑料托盤模具開發成本較高，也是各個托盤制造企業不得不面臨的一個問題之一。與塑料托盤相比，在相同承載能力的條件下，木塑復合材料原料價格低廉且來源廣闊，模具開發成本較低且可連續生產，大大降低了生產成本。
木塑復合材料托盤與鋼制托盤比較。
鋼制托盤由于自身的材質原因，使得其重量很重，同時由于鋼制托盤在潮濕的環境中容易生銹，這點也對鋼制托盤的批量生產帶來了限制。
為了擴大鋼制托盤的使用范圍，目前市場上出現了以Q195熱鍍鋅帶鋼為原料的輕鋼托盤。表1為木塑復合材料托盤與輕鋼托盤的比較。
木塑復合材料托盤制作工藝與技術
工藝過程
（1）主要原料與助劑。木粉：經過篩分干燥處理后的目左右的木粉;廢棄塑料：基本成分為聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）等;助劑：偶聯劑、膠黏劑、防水劑、脫模劑、阻燃劑、抗氧劑、增韌劑等。
（2）主要設備。生產制作木塑復合材料托盤的主要設備有電熱真空干燥箱、電熱鼓風干燥箱、高速混合機、雙螺桿擠出機、注塑機等。
?。?）生產工藝。將處理后的木粉、廢舊塑料與粘結劑、防水劑、脫模劑、阻燃劑、氧化劑、增韌劑等用高速混合機按照一定的比例進行混合。將混合后的混料放入雙螺桿擠出機擠出造粒，隨后注射機注射樣條，將注射而成的樣條進行組裝成成型托盤。具體工藝流程如圖1所示。
生產工藝關鍵問題。木塑復合材料托盤的制備技術的關鍵之處是保證木粉的高填充量以達到托盤有較高使用性能的同時有較低的成本。在木粉的高填充量的前提下保證廢舊塑料有較高的滲透性和流動性，促使木粉與塑料具有較好的界面相容性，使之復合。綜上必須解決以下問題[18]：
?。?）為了保證木塑復合材料托盤的機械性能，必須采用合適種類的木質粉料。如果木質粉料含有較高的脂性，則應該對木質粉料進行皂化處理，較常用的方法是將木質粉料浸泡在溶液中，隨后水洗、中和、干燥。
（2）為了保證木塑復合材料托盤中木粉與塑料的緊湊性，木質填料的粒徑大小必須控制在一定的范圍之內。這樣雖然有較高的填充量，但是并不表現出很大的體積。一般木質粉料的粒徑大小控制在20~80目范圍內，這樣可以很好地將木質粉料與廢舊塑料浸潤。同時，為了保證擠出成型均勻性，木塑復合材料托盤具有較高的機械性能，所有原料的含水率必須控制在2%以下。如果所加的木質粉料的含水率在2%以上，導致然后制品產生氣泡，機械性能下降。
?。?）保證木質粉料與塑料的界面相容性。木質粉料是極性物質，其成份約有50%為纖維素，而纖維素中含有大量的羥基，這些羥基使木質粉料具有較高的吸水性。相反，塑料是非極性的，具有很強的疏水性。因此，二者的相容性差，界面粘結力很小，極容易導致木塑制品的各向性能變差。為了提高木塑之間的界面相容性，可以在木質粉料中加入1%~10%的鈦酸酯偶聯劑或聚丙烯酸酯偶聯劑。
（4）由于木塑復合材料是擠出成型，因此復合材料的熔體粘度對木塑制品的性能有著非常重要的影響。木質粉料以團聚的狀態包圍在塑料周圍，隨著木質粉料的增加，復合材料的熔體粘度將會越來越高，這樣將會導致加工流動性下降。為了改善這一情況，可以加入適量的硬脂酸，這樣將改善木質粉料的聚集程度，從而降低材料熔體粘度，提高加工流動性。
?。?）注射成型的木塑樣條拼裝時托盤對各項力學性能的保證。如樣條與樣條之間的連接構件、連接方式等。
結束
語林業木質剩余物和廢棄塑料綜合利用是我國學術界近期研究的熱點之一，該問題的深入研究對托盤的開發以及生產具有重要的指導意義。以廢棄塑料為基體材料，以木質剩余物纖維作為增強材料的木塑復合材料托盤，產品綠色環保，可回收二次加工再利用，原材料資源豐富，價格低廉，托盤的綜合性能優于實木和塑料托盤。隨著對木塑托盤材料和產品性能研究的不斷深入，木塑復合材料托盤逐漸將成為托盤家族中的主力軍。
本文由 合肥木托盤 整理編輯。
- 上一個：竹質通用平托盤的制作工藝流程
