塑木復合材料(WPC)是采用木纖維或植物纖維以各種不同的形態(tài)作為增強材料或填料,經(jīng)過預處理后使之與熱塑性樹脂(PP、PE、PVC等)或其他材料復合而成的一種新型環(huán)保復合型材料。
塑木復合材料及其產(chǎn)品兼?zhèn)淠静呐c塑料的雙重特性,木質(zhì)感強,可根據(jù)需要制造出不同顏色,具有許多木材所沒有的特性:機械性能高,質(zhì)輕、防潮、耐酸堿和便于清洗等,同時也克服了木質(zhì)材料吸水率高、易形變開裂、易被蟲蛀霉變的缺點。
市場現(xiàn)狀
在國家循環(huán)經(jīng)濟政策的鼓勵和企業(yè)潛在效益需求的雙重推動下全國性“塑木熱”逐漸興起。據(jù)不完全統(tǒng)計,2006年國內(nèi)直接或間接從事塑木研發(fā)、生產(chǎn)和配套的企事業(yè)單位已逾150家。塑木企業(yè)集中分布在珠三角和長三角地區(qū),東部遠遠超過中西部。東部個別企業(yè)工藝水平較為領(lǐng)先,南方企業(yè)則占有產(chǎn)品數(shù)量和巿場的絕對優(yōu)勢。
現(xiàn)有從業(yè)人員數(shù)萬人,塑木制品年產(chǎn)銷量接近10萬噸,年產(chǎn)值約12億元人民幣。行業(yè)內(nèi)主要技術(shù)代表企業(yè)的試驗樣品已達到或超過國際先進水平。 由于塑木材料符合中國“建設資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會”、“可持續(xù)發(fā)展”的產(chǎn)業(yè)政策,一出現(xiàn)就得到了快速發(fā)展。現(xiàn)在已經(jīng)滲入到建筑、運輸、家具和包裝等領(lǐng)域,輻射面和影響力正在逐年擴大。
中國的天然木材資源日益減少,木質(zhì)制品的巿場需求量卻與日俱增。巨大的巿場需求和技術(shù)突破必然會不斷拓寬塑木材料的巿場。從巿場需求角度分析,塑木最有可能在建筑材料、戶外設施、物流運輸、交通設施、家居用品等領(lǐng)域開始規(guī)模性拓展。
存在問題
中國的塑木復合材料制品種類單一、附加值低,以托盤、鋪墊板等中低檔產(chǎn)品為主。與美國、歐洲及日本相比,中國在塑木復合材料方面的研究還有很大的差距,而這種差距是由多種因素如原料、設備、加工工藝等的極大差異綜合影響造成的。
原料
目前用于制造塑木復合材料的基體樹脂,主要為PE、PVC、PP、PS等,由于新的原料成本過高,一般采用廢舊、回收塑料代替。中國回收塑料缺少嚴格的分揀、檢測手段,易造成選定的塑料廢料品種中混入少量其他塑料廢料,無法細分。廢舊木質(zhì)材料中也可能不是單一木材,導致廢料因成份復雜質(zhì)量難以保證。此外,目前對木質(zhì)材料的選擇、處理與最終制品性能之間的關(guān)系也還缺乏系統(tǒng)研究。
加工設備
由于受到金屬材料性能、加工精度、設備制造成本以及巿場價格等等的限制,目前國內(nèi)塑木加工設備還存在一定問題,例如加工產(chǎn)量普遍不高、螺桿使用壽命不長、排氣量不夠等等問題。
木塑成型設備由最早的單螺桿擠出機已經(jīng)發(fā)展成第二代錐形雙螺桿擠出機,目前使用比較普遍但存在的問題也很多。由于木粉、植物纖維加入量大,樹脂包裹在其中難以塑化,要求設備具有耐高背壓齒輪箱,螺桿推動力強,塑化性能優(yōu)異。而常規(guī)的錐形雙螺桿擠出機螺桿是整體式螺桿,長徑比較短,物料停留時間短,很難實現(xiàn)物料的混合分散與均勻塑化,加上如螺桿結(jié)構(gòu)設計不合理,很容易造成機筒、螺桿磨損,最后造成開裂直至斷裂。在生產(chǎn)大型制品時這種現(xiàn)象尤為突出。
加工工藝
配方和加工工藝參數(shù)對塑木復合材料性能影響的研究有待加強。盡管塑木復合材料有很多優(yōu)點,但迄今仍存在不足,如抗老化性差、抗蠕變性差、色彩的一致性和持久性差、會受微生物侵蝕、拉伸強度明顯低于普通木制品。這些不足需要從配方和工藝等入手深入研究吸取國外經(jīng)驗,不斷提高塑木產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量水平。
例如,配方和加工工藝條件對于制品的美觀和耐老化很關(guān)鍵。由于木質(zhì)材料并不吸附普通的礦物基顏料,因此其色彩完全取決于自身被樹脂濕潤的好壞和木纖維在聚合物基體中分散的好壞。分散不充分將導致沒有著色的木質(zhì)材料出現(xiàn)可見的白點。表面的木質(zhì)材料顆粒也得不到樹脂的保護,而容易潮濕和受到微生物的攻擊,降低力學性能。
此外,研究力量分散、經(jīng)費不足也是阻礙中國塑木復合材料發(fā)展的原因之一。研發(fā)機構(gòu)和塑木企業(yè)缺乏溝通、協(xié)調(diào)和合作機制科研成果轉(zhuǎn)化不足。調(diào)查表明,中國塑木復合材料研發(fā)2000年以來公開發(fā)表的期刊文獻約200篇,發(fā)明專利約80項,實用新型專利約50項,有良好發(fā)展勢頭,但是大部分成果尚未產(chǎn)業(yè)化。而不少塑木生產(chǎn)企業(yè)工藝技術(shù)較薄弱,缺乏創(chuàng)新能力,許多技術(shù)問題還未得到很好的解決。
新產(chǎn)品
近來在開發(fā)新產(chǎn)品方面,各研發(fā)機構(gòu)和塑木企業(yè)也取得一定成果,賦予了塑木復合材料新的功能。 發(fā)泡木塑制品 塑木復合材料的微發(fā)泡成型是目前的研究熱點之一。經(jīng)微孔發(fā)泡的材料,泡孔密度為109~1015個/cm3,泡孔直徑在0.1~10.0Lm,其泡孔尺寸遠小于傳統(tǒng)發(fā)泡材料。這些小的氣泡能夠有效阻止材料中原有裂紋的擴展,使裂紋尖端變鈍,因此沖擊強度、韌性、疲勞周期、熱穩(wěn)定性等方面的性能都有顯著提高,且泡孔的存在使材料密度減小。因此,對木纖維復合材料進行微孔發(fā)泡能夠克服物理機械性能等方面的缺陷,在很大程度上提高材料的使用性能。例如,廊坊巿神龍金海塑木科技有限公司研制成功微發(fā)泡PVC/木粉復合材料:在生產(chǎn)純PVC微發(fā)泡材料的基礎上,通過使用自制的復合型表面處理劑、加工流變劑和具有吸收熱均衡特徵的發(fā)泡劑,改進了加工設備和設計制造了二次減壓可調(diào)試成型模具,在木粉含量達30%的情況下,所制造的微發(fā)泡WPC材料完全可以達到QB/T2463.1-1999《硬質(zhì)聚氯乙烯低發(fā)泡板材》的要求。
塑木合金,塑木復合材料使用的塑料多為廢舊塑料,而廢舊塑料很難做到準確地分類,因不同塑料之間相容性差,加工工藝也存在很大差異,因此如何把各種廢舊塑料混合加工以降低成本是當前塑木復合材料加工行業(yè)的研究難題和研究熱點。
北京化工大學塑料機械及塑料工程研究所提出利用異性混容技術(shù)制備聚合增強塑木合金。該技術(shù)采用兩種或兩種以上完全不相容不同的聚合物混合形成共連續(xù)相結(jié)構(gòu),得到高強度、高硬度、低成本的新型聚合木材料。并且,可使塑木原料選用向更大范圍方向擴展,使目前以單組分廢舊塑料進行塑木產(chǎn)品的制造向使用多組分廢舊塑料形成塑料合金的方向發(fā)展。
GG高效增強麻纖維/聚丙烯復合材料
利用天然麻纖維增強聚丙烯制成的復合材料可與玻璃纖維增強聚丙烯一爭高低,甚至可以代替PC/ABS和玻纖增強PC/ABS。 與玻纖增強聚丙烯和PC/ABS相比,麻增強聚丙烯材料具有突出的優(yōu)點:密度小,含50%麻纖維的聚丙烯密度僅為1.08g/cm3;除沖擊韌性外,強度和剛性好,特別是有很高的彎曲模量;可在現(xiàn)有的注塑成型機上用原來的模具成型加工;沖擊破碎時無尖銳邊緣,滿足車輛用部件的要求;具有更高的耐熱性和更好的隔熱、隔音特性;可循環(huán)使用,是環(huán)境友好型材料。
發(fā)展趨勢
隨著塑木復合材料制品的工業(yè)化,應用研究者發(fā)現(xiàn)了塑木復合材料制品的缺陷,應用者也對其提出了更高的要求:對園林景觀類戶外制品要做到抗老化防脫色、提高使用壽命;對室內(nèi)門窗及裝飾件材料要有良好的阻燃性能;對房屋基礎件承載類塑木制品要有很高的力學性能,需要進行增強、提高抗蠕變性。隨著節(jié)能呼聲的提高,建筑業(yè)也對塑木復合制品的節(jié)能效果提出了更高的要求。因此塑木復合制品正朝著功能化、高附加值方向發(fā)展:阻燃型、