化学与材料——论文

木塑复合材料（WPC）是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，它是以木纤维或植物纤维为主要组分，经过预处理使之与热塑性树脂或其它材料复合而成的一种新型材料。这种复合材料具有能够充分发挥材料中各组分的优势，克服单一材料的缺点，不仅改进材料的物理力学性能和加工性能，降低成本、扩大应用范围，还提高了材料的附加值，木塑复合材料内含塑料，因而具有较好的弹性模量。此外，由于内含纤维并经与塑料充分混合，因而具有与硬木相当的抗压、抗弯曲等物理机械性能，并且其耐用性明显优于普通木质材料。表面硬度高，一般是木材的2—5倍。所以，木塑复合材料具有优异的综合性能及广阔的应用前景。本文就该材料的目前国内外研究状况介绍了木塑复合材料的种类、生产工艺，该材料的适用范围及其力学性能，以及国内外木塑复合材料制品的发展现状和市场前景。

关键词：木塑复合材料, 性能, 应用，发展前景

1 前言 (3)

2 木塑复合材料概述 (4)

2.1木塑复合材料的定义 (4)

2.2木塑复合材料的组成及分类 (4)

2.2.1木塑材料的组成 (4)

2.2.2木塑材料的分类 (5)

2.3木塑复合材料的应用 (6)

3 木塑复合材料的生产工艺及性能 (5)

3.1木塑复合材料的生产工艺 (5)

3.2木塑复合材料的性能 (5)

4 木塑复合材料制品发展现状 (6)

4.1 木塑复合材料发展中的问题 (6)

4.2 国内的发展现状 (6)

4.3 国外的发展现状 (6)

4.4 木塑复合材料的发展趋势 (7)

5 结论 (7)

参考文献 (8)

1 前言

随着科学技术的发展，现代社会对材料的要求更高了，既要求其有较好的物理力学性能，对人类有亲和力，又要环保。木材是一种天然生物质材料，自古以来被人们广泛喜爱和使用。随着我国天然林面积的减少和“天然林保护”政策的实施，木材资源困乏、质量下降、木材价格越来越高、木材加工业的废弃物增多以及世界林产品需求量的增加都使得林产品工业越来越迫切地感到需要寻找木材的替代品。而由于生产和生活水平提高，过去被大量用于烧柴的木制品加工废弃物，如木屑、刨花、边角废料以及大量农作物纤维如秸秆、稻糠、果壳等被严重浪费，并对环境产生极大的破坏性影响。据统计，我国每年由于木材加工余下的废弃木粉量达数百万吨，其他天然纤维如稻糠等的产量上千万吨，这些资源如能得到有效开发和利用，价值可观。在不断研究中人们认识到木材改性技术可以实现新的突破，而填充改性既可以降低产品成本，又可以提高产品的使用性能，甚至赋予木材材料全新的性能，从而使木材行业有了新的生机。

与此同时，塑料制品在生产和生活中的应用，随着经济发展越来越广泛，因塑料废品处理不当而造成的白色污染问题已经成为一大环保难题。有关数字表明，在城市垃圾中，塑料废弃物已占到垃圾总量的25％～35％。在我国，城市人口每年产生的废旧塑料达240万～280万吨，已成为环卫部门的严重负担。如果能将废旧塑料制品有效利用起来，将对环保和经济发展产生巨大的推动作用。这种背景下，将木质纤维与废旧塑料经过特殊处理合成新的材料，即木塑复合材料（Wood—polymer Composites，简称WPC）也就应运而生了。

2木塑复合材料概述

2.1木塑复合材料的定义

木塑复合材料（WPC）是以木材为主要原料（形式有锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等），经过适当的处理使其与各种塑料（用于木塑复合材料的热塑性塑料主要有聚氯乙烯(PVC}，聚乙烯PEA ，聚丙烯(PPS) ，聚苯乙烯(PST) ，聚甲基丙烯酸甲酷（CPMM），以及聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等)按一定比例混合并添加特制的助剂，如偶联剂、分散剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂、着色剂、阻燃剂、防霉剂等加工助剂，经高温、挤压、成型等工艺制成的一种新型复合材料，是一种高性能、高附加值的绿色环保复合材料，其性能优良、用途广泛、利于环保，有广阔的发展前景，值得大力研发推广。

2.2木塑复合材料的组成及分类

2.2.1木塑材料的组成

木塑复合材料的成分分为基体、填充物及添加剂3部分。

(1)基体由于植物纤维在高温下容易分解，所以用作基体的材料必须有较低的熔点。目前应用比较广泛的是高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(Ps)、聚氯乙稀(PVC)、PET以及丙烯睛一丁二烯一苯乙烯(ABS)等热塑性塑料，其中聚乙烯的应用最为广泛。

(2)填充物选用植物纤维作为木塑复合材料的填充物，主要有3种原因：①植物纤维比较廉价，易降解，而且密度小；②植物纤维具有较高的刚度和强度，以及理想的长细比；③植物纤维具多孑性，在一定工艺条件下，熔融的塑料基体可以渗入到植物纤维的细胞空腔中，从而像铆钉一样将纤维和基体连接起来。

(3)添加剂为了克服加工过程中的困难，生产出具有良好性能的木塑复合材料，通常在加工的过程中需要加入一些添加剂或助剂。添加剂有润滑剂、分散剂、紫外线稳定剂、发泡剂、交联剂、阻燃剂等。从提高木塑复合材料填充相与基体相间的相容性以及填充物的分散性两个最为重要的目的出发，通常需要添加偶联剂、相容剂以及冲击改性剂等。偶联剂可以提高无机填料和无机纤维与基体之间的相容性，同时也可以改善植物纤维与聚合物之间的界面状况。

2.2.2木塑材料的分类

木塑复合材的制造方式目前主要有两种：一种是将塑料单体或者低聚合度树脂浸入到实体木材中，通过加热或辐射引发塑料单体或者低聚合度树脂在木材中进行自由基聚合，所得复合材料称为塑合木。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。

另一种是将木材以刨花、纤维和木粉的形态作为增强材料或填料添加到热塑性塑料中，并通过加热使木材与熔融状态的热塑性塑料进行复合而得到的复合材料，称为木塑料复合材料（简称WPC）。

从木塑复合材料的基体与功能体结合方式考虑，可将其分为以下三类：

1) 实体木材一塑料复合材料；此类材料以基体与功能体之间或功能体在基体内部的化学合成反应为主要特征。

2) 木纤维(木粉)一塑料复合材料；此类材料以木质纤维材料为基体与高分子量塑料直接复合，其结合方式以两种材料表面(或界面)物理结合为主。

此种材料的制造工艺是将木纤维或木粉与塑料充分混合，在混合过程中塑料熔化形成制品。当木材组分低于50％时，称为木质填料塑料；而木材组分高于60％时，则称为热塑性树脂增强型复合材料。该种复合材料的某些物理力学指标优于纯木材制品，可再成型为各种模压制品，在包装、家具、房屋建筑及汽车内饰件等领域具有广泛的应用前景。

3) 木材一塑料合金复合材料。

将实体木材或单板用一种聚合物的单体或预燃物浸注，然后再使其在木材中聚合。一般来说，这种聚合物不能进入木材的细胞壁，而是存在于细胞腔内。此种聚合材料比原有材料具有更高的强度、刚度、耐磨性及其它一些优良的物理性能。可制成地板、乐器、运动设备及装饰材料等。

木材—塑料合金复合材料要求木材高分子与塑料的完全融合，具有类似于金属材料以及共混高分子材料所达到的那种状态。该种复合材料首先要对木材的化学组分进行改性，使其能溶于某些溶剂之中或与高分子塑料之间相互均匀分散。