目前门窗用型材的主要材质为铝合金和聚氯乙烯(PVC),这两种材质的门窗以其各自的性能优势占据着80%以上的市场份额。然而随着环保意识的提高,人们逐渐对这两种材料有了不同的认识,铝型材生产过程中的高耗能、高污染,PVC型材废弃后的处理污染等问题几乎已成为人人皆知的事实。用实木制造门窗的历史最为悠久,也最为环保,但木材资源的缺乏造成了实木门窗的成本过高,不适用于大众消费。而另一方面,聚烯烃基木塑复合材料以其优良的物理性能,特别是优异的环保特性,迅速在户外用建筑装饰材料市场上占领了主导地位,然而聚烯烃木塑的高附加值产品较少也成为制约其进一步发展的瓶颈问题。本论文结合聚烯烃木塑复合材料行业发展需求和门窗材料的上述问题,提出采用聚烯烃木塑复合材料制备门窗型材,对关键技术问题进行了重点研究。木纤维的定向制备与气流干燥脱挥处理。针对门窗型材所要求的较高的刚度和冲击韧性,从原料生物质纤维的制备和预处理入手,以提升木塑复合材料这两方面的性能。进行了木纤维的干法定向制备和气流干燥与脱挥处理,根据所制备的木塑复合材料性能测试发现,与普通木粉相比,木纤维增强的高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的弯曲、拉伸和冲击强度均有提高。当木粉含量为60%时的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度可分别提高12.7%、25.5%和65.3%。经过气流干燥和脱挥处理后,木纤维的抽提物含量明显下降,处理温度越高,下降幅度越大,处理温度达到240℃时,抽提物含量比初始降低了 32%左右。用处理后的木纤维制备的HDPE基木塑力学性能有改善,其中冲击强度的改善最为明显,达到了 13.3kJ/m2。以上实验结果证实了干法木纤维在制备高性能木塑复合材料方面存在的优势。木纤维/聚烯烃复合材料挤出工艺的探索与材性分析。对木纤维/聚烯烃复合材料的挤出加工配方、挤出工艺进行了探索和优化,对材性进行了分析。通过正交试验和方差分析等方法取得了材料的基础优化配方。以聚丙烯(PP)基木塑为例,最优配方为木粉添加量为60份,PP塑料36份,马来酸酐接枝聚丙烯4份,润滑剂3份,滑石粉5份。验证实验表明,最优配方的力学性能和挤出速度在实验范围内达到较高的水平。考察了挤出成型过程中模具温度对木纤维/聚烯烃复合材料成型效果和力学性能的影响,发现模具温度对HDPE基木塑的成型性影响较小,适宜的挤出模具温度为170±5℃;而对含有PP的木塑成型影响很大,即PP基木塑的成型温度范围很窄,比较适宜的模具成型温度为175±3℃。此外,模具温度对复合材料的力学强度也有影响,而最根本的原因是模具温度的变化引起了材料结晶行为的改变。根据窗户型材的使用特点,着重分析了材料在不同温度环境下的尺寸变化和力学行为规律。结果表明纤纤维含量为60%的木纤维/聚烯烃复合材料经过80℃处理一段时间后,使木塑复合材料的加工应力得到释放,恢复常温时尺寸比初始值缩小了约0.05%。复合材料的各项力学性能均与温度呈线性负相关关系;而材料的X射线衍射仪(XRD)分析结果表明,-10℃至80℃范围内的温度变化对PP基木塑的结晶行为无明显影响,对HDPE基木塑则影响明显。木塑窗型材的截面设计与挤出工艺熟化。选择标准要求最严格的建筑外窗为对象,在设定的使用环境下对建筑外窗型材的截面进行了设计,并针对窗户比较重要的隔热和抗风压性能进行了计算验证,确定计算结果符合设定的环境要求后,加工了挤出模具,并在中试设备上进行了挤出试验。中试挤出过程中发现所设计的型材成型尺寸与设计尺寸有偏差,特别是传动锁闭器槽的尺寸和密封胶条槽的尺寸偏差对后期安装影响较大;通过对型材进行的检测分析发现,型材的抗冲击性能较低。因此,对设计的窗户型材截面进行了设计改进,增加加强肋和调整锁闭器槽及密封胶条槽的尺寸。另外,在外侧增加了铝合金扣板以提高抗老化性能。木塑窗的组装与整窗性能检测。对改进后的型材模具进行了连续挤出试验,在保证成型的前提下,截面形状最复杂的窗扇型材可以保持1.1m/min的稳定挤出速度,而压条型材最高挤出速度可达1.7m/min。采用中试挤出的型材进行窗户组装,并测试了整窗的性能,结果显示所制备的木塑窗达到了建筑外窗的相关要求,其中气密性达到8级、水密性3级、抗风压性能6级、隔热性能5级、隔声性能5级。木纤维/聚烯烃复合门窗型材的可循环加工性研究。根据窗户型材的配方,对木纤维增强的HDPE和PP复合材料进行了 7次循环挤出加工,分析了力学性能、微观结构、结晶性、流变性、热性能和耐水性等性能的变化,并考察了添加抗氧剂1010对复合材料性能的影响。结果表明,随着加工次数的增加,HDPE木塑拉伸和弯曲强度先升高后下降,第7次加工完后,比第1次分别降低了 24%和20%左右,而冲击强度一直呈下降趋势,且下降幅度比较大,最终比初始下降了 30%左右,抗氧剂1010并没有对HDPE木塑起到很好的保护作用。随着加工次数的增多HDPE木塑的耐水性提高,SEM显示木粉的尺寸减小,在基体中分散趋于均匀。而PP木塑的力学性能随着加工次数的增加一直呈下降趋势,抗氧剂1010对其保护作用比较明显。耐热性测试显示,在多次循环加工后,两种材料的耐热性能均比初始下降。