塑木调研前言本文主要介绍了塑木复合材料的研究进展和发展趋势。其研究焦点主要包括：塑木复合材料成型方法研究、塑木复合材料微发泡研究、塑木合金材料研究和赋予塑木复合材料各种特殊性能的研究。这些塑木复合材料的塑料基材主要有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯。塑木复合材料的发展趋势主要包括：塑木制品类别向多样化、高附加值方向发展、材料向功能化发展、塑木产品表面处理后技术向多种类发展。一、塑木简介塑木复合材料是指采用含有木纤维获其他植物纤维类材料来填充及增强改性热塑性塑料的一种复合材料，主要成分是塑料和木质粉。其中含有木纤维类的材料包括废木粉、竹粉、锯末、刨花及废弃木材等；其他植物纤维包括农作物秸秆、稻壳、花生壳及各种麻杆等。热塑性材料通常采用聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）以及聚苯乙烯（PS)等，即可采用新料，也可采用回收料，或两者并用。为了解决塑木复合材料加工过程中的问题，生产出具有良好性能的塑木复合材料制品，通常在加工过程中需要加入一些加工助剂，这些助剂包括改善塑木界面相容性的偶联剂或相容剂；为了减小材料密度得到微泡孔结构复合材料所需的发泡剂、助泡剂及成核剂；改善熔体流动性的增塑剂、润滑剂；有助于木粉在塑料基体均匀分布的分散剂；增强材料力学性能的抗冲击改性剂；赋予塑木复合材料其他功能的抗紫外线吸收剂、交联剂、阻燃剂、防菌剂、着色剂等。助剂应用举例热稳定剂防止加工过程中聚合物降解酚醛树脂（主要）和亚磷酸盐(次要)光稳定剂防止紫外光对聚合物的伤害HALS(阻胺光稳定剂);紫外光吸收剂偶联剂改善木塑界面结合，提高强度，减少吸水，保持机械性能马来酸酐改性聚烯烃润滑剂改善流动性能，提高生产效率，减少边缘磨硬脂酸锌、乙烯基而硬脂酰胺色素美化制品表面，并有一定紫外防护能力混合染料杀虫剂防止细菌真菌侵蚀异噻唑类物质发泡剂减小材料密度和制品重量放热型(偶氮碳胺),吸热型（碳酸氢钠).作为一种介于木材与塑料之间的新型材料，塑木复合材料具有一系列优于木材和塑料的特殊性能：有木质外观以及类似木材的二次加工性，而且吸水性小、不怕虫蛀、不会像木材那样产生裂缝和翘曲变形；具有热塑性材料的加工性，但硬度要比塑料高、耐磨、耐老化、耐腐蚀。各种助剂的加入可以赋予其更多特殊性能：如不生真菌、阻燃性好、抗强酸强碱等。加入着色剂、覆膜或复合表层可制成具有各种美观色彩和花纹的制品。尤其值得一提的是，不但塑木复合材料的加工原料可采用回收的废塑料和废木材，而且其本身也可回收再利用，对减少环境污染、保护森林资源意义重大。二、木塑复合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：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。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。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。三、塑木复合材料的特点1、木塑复合材料的优点社会经济性好，可持续发展，特别适于我国“天然林保护”的国策；耐用、寿命长，类似木质外观，比塑料硬度高；具有优良的物性，比木材稳定性好，不会产生裂缝、翘曲、无木材竹疤、斜纹，加入着色剂、覆膜或复合表层可制成色彩绚丽的各种制品；具有热塑性塑料的加工性，容易成型，用一般塑料加功设备或稍加改造后便可进行成型加工。加工设备新投入资金少，便于推广应用；有类似木材的二次加工性，可切割，粘接，用钉子或螺栓连接固定；利于装潢、装饰，可涂漆美化，产品规格形状可根据用户要求调整，灵活性大；不怕虫蛀、耐老化、耐腐蚀、吸水性小、不会吸湿变形；能重复使用和回收再利用，可以生物降解，保护环境；利于环境保护，可用废弃木材、农作物纤维和废弃塑料作材料；资源丰富，费用低廉，成本低。2、木塑复合材料的缺点尽管广大的科研和工程人员做了不懈努力，但木塑复合材料在各种使用场合中仍存在着一些不足，主要表现为：1)密度高，通常为木材的2~4倍；2)产品的安装费用相对较高(由于复合材料的密度较大，在组装时需要使用射钉枪或自攻螺钉)；3)耐热性和耐紫外线)制品的硬度和载荷能力较木材差3、国产塑木复合材料质量上存在的主要问题a、制品抗冲击性能差，脆性大，易损坏断裂。其原因：废旧塑料及木粉（天纤）质量不合格，选择不当，配方及工艺条件不合理，原料含水量高，加工时产生气泡，水解或热分解，使树脂分子量降低所致。b、制品结构不密实，有气孔，蜂窝，剥离或分层。其原因：原料混合不均匀，混炼效果不好，没有应用塑料改性技术，使两种极性不同的物质（塑料/天纤）不相容，不能牢固粘结的结果。c、制品表面不平整，有斑孔，翘曲，变形。其原因：螺杆、料筒有伤痕缺陷，引起物料滞留或碳化，原料不符合规格要求，含有杂质，没有选用流动性适宜，收缩率和各向异性小的基体树脂，对定型模冷却控制不好。由于木塑复合材料具有比单纯的木材和塑料无法比拟的诸多优点，已受到国内外的广泛关注。该材料是绿色环保材料，可以回收利用低成本的废弃木材和塑料，用此技术生产出来的木塑复合材料可取代木材使用，有力地缓解我国因森林资源贫乏而木材供应紧缺的矛盾。木塑复合材料生产技术既符合国家经济形势发展的需要，也衬合国家的产业政策，而且产品使用范围广。因此，可以相信木塑复合材料是一种极具发展前途的材料，也是一项有生命力、有市场开发前景的创新技术，具有广阔的市场前景和良好的经济效益和社会效益。四、研究焦点1、成型方法研究 塑木复合材料的主要成型方法有：挤出成型、注射成型和模压成型。由于挤出成型加工 周期短、效率高、工艺简单，其在工业生产中与其他加工方法相比有着较广泛的应用，可加 工各种片、板材类制品、型材类制品、吹塑类制品。但是随着大型宽幅壁厚塑木板材及新型 塑木制品的开发与应用，江南app官网下载模压成型的优势逐渐凸显，是当前塑木复合材料成型方法的研究热 点，开发适合塑木复合材料规模化生产的连续模压设备迫在眉睫。注射成型主要加工各种零 配件与挤出制品应用相配套制件，如汽车零配件、园林制件等。随着塑木制品应用范围的扩 展，注射成型正得到广泛关注与研究。 塑木复合材料的挤出成型可分为一步法和多步法。一步法是塑木复合材料的配混、拖挥及 制品挤出在一台设备或一组设备内连续完成，而多步法则是不同设备中分步完成，可以现将 原料配混制成中间塑木复合颗粒料，然后挤出加工成制品。采用一步法连续工艺时，若脱挥 （主要脱水）不佳及塑化不良将影响工艺的连续性，产品力学性能将大幅度下降。所以，一 步法常常由于实际加工过程中原料的问题而受到限制。目前国内外工业化生产所采用的主要 方法是多步法。 木塑复合材料制造的关键技术 近几年来国内有关科技及工程技术人员经过多年努力在木塑复合材料制造关键技术上 有了重大突破，使得木塑复合材料制造技术和产品有性能上都已达到国际先进水平，并迅速 走向市场化。其主要关键技术有以下几点： 原料需充分干燥 木粉不同于无机矿物，通常有高达1O%以上的水分，未经干燥使用时易引起加工制品起 泡、烧焦、糊料，影响制品外观，同时造成不断停机清洗设备，难以连续生产。首先必须对 木粉充分干燥。 对木粉要进行表面处理 木粉表面为多羟基结构是极性亲水性物质，而高聚物一般为非极性亲油性物质，二者很 难相容，亲和性极差。如简单的将二者直接共混，制品变脆、力学性能很差，不能实用。如 通过接枝反应对木粉进行表面处理，可以将木纤维上的一OH基团接枝上有机基团，使木粉表 面变面亲油物质，提高了与高聚物大分子的界面粘着力，同时也使木粉在复合材料中更易分 散均匀，形成密实的网状结构，从而提高复合材料的拉伸和冲击强度。研究结果表明，不同 的高聚物种类，所适用的表面处理剂也是完全不同的。如木粉／聚丙烯体系，用马来酸酐接 枝聚丙烯，处理的效果较好，但对木粉／聚乙烯体系效果并不显著。而使用乙烯一丙烯酸共 聚物(EAA)就好得多，即使木粉含量达6O ，复合材料的拉伸强度也接近纯树脂的数值。对于 木粉／聚氯乙烯使用铝酸酯偶联剂并不能达到要求，硅烷偶联剂虽然效果较好，但价格贵。江南app官网下载 廊坊市神龙金海有限公司开发出售活化偶联、提高相容性为一体的复合型表面处理剂效果就 更好，有效地解决了木粉表面处理与PVC大分子亲和相容的问题。 加入高效流变润滑剂可提高产品质量和生产效率 研究结果表明，加入流变润滑剂可使木塑复合材料制品表面光滑，外观好，同时也可提高挤 出速度，提高生产效率。廊坊市神龙金海有限公司成功地研制出具有内外润滑作用的高效流 变润滑剂，使加工过程中不仅具有初期的润滑作用，而且中后期润滑效果也很好，可以保证 挤出加工的快速稳定。 1.1、注入单体聚合法 该方法的历史相对较早些。生产工艺是将化学单体注入木材，然后再用高能辐射或加热 催化等方法制成木塑复合材料(如图1)。 单板或木材 成品 成品 注入单体聚合工艺流程1.2、非气流辅装成型 该工艺是将木纤维与塑料或树脂在常温下混合，木材纤维、束或其它纤维状材料经混合 后通过一个针刺工段，用薄型无纺布衬托而制成纤维相互缠绕的低 密度板坯，再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(如图2)。 木纤维 （或加合成纤维） 成品 非气流辅装成型工艺流程1.3、压制成型 这种方法采用类似于普通刨花板或干法MDF的生产工艺(如图3)。 塑料 木材 （刨花或纤维） 成品 干燥 注入树脂单体 高频辐射或加热 催化聚合 模压清洗分离 干燥 干燥改性 热压冷却 压制成型工艺流程1.4、木塑复合材料平压法成型技术 工艺流程如下： 平压法制备木塑复合材料的工艺流程将木粉和塑料共同混炼后热压，或将木刨花与预先混炼的塑料混合热压压制成的板材具
