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新型功能材料:木塑复合材料

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发表于 2012-5-3 10:37:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
木塑复合材料是以锯末、木屑、竹屑、麦秸、谷糠、椰壳、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸杆等初级生物质材料为主原料,利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点,配混一定比例的塑料基料,经特殊工艺处理后加工成型的一种可逆性循环利用、涵盖面广、产品种类多、形态结构多样的基础性材料,英语名称Wood & Biofiber Plastic Composites,通常称为WPC。木塑复合材料是目前新型生物质复合材料家族中最具活力的一个分支,也是能够具备多种功能的一类绿色环保材料。木塑复合材料加工性能好,克服了天然木材耐用性差、易潮、易腐、易蛀等缺点;又避免了单纯塑料材质的不足之处,是一种适应性较强的复合材料。其所具有的各种优点不仅非常符合建筑业、物流业、包装业等领域的使用要求,同时也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题,推动和加速了木塑材料的研制进程,使其最终形成了一个新的产业,并已开始渗入建筑、家装、家具、物流、包装、园林、市政、环保甚至军事领域,发展状况和前景良好。

1.木塑复合材料的使用特点

        这类新型材料具有五大特点:(1)原料资源化,应用大量廉价纤维材料实现资源的综合利用和有效利用;(2)产品可塑化,可根据市场使用要求生产出不同性能和形状的制品;(3)使用环保化,其木塑基材及其常用助剂均能达到有关环保要求;(4)成本经济化,能够实现低价值材料向高附加值产品的转移;(5)回收再生化,其报废产品及回收废品可100%的再生利用。

2.木塑复合材料的种类

        木塑复合材料主要有实体木材中加入塑料单体或酚醛树脂、尿醛树脂、聚酯树脂型的复合材料和木粉或木纤维与热塑性高分子聚合物混合制成的复合材料两种,在使用塑料单体作为浸填体时,由于这些单体通常都是非极性化合物,与木材中的极性羟基不会发生反应,只是在自由基引发剂和热辐射源的引发下才能使塑料单体产生自由基,并在木材中聚合,形成高分子聚合物填充于木材管胞或纤维的胞腔中,称为塑合材。这种复合方式可以提高木材的尺寸稳定性、耐腐性、防蛀性,以及木材的物理、力学性能。所浸注的单体一般采用苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯等单体。木粉或木纤维与热塑性高分子聚合物复合材料的制造工艺是将木粉与高分子聚合物在加热条件下充分混合,然后注入模具中热压后制成成品。在用木粉与聚乙烯进行复合时,由于木材具有的亲水特性,在热塑性塑料高分子聚合物含量低时耐水性能较差。

3.木塑复合材料在建筑领域的应用

        木塑复合材料的应用领域非常广泛,凡是以木材或木质材料为主材料的应用领域都可用木塑复合材料来取代。

(1)回廊板

        木塑复合材料生产增长最快的是结构性能要求较少的建筑用品,包括篱笆、地板、装饰板、栏杆和线条等等,但发展最为迅速的是回廊板,尤其是在欧美市场。回廊板的市场十几年来发展一直比较稳定。加压处理的木材是最常用的回廊板原料,但现在木塑复合回廊板发展越来越快,据估计它已占市场的7%份额。虽然木塑复合回廊板比加压处理的木材价格贵一些,但它不需要太多维护,不易开裂,有良好的环境亲和性。木塑复合材的实际寿命目前还有争议,一般厂家保证10年。和没加填料的塑料板比较,木塑复合材料有硬度更大、热膨胀性降低的优点。产品可以是矩形实心的,也可以是更复杂的空心或肋形型材。

(2)窗户和门板

        窗户和门板是木塑复合建筑材料的另一个重要组成部分。木纤维比例从30% 到70%不等。用木纤维填充的材料生产窗户构件热稳定性好、强度高、耐水性也很好,在这方面已有多项专利。

(3)建筑用混凝土水泥模板

        我国目前建筑用混凝土模板主要以钢模板和胶合板模板为主。胶合板模板表层覆有酚醛树脂浸渍纸,可提高耐水性且表面光洁,适合用作清水模板,但其生产成本越来越高。钢模板及竹材胶合板模板表面光洁度不高,不适合作清水模板。

        木塑复合刨花板由于其优良的物理力学性能,可以替代胶合板模板中的胶合板基材,制成建筑用混凝土模板。有专家对木塑复合板模板与桦木胶合板模板性能进行了比较,木塑复合板模板的性能完全可以达到相应标准值。除密度比桦木胶合板模板大外,静曲强度和耐水性都完全可以达到甚至超过桦木胶合板模板,成本却大大降低,具有很强的市场竞争优势。

(4)园林方面应用

        木塑复合材料可用于室外桌椅、庭院扶手及装饰板、花箱、露天铺地板、废物箱等。木塑产品在奥运场馆得到广泛应用,北京世奥公园木塑建筑面积逾300m2,整个建筑群分为正门、围墙、房屋、拱桥、平桥、景墙、平台、树池、廊架、步道、座椅、立架等10余个部分。

(5)汽车制造

        用于门内装饰板、底板、座椅靠背、仪表板、扶手、座位底座、顶板等。

(6)物流方面的应用

        可用于各种规格的运输托盘和出口包装托盘,仓库铺垫板、各类包装箱、运输玻璃货架等。木塑复合托盘兼备木材与塑料的双重优点,各项性能指标可与硬木产品媲美。同时,还提高了产品的刚度和韧性,其价格性能明显优于其它塑料或木质产品。它既不同于铁制托盘易生锈、易腐蚀、自重大,又克服了塑料托盘易变形、易老化、高温蠕变、冷脆性,木托盘易腐烂变质、耐用性差、不耐酸碱等缺陷。
        木塑复合材料的应用领域还包括交通运输,包装工业,家具制造,办公用品,体育用品等。
        木塑复合材料作为一种新的环保节能型建筑材料越来越受到人们的重视。植物纤维材料是世界上来源最广泛、产量最大的天然原料,同时它又是可持续利用的,没有资源枯竭问题。这种纤维材料一般又可通过各种剩余物、废弃物作为其主要来源。因此,采用木塑复合材料技术,利用各种天然植物纤维材料替代实体木材对于扩大木材利用率,降低木制品生产成本以及改善木制品性能是非常有利的。由于木塑复合材料充分体现了资源利用、健康环保、节约替代、循环经济、可持续发展等一系列的先进理念,将具有更广阔的市场前景。
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