木塑復(fù)合材料概述

1、木塑復(fù)合材料摘 要：木塑復(fù)合材料具有比單獨(dú)的木質(zhì)材料和塑料產(chǎn)品更優(yōu)異的品質(zhì)，是實(shí)木的理想替代品，它的出現(xiàn)可以減少?gòu)U棄木料和塑料對(duì)環(huán)境的污染，也適應(yīng)現(xiàn)代材料復(fù)合化發(fā)展的規(guī)律。本文介紹了木塑復(fù)合材料的定義、特點(diǎn)、加工工藝、分類(lèi)和應(yīng)用以及未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，并對(duì)木塑復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，充分肯定了發(fā)展木塑復(fù)合材料的必要性和可行性。 關(guān)鍵詞：木塑；性能；加工工藝；分類(lèi)；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì) 隨著森林資源的減少，木材供應(yīng)量逐漸下降，已不能滿足人們的生產(chǎn)生活需要。同時(shí)，塑料制品廢舊物的處理也日益成為一個(gè)急待解決的環(huán)境問(wèn)題。一種新型材料木塑復(fù)合材料成為木材的理想代用品。木塑復(fù)合材料系使用木粉或植物纖維超高份額填

2、充熱塑性塑料樹(shù)脂或熱塑性塑料再生料，添加部分相關(guān)改性劑，經(jīng)擠出成型為板材、型材、管材而成。此類(lèi)產(chǎn)品可替代相應(yīng)木制品，人們由此可節(jié)約大量的森林資源，處理掉大量的廢舊塑料及木材加工中產(chǎn)生的廢棄木粉，故可大大有利于保護(hù)并改善生態(tài)環(huán)境，是符合2l世紀(jì)發(fā)展方向的環(huán)保型化工新材料。1 木塑復(fù)合材料定義及特點(diǎn) 1.1 木塑復(fù)合材料的定義 木塑復(fù)合材料是以鋸末、木屑、竹屑、稻殼、麥秸、谷糠、大豆皮、花生殼、甘蔗渣、棉秸桿等初級(jí)生物質(zhì)材料為主原料，利用高分子界面化學(xué)原理和塑料填充改性的特點(diǎn)，配混一定比例的塑料基料，經(jīng)特殊工藝處理后加工成型的一種可逆性循環(huán)利用、涵蓋面廣、產(chǎn)品種類(lèi)多、形態(tài)結(jié)構(gòu)多樣的基礎(chǔ)性材料，目前

3、國(guó)內(nèi)外對(duì)此稱(chēng)謂不一，也有將其稱(chēng)之為：塑木、環(huán)保木、科技木、再生木、聚合木、聚保木、塑美木或保利木，英文名稱(chēng)：Wood-Plastic Composites,縮寫(xiě)為WPC。一般說(shuō)來(lái)，以生物質(zhì)材料為基添加一定比例的塑料原料制成的材料，或以塑料原料為基添加一定比例的生物質(zhì)材料制成的材料，均可稱(chēng)為木塑復(fù)合材料。1.2 木塑復(fù)合材料的特點(diǎn)：(1)原料資源化，其生物質(zhì)材料部分基本分為廢棄物利用，來(lái)源廣泛，價(jià)值低廉；塑料組分要求不高，新、舊料或混合料均可，充分體現(xiàn)了資源的綜合利用和有效利用；(2)產(chǎn)品可塑化，木塑產(chǎn)品為人工整體合成制品，可根據(jù)使用要求隨機(jī)調(diào)整產(chǎn)品工藝和配方，從而生產(chǎn)出不同性能和形狀的材料，其

4、型材利用率接近100%；(3)應(yīng)用環(huán)?；?，木塑材料的木/塑基料及其常用助劑均環(huán)保安全，無(wú)毒無(wú)害，其生產(chǎn)加工過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生副作用，故對(duì)人體和環(huán)境均不構(gòu)成任何危害；(4)成本經(jīng)濟(jì)化，即木塑制品實(shí)現(xiàn)了低價(jià)值材料向高附加值產(chǎn)品的轉(zhuǎn)移，不僅維護(hù)費(fèi)用極低，而且產(chǎn)品壽命數(shù)倍于普通天然木材，綜合比較具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)；(5)回收再生化，即木塑材料的報(bào)廢產(chǎn)品及回收廢品均可100%的再生利用，且不會(huì)影響產(chǎn)品使用性能，能夠真正實(shí)現(xiàn)“減量化、再生化、資源化”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。2 木塑制品的性能木塑制品可代木、節(jié)木，具有保護(hù)森林資源、維護(hù)生態(tài)平衡的功能，具有傳統(tǒng)木材所不及的優(yōu)良性能。主要體現(xiàn)在：(1)無(wú)木材制品的缺陷，

5、如木節(jié)疤、斜紋理、腐朽等。(2)木塑制品是均質(zhì)性材料，不存在順紋、橫紋的異向力學(xué)性能和徑向、弦向的不同收縮率。(3) 木塑制品無(wú)論是壓制、擠壓、注射成型，只要有定型的模具和容樣器即能一次成型。無(wú)加工剩余物，最有效地利用原材料且加工效率高。(4) 制品表面光滑、平整、堅(jiān)固，并可壓制出立體圖案和其它要求形狀，不像木材還需復(fù)雜的二次加工。(5)加入各種著色劑或覆膜，能制得色彩絢麗的各種制品。(6)木塑制品的抗水性、抗蟲(chóng)蛀性、防腐性和抗污染性遠(yuǎn)優(yōu)于木材制品。采用低品質(zhì)的木材能制成具有優(yōu)質(zhì)木材性能的制品。3 木塑制品的制備技術(shù)31壓制成型工藝 壓制成型這種成型方法是直接把物料送入到模具中，然后利用油壓機(jī)

6、壓制成型，它分為冷料熱壓和熱料冷壓兩種形式。冷料熱壓是將冷的粒料加入到模具中，然后對(duì)物料進(jìn)行加熱、加壓，使之充滿整個(gè)模具型腔，最后進(jìn)行冷卻定型；熱料冷壓是將擠出機(jī)擠出的熔融物料迅速送入模具中壓制成型。32擠出成型工藝擠出成型先將物料預(yù)處理，然后利用單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)對(duì)物料進(jìn)行混煉，最后通過(guò)機(jī)頭將物料擠出成型。擠出成型方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，是目前加工木塑復(fù)合材料最主要的方法。擠出成型主要有一步法和多步法兩種。33注射成型工藝 注射成型將經(jīng)過(guò)干燥和表面處理的木粉與基體樹(shù)脂置于高速混合機(jī)中，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾笞⑸涑尚?；或者攪拌混合后再用單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)造粒后再注射成型，這兩種方法分別稱(chēng)為一步法和

7、兩步法，如圖1所示。一步法可省去造粒工序，但對(duì)設(shè)備的要求較高；兩步法的造粒過(guò)程對(duì)物料進(jìn)行了二次混合，提高了木粉在樹(shù)脂基體中的分散性，而且造粒后再注射成型的方法加料較為容易，但是會(huì)使整個(gè)工藝過(guò)程比較復(fù)雜。 圖1 一步法和兩步法注射成型木塑復(fù)合材料工藝流程4 木塑材料的分類(lèi)國(guó)內(nèi)木塑主要的材料分為PE木塑和PVC木塑兩大類(lèi)。（1）PE木塑 PE木塑的優(yōu)點(diǎn)： PE木塑材料有優(yōu)秀的防水性和防腐性，硬度高，受熱易變型屈曲，但采用加厚或多孔空心結(jié)構(gòu)效果好。 PE木塑的缺點(diǎn)：1.產(chǎn)品室外運(yùn)用生存的年限有限；現(xiàn)用3-5年；2.抗氧化和抗光分解能力較差，就算加入抗氧氣劑和UV借鑒劑，效果也不太理想，還會(huì)影響產(chǎn)品強(qiáng)

8、度和色牢度；3.產(chǎn)品外表顏色純一，沒(méi)有木質(zhì)感，外觀效果較差。（2）PVC木塑 PVC木塑的優(yōu)點(diǎn)：1.PVC木塑產(chǎn)品可以用新料，也可以用舊料做（而PE用新料做則成本太高，產(chǎn)品沒(méi)有辦法走進(jìn)市場(chǎng)），改性也較容易，補(bǔ)充的量看產(chǎn)質(zhì)量量而定；2. PVC可以做成低發(fā)泡的木塑產(chǎn)品，這樣成本更低，認(rèn)為合適可使用共擠形式（雙料兒多料共擠或鋼塑共擠），強(qiáng)度和木紋感都不錯(cuò)；3.PVC可以二次加工 多樣外表紋飾或油漆涵蓋UV漆，產(chǎn)品好看且色牢度好；4. PVC木塑制品的防水防腐性也一樣優(yōu)良。PE木塑和PVC木塑的差別制法不同：PE木塑產(chǎn)品的制備主要采取冷推法；PVC木塑產(chǎn)品的制備可分真空成型、冷推法和三輥遏抑。原料不

9、同：PE木塑的材料主要是二、三級(jí)PE回收料加木粉、鈣粉和少量改性劑。制造PVC木塑的材料主要是PVC樹(shù)脂粉、PVC回收料、木粉、石粉和部分改性劑等等。性能不同：PE木塑產(chǎn)品重，硬度高、脆性大、蠕變也大。PVC木塑產(chǎn)品重量輕、硬度差、韌性好、有蠕變，沒(méi)有PE木塑產(chǎn)品大。用途不同：PE木塑的產(chǎn)品主要是以室外園林建設(shè)為主，綠可木如護(hù)欄、地板、垃圾桶、花池，托盤(pán)等等。 PVC木塑產(chǎn)品主要是室內(nèi)一點(diǎn)扮飾料，如門(mén)、地板、踢腳線，門(mén)套等等。木塑材料還有一個(gè)較好的門(mén)類(lèi)ABS木塑，ABS木塑產(chǎn)品易加工、強(qiáng)度好，也可以做木紋效果，好看不易損壞。5 木塑復(fù)合材料的加工工藝木塑復(fù)合材料加工技術(shù)是依據(jù)廢舊塑料復(fù)合再生工

10、藝原理，以廢棄的各種密度的塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及聚丙纖維、聚酯纖維、玻璃纖維等)和木粉(或鋸末、花生殼、椰子殼、甘蔗、亞麻等)為主要原料，通過(guò)增容共混工藝生產(chǎn)代木型材的實(shí)用技術(shù)。其工藝流程如圖1所示。由圖2可看出，木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝大致可分成兩大類(lèi)，一類(lèi)是利用模壓技術(shù)直接加工成各種形狀的終極產(chǎn)品(以板狀居多)，另一類(lèi)則是采用熱攪拌技術(shù)加工成顆粒狀的半成品，作為塑料加工的原料待用。經(jīng)過(guò)加熱熔融，通過(guò)各種塑料成形加工手段加工比較復(fù)雜的產(chǎn)品。 圖2 木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝流程6 木塑復(fù)合材料的助劑 由于木質(zhì)材料加工成木粉后具有較強(qiáng)的吸水性，且極性很強(qiáng)，而熱塑性塑料多數(shù)為非

11、極性的，具有疏水性，所以兩者之間的相容性極差，界面的粘結(jié)力較小，常常需要添加適當(dāng)?shù)闹鷦﹣?lái)改變木粉與樹(shù)脂的表面狀態(tài)，以提高木粉與樹(shù)脂的界面親和能力。而且，高填充量的木粉在熔融的熱塑性塑料中分散效果較差，常會(huì)以某種聚集狀態(tài)的形式存在，使得熔體流動(dòng)性差，易造成成型時(shí)的困難，這也需要加入表面處理劑來(lái)改善流動(dòng)性以利于材料成型。同時(shí)，塑料基體也需要加入各種助劑來(lái)改善其加工性能機(jī)器成品的使用性能，用以提高木粉和聚合物之間的結(jié)合力以及強(qiáng)化復(fù)合材料的機(jī)械性能。 經(jīng)常使用的木塑制品助劑有以下幾種：增塑劑，用以克服高分子材料復(fù)合時(shí)加工的困難，改善其加工性能；偶聯(lián)劑，能使塑料與木粉表面之間產(chǎn)生強(qiáng)的界面結(jié)合；同時(shí)能降低

12、木粉的吸水性，提高木粉與塑料的相容性及分散性；潤(rùn)滑劑，用來(lái)改善加工熔體的流動(dòng)性和擠出制品的表面質(zhì)量；著色劑，它能使木塑制品有均勻穩(wěn)定的顏色，且使腿色速度減緩；防菌劑，使復(fù)合材料制品保持良好的外觀和完美的性能；紫外線穩(wěn)定劑，消減紫外線的輻射影響，能使復(fù)合材料中的聚合物不發(fā)生降解或減弱材料力學(xué)性能的下降；發(fā)泡劑，使制品產(chǎn)生良好的泡孔結(jié)構(gòu)，從而提高材料的抗沖擊性能和延展性，且大大降低制品的密度； 此外還有分散劑、抗氧劑、填充劑和交聯(lián)劑等等。 采用不同的加工方式，所用的助劑也有所不同。但木塑常用的各種助劑均屬于對(duì)人體和環(huán)境無(wú)毒無(wú)害的材料。6 木塑復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)6.1木塑復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)（1）防水、防潮

13、。根本解決了木質(zhì)產(chǎn)品對(duì)潮濕和多水環(huán)境中吸水受潮后容易腐爛、膨脹變形的問(wèn)題，可以使用到傳統(tǒng)木制品不能應(yīng)用的環(huán)境中。 （2）防蟲(chóng)、防白蟻，有效杜絕蟲(chóng)類(lèi)騷擾，延長(zhǎng)使用壽命。 （3）多姿多彩，可供選擇的顏色眾多。既具有天然木質(zhì)感和木質(zhì)紋理，又可以根據(jù)自己的個(gè)性來(lái)定制需要的顏色 （4）可塑性強(qiáng)，能非常簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)個(gè)性化造型，充分體現(xiàn)個(gè)性風(fēng)格。 （5）高環(huán)保性、無(wú)污染、無(wú)公害、可循環(huán)利用。產(chǎn)品不含苯物質(zhì)，甲醛含量為0.2，低于EO級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為歐洲定級(jí)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可循環(huán)利用大大節(jié)約了木材使用量，適合可持續(xù)發(fā)展的國(guó)策，造福社會(huì)。 （6）高防火性。能有效阻燃，防火等級(jí)達(dá)到B1級(jí)，遇火自熄，不產(chǎn)生任何有毒氣體。 （7）

14、可加工性好，可訂、可刨、可鋸、可鉆、表面可上漆。 （8）安裝簡(jiǎn)單，施工便捷，不需要繁雜的施工工藝，節(jié)省安裝時(shí)間和費(fèi)用。 （9）不龜裂，不膨脹，不變形，無(wú)需維修與養(yǎng)護(hù)，便于清潔，節(jié)省后期維修和保養(yǎng)費(fèi)用。 （10）吸音效果好，節(jié)能性好，使室內(nèi)節(jié)能高達(dá)30%以上。6.2木塑復(fù)合材料的缺點(diǎn)（1) 密度高，通常為木材的24倍；（2) 產(chǎn)品的安裝費(fèi)用相對(duì)較高(由于復(fù)合材料的密度較大，在組裝時(shí)需要使用射釘槍或自攻螺釘)；（3) 耐熱性和耐紫外線能力較差；（4) 制品抗沖擊性能差，脆性大，易損壞斷裂。6 木塑制品的應(yīng)用國(guó)內(nèi)外目前主要利用木塑制品的性能優(yōu)點(diǎn)，擠出成型為型材或板材，替代木材和塑料，也有經(jīng)過(guò)注射成型

15、成小型的裝飾制件。(1) 建筑結(jié)構(gòu)材料：室內(nèi)外各種鋪板、柵欄、護(hù)墻板、天花板、壁板、門(mén)窗框、高速公路隔音板、海邊鋪地板、建筑模板、防潮隔板、樓梯板、扶手、站臺(tái)及路板等；(2) 汽車(chē)上應(yīng)用：門(mén)內(nèi)裝飾板、底板、備用輪罩、坐椅靠背、儀表板、扶手、手套箱、后架、座位底座、頂板、行李廂邊框裝飾條、頭枕插件等；(3) 物流方面的應(yīng)用：各種托盤(pán)，尤其是特殊規(guī)格的托盤(pán)、倉(cāng)庫(kù)鋪墊板、包裝箱、玻璃運(yùn)輸貨架等；(4) 園林方面應(yīng)用：室外桌椅、庭院扶手及裝飾板、花箱、露天鋪地板、廢物箱等；(5) 室內(nèi)裝潢方面應(yīng)用：各種裝飾條、裝飾板、鏡框條、窗簾桿、窗簾圈及裝飾件、活動(dòng)百葉窗等；(6) 其他：船艙隔板、儲(chǔ)存箱、活動(dòng)架等。6 木塑制品的技術(shù)發(fā)展 近年來(lái)，木塑制品的技術(shù)進(jìn)展有5個(gè)特點(diǎn)：(1) 單組分再生料向多組分再生料方向發(fā)展，使回收的多組分廢舊塑料(PE、PP、PVC、ABS等)只需初步清洗，加入特殊增粘劑及相融劑即可進(jìn)行木塑產(chǎn)品的擠出。(2) 從單螺桿向雙螺桿方向發(fā)展，專(zhuān)用設(shè)備的開(kāi)發(fā)，從單螺桿向雙螺桿方向發(fā)展，由水冷成型擠出向空氣冷卻成型擠出發(fā)展。(3) 完善專(zhuān)用模具和特殊成型技術(shù)，木粉的超高添加量使擠出物料流動(dòng)性差且不易冷卻，傳統(tǒng)的模具和定型設(shè)備將無(wú)法滿足產(chǎn)品的需要。(4) 木粉份數(shù)由低份數(shù)(50份以下)向高份數(shù)(100份以上)發(fā)展，木粉份數(shù)甚至向200份以上的添加