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1、木塑复合材料研发创新不停步——新鲜应用层出不穷木塑复合材料研发创新不停步——新鲜应用层出不穷 作为以木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料,木塑复合材料(wood plastics composites,简称WPC)兼有木材和塑料的成本和性能的优点,通过挤出或注射成型,制成型材、板材或其他制品用以替代木材和塑料. 人们环境意识的加强是发展木塑复合材料的直接动力所在.以往废木屑、边角料都是通燃烧或作为固体垃圾处理,一方面浪费了资源,另一方面也产生温室气体.只有过对地球有限资源的合理利用,减少原始木材用量,保护珍贵的森林资源. 日本
2、、韩国等资源不十分丰富的国家的纸、木材加工厂急切地寻找着锯木粉、废木屑的应用,而美国的建筑业也在寻找一种不腐蚀、不翘曲、维修方便,外观与木材相似的木材料的替代材料,这些都推动和加速了木塑材料的研究和应用开发,使几十年前少量应用于低值吸声制品的木纤维塑料配混材料得以迅速发展,新鲜应用层出不穷. 木塑材料中采用的木纤维主要包括废木粉、刨花、锯木,植物纤维为粉碎处理过的稻杆、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、泽麻、黄麻、大麻等;热塑性塑料主要为PE、PP、PS等聚烯烃和PVC,包括新料、回收料和二者混合料.木纤维和植物纤维最初作为低成本、提高塑料刚性的改性
3、填充材料.木纤维和植物纤维来源丰富、价廉、质轻,对设备磨损小,尺寸稳定性良好,电绝缘性优,无毒,可反复加工,能生物降解. 我国作为一个林业资源贫乏的国家,人均森林蓄积量不足10立方米,人均木材消耗水平不足0.22立方米/年,但我国的木材消耗量却急剧上升,不得不从国外进口大量木材.另一方面,我国每年由于木材加工余下的废弃木粉量在几百万吨以上,其他天然纤维如稻糠等的产量上千万吨.从这个角度而言,木塑材料的开发将有助于有效开发和利用这些资源,前景十分可观. 木塑材料主要特点 木塑材料兼具了许多木材和塑料性能特点,包括: 制成品使用寿命长
4、,具有类似木质外观,而且硬度比塑料高; 具有优良的物理化学特性,比木材尺寸稳定性好,不会产生裂缝、翘曲、无木材节疤、斜纹,可加入着色剂、覆膜或复合表层可制成各种制品; 具有热塑性塑料的加工性,容易成型; 具有类似木材的二次加工性,可切割、粘接,可用钉子或螺栓连接固定,可涂漆.产品规格形状可根据用户要求调整,灵活性大; 耐老化、耐腐蚀、吸水性小,不会吸湿变,形小; 能够重复使用和回收再利用; 当然,木塑材料与塑料母体树脂相比,韧性有所下降.另外,加工设备、下游装置、模具均需作相应调整和改造. 木塑复合材料生产工艺 最
5、初,木塑复合材料采用混炼工艺生产,再热压(或发泡压制)成平板或模压成型材.木塑复合材料的生产工艺主要以挤出成型为主,也有一部分产品采用注射成型工艺.目前,主要的加工设备为双螺杆挤出机,物料在加工中停留时间比较窄,使木塑材料的加工热历史尽可能相近.而双螺杆挤出机又可分为同向平行双螺杆挤出机和异向锥型双螺杆挤出机. 世界木塑制品最大的应用装饰板的生产,采用的挤出成型包括两种主工艺:现先配混成中间塑木粒料,然后再经单螺杆挤出机加工成制品;或者,不经过造粒阶段,配混和挤出型材/板材在一组设备内连续完成. 木塑材料制造工艺对木塑制品的性能有很大影响
6、.如果加工工艺不当,会致使纤维分散和浸润效果不佳;而过分配混则会严重破损纤维,降低木塑制品力学性能.另外,木塑材料制造过程中,还要防止过分剪切或高温产生糊料、烧焦等问题,以及对一步法连续工艺中的脱挥(主要脱水)控制,脱挥控制不当将影响工艺的连续性,并使产品因有气泡而使性能大幅降低. 近年来,随着微发泡技术等新技术的发展,注射成型在木塑复合材料的成型中也得到了迅速发展. 研发创新不停步 对木塑材料进行伽玛照射 虽然对于未填补树脂进行伽玛照射处理已得到相当广泛,但由于种种原因,其在木塑材料上的应用只是近几年被一些科学文献提及.最近,德国
7、Beta Gamma Service公司(BGS)积极研制及推广一种使用伽玛照射改善木塑复合材料的性能的新技术.据称经过伽玛照射,木塑材料的弹性、硬度、耐水性等性能均有改善. 与目前涉及原材料处理的工艺不同,它被用于注射成型或挤出成型后的产品. 冻融可使木塑材料的机械性能下降 木塑材料的户外耐久性得到广泛赞誉,但长期测试报告依然显示了它在之方面的不足.对于耐久性一个特别威胁是温度的变化.过去,人们以为冬季室外条件,如冻融循环不会对木塑复合材造成损害(冻结解冻周期通常被视为吸收水分,而后是所吸收水分的冻结和融化). 密西根大学Jean
8、nette M Pilarski和Laurent M Matuana将PVC和聚烯烃木塑材料拿到实验室试验.
