木塑复合材料的应用与发展

学号：B08152045 姓名：陈静文

2010/12/12

木塑复合材料的应用与发展

Compound wood application and

development

【摘要】木塑复合材料(WPC)具有比单独的木质材料或塑料产品更优异的性质,是木材的理想替代品,它的出现可以减少废弃木材和塑料对城市环境的污染,也适应现代材料复合化发展的规律。本文简要介绍了木塑复合材料的成分、特点、加工工艺、在国内外的研究现状以及应用,并对木塑复合材料的发展方向进行了分析,充分肯定了发展木塑复合材料的必要性和可行性。

【Abstract】Wood-plastics composites (WPC) has than single wood or plastic products more excellent properties, is the ideal substitute of wood, it can re duce the appearance of discarded wood and plastic to the urban environmen t pollution, but also adapt to the modern material compounding the law of development. This paper briefly introduced the composition of wood-plastics composites, characteristics and processing technology and the application de velopment at home and abroad and the present situation of the development of wood-plastics composites direction is analyzed, fully affirmed the develop ment of wood-plastics composites of necessity and feasibility.

【关键词】木塑复合材料；应用；发展前景；

【Key words】wood-polymer composites；application；development outlook；

近几年来，全球森林资源日趋枯竭，环境保护意识日渐高涨，对木材的应用也提出了更高的要求。为了节约资源，提高木材与塑料的利用率，克服塑料和木材行业面临的难题,提高农村废弃物和固体垃圾的利用,一种将天然木材与废旧热塑性塑料合成而得到的新材料———木塑复合材料以其优异的性能得到越来越广泛的使用。

木塑复合材料是利用木粉、竹粉、果壳粉或农作物秸秆粉和塑料树脂或废旧塑料为主要原料,经高温混合、成型加工而制得的一种新型环保复合材料。木塑复合材料可以防虫蛀、抗腐蚀,无须防腐处理进而减少环境污染,而且可以被加工成各种空心型材,因此木塑复合材料被广泛应用于许多领域，是最具潜力的一种新型材料。木塑复合材料的开发与应用,具有良好的社会和经济效益。

1．主要特点

木塑复合材料的基础为高密度聚乙烯和木质纤维，决定了其自身具有塑料和木材的某些特性。

1) 良好的加工性能

木塑复合材料内含塑料和纤维，因此，具有同木材相类似的加工性能，可锯、可钉、可刨，使用木工器具即可完成，且握钉力明显优于其他合成材料。机械性能优于木质材料。握钉力一般是木材的3倍，是刨花板的5倍。

2) 良好的强度性能

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。

3) 具有耐水、耐腐性能，使用寿命长

木塑材料及其产品与木材相比，可抗强酸碱、耐水、耐腐蚀，并且不繁殖细菌，不易被虫蛀、不长真菌。使用寿命长，可达50年以上。

4) 优良的可调整性能

通过助剂，塑料可以发生聚合、发泡、固化、改性等改变，从而改变木塑材料的密度、强度等特性，还可以达到抗老化、防静电、阻燃等特殊要求。

5) 具有紫外线光稳定性、着色性良好。

6) 其最大优点就是变废为宝，并可100％回收再生产。可以分解，不会造成“白色污染”，是真正的绿色环保产品。

7) 原料来源广泛

生产木塑复合材料的塑料原料主要是高密度聚乙烯或聚丙烯，木质纤维可以是木粉、谷糠或木纤维，另外还需要少量添加剂和其他加工助剂。

8) 可以根据需要，制成任意形状和尺寸大小。

2．加工工艺

木塑复合材料主要有四种加工工艺：①挤出注塑法；②无纺织成型法；③人造板加工方法；④实木浸注聚合法[1]。

挤出注塑法是采用传统的塑料制品生产工艺，该方法适用于植物纤维以粉状形态出现，要求混合体系有一定的黏度及流动性，与塑料基体熔融混合后挤出或注塑加工成型材。此方法可连续性生产，

操作方便，生产效率高，目前应用最为广泛。

无纺织成型法也叫非气流铺装成型法，即将木纤维与塑料基体在常温下混合，木纤维及其他纤维状材料经混合后通过针刺工段，用薄型无纺布衬托而制成纤维相互缠绕的低密度板坯，可根据最终产品的需求和要求，将一块或数块板坯热压成最终产品，主要用于汽车内饰件材料。

人造板加工方法类似于普通刨花板的生产工艺，将木质材料与回收塑料混合(铺装)后再热压复合而制成。塑料既是传统人造板的改性剂也完全替代了传统人造板的粘合剂，该法适于植物纤维含量比较高的复合材料的生产[2]。

实木浸注法即以木材为基质的塑合木，将塑料单体或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。此方法研究的历史较早，采用的树脂单体有苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙酯、丙烯腈等乙烯类单体。然而此种方法制备工艺复杂，不利于商业化应用。Loo-Teck Ng等[3]采用γ-射线引发注入木材中的MMA自由基聚合，制作木塑材料。

RashmiR.Devi,Iliao Ali等[4]采用在软木中注入单体苯乙烯、交联剂GMA、引发剂AIBN等引发聚合交联对软木进行改性。

3．国内外木塑复合材料( WPC) 的研究现状

英国学者R.G.Raj 和B.V.Kola 采用了硬脂酸、矿物油以及马来酸酐改性后的PE 蜡对木质填料进行处理, 然后与HDPE 混合制成复合材料, 他们主要研究了添加剂的种类和填料的含量对木塑复合材料性能的影响。试验结果表明, 马来酸酐改性后的PE 蜡能明显改善木质填料与基体间的相容性( 添加剂用量为1%时) , 随填料用量的增加, 抗冲击强度下降。但矿物油处理的填料能显著提高冲击强度。脂肪酸处理过的填料能有效改善纤维的分布, 提高拉伸强度。

20 世纪80 年代以来, 国外一些学者从事了PVC/木粉研究, 如加拿大的B.V.KOKTV 等人研究了不同的植物纤维表面改性方法对复合材料性能的影响, 他们研究了包覆乳胶或接枝上聚合物/ 乙烯基单体, 也可添加各种分散剂( 如硬脂酸) 及偶联剂( 马来酸酐、亚油酸等) 。大多数情况下复合材料的机械性能得到了提高, 其中接枝是最有效的改性方法, 偶联剂比分散剂的效果好, 亚油酸被认为是最合适的偶联剂。

加拿大多伦多大学的CHULB.PARK、LAURENT等的研究表明: 氨基硅烷偶联剂处理木粉表面比较有效, 其界面接触角提高, 表面张力降低, 木粉表面由亲水变为疏水, 增强了木粉与树脂的联结强度。

就加工设备而言, 为了更好地提高混合效果,KLTLYAN 等人采用了带有两个进料口的同向啮合双螺杆挤出机。为了减小对植物纤维的破坏, 先将HDPE在第一个进料口放入, 然后将处理后的木粉放入第二个进料口与已熔融的HDPE 混合。实验表明当啮合角为45 度时, 双螺杆挤出机输送能力最高, 挤出制品拉伸强度和拉伸模量也最高。

此外, 日本、意大利、瑞士等许多国家对研究木塑复合材料越来越重视, 并竞相发明了可用于挤出、压延和注射成型的各种木塑制品。如日本已发明了木粉填充PE、PP、PVC、HIPS、ABS、尼龙等的复合材料, 可以在2020 年以后使木材的进口率减至38%。总之, 植物纤维热塑性塑料的研究近几年来发展迅速, 木塑复合制品的性能得到了进一步提高。

我国对木塑复合材料技术也进行了多年的研究,并取得了一些阶段性的成果,北京工商大学的王澜、董洁、卜雅萍等通过模压成型方法对聚氯乙烯/ 木粉木塑发泡制品进行了研究, 分析了木粉的不同填充量, 不同处理方法, 不同增塑剂用量以及工艺条件对复合材料性能的影响。由研究结果可知: 稻壳粉含量为40 份时, 制品的综合性能较好; 稻壳粉以硅烷偶联剂处理效果较好; 随着DOP 的用量加大, 制品的拉伸强度降低, 冲击性能和发泡性能提高; 实验中, 工艺条件的控制是一个极为重要的因素, 它直接影响制品的性能[5]。北京化工大学塑料机械塑料工程研究所