良好的強度性能——木塑復合材料內含聚酯,因而具有較好的彈性模量。此外,由于內含木質纖維并經樹脂固化,因而具有與硬木相當的抗壓、抗沖擊等物理機械性能,并且其耐用性明顯優于普通木質材料。
優良的耐水耐腐性能——木塑材料及其產品可抗強酸堿,耐水、耐腐蝕,并且不繁殖細菌,不易被蟲蛀,不長真菌。
優良的可調整性能——通過加入不同的助劑,聚酯可以發生聚合、發泡、固化、改性等變化,從而改變木塑材料的密度、強度等特性,符合抗老化、防靜電、阻燃等特殊要求。
原料來源廣泛——木塑材料除了使用一定數量的助劑以外,95%以上的原料均為聚酯和木質纖維,其來源非常廣泛,供貨渠道也相對比較穩定。
二、木塑復合材料的應用
托盤、包裝箱等包裝制品——木塑材料應用于包裝行業主要是托盤(東南亞地區也稱卡板)、包裝箱、集裝器具等,用量相當大。僅以托盤為例,北美地區托盤用量高達2億多個。據日本托盤協會(JRP)統計,日本托盤用量每年約600萬個。中國物流與采購聯合會托盤專業委員會預測,近幾年我國木托盤的平均使用量可能會突破每年2000萬個。
鋪板、鋪梁等倉儲制品——木塑材料因具有耐潮、防蟲蛀等特點,適用于倉儲行業使用的貨架鋪板、枕木、鋪梁、地板等。在我國,倉儲行業應用木塑材料雖然剛剛開始,但在2002年上半年,應用于制藥、糧貯業的木塑倉儲鋪板的用量就達到了8萬多平方米,應用于軍事領域的木塑枕木使用量也高達20萬米。
涼亭、座椅等城建用品——木塑材料制成的涼亭、座椅、花盆、垃圾桶等具有防水、防潮、防腐的特點,而且壽命長、價格低,在北美地區使用普遍。加拿大溫哥華市的花園、路邊座椅70%以上使用的都是木塑材料。
房屋、地板、建筑模板等建材用品——近年來,北美地區應用木塑復合材料制作的房屋、室外地板、陽光房、碼頭、護欄等產品愈來愈多,加工制造這類產品每年實現的產值就高達上億美元。
汽車內裝飾、管材等其他產品——隨著人們對木塑材料的認識不斷提高,木塑復合材料技術水平不斷提高,產品的應用領域近年來也不斷擴大。汽車內裝飾、復合管材、鐵路枕木、車廂箱板、電纜護管、井蓋的產品研發,也正從論證階段步入到應用測試階段,相信在不遠的將來,木塑產品的應用領域仍將進一步擴大。
三、國外木塑復合材料技術現狀與發展趨勢
盡管木塑復合材料技術的提出較早,但國外真正開始研究并應用的歷史卻不過才有十幾年的時間。相對而言,一些歐美國家應用相對較多,并有數十家企業和研究機構從事生產和研發工作,比較著名的ONYX公司、DURY INC公司、Tim Tech INC公司和DAVID STANDARD制造廠。
目前,木塑復合材料在北美地區的使用已具相當規模,其應用領域也由比較簡單的低附加值產品向相對復雜的高附加值產品如房屋、建筑、管材等方向發展,木塑復合材料技術也因市場的發展而日趨成熟,特別是在混料、成型、溫控、速度、切割、配方等方面進行了大幅度的革新和改進,使之更加適合原料來源現狀,并有效地提高了強度,降低了成本。以位于多倫多市的一家加拿大與美國合資公司為例,到1999年底已擁有各類木塑生產線43條,并計劃為具有高附加值的新型產品另外投入66條生產線,投資總額約3564萬美元,年產值接近5億美元。
隨著木塑材料技術的不斷發展,其發展趨勢可能會有以下幾個方面:
一是原料選用向大范圍方向發展。將回收的單組分廢舊塑料(PE、PP、PVC、ABS等)清洗后,加入特定的改性劑即可進行木塑產品的加工制造。
二是專用設備的開發。加工方式由單一的螺桿擠出向其它傳統塑料加工方向發展,由水冷成型向空氣冷卻成型發展。
三是加工工藝的開發。引入發泡工藝技術,從高泡向低泡、微發泡方向發展。
四是產品由低附加值(如木塑托盤、倉儲地板)向高檔方向(如室內裝飾材料)發展。
五是由單一擠出型材向復合共擠、包裹共擠方向發展。
四、木塑復合材料的加工工藝
木塑材料的技術特點是把兩大類差別較大的不同材料相互混合在一起,即木材料合二為一。
木粉(或農作物的纖維粉末)作為塑料的一種有機填料,具有來源廣泛、價值低廉、密度低、絕緣性好等許多其他無機填料所無法比擬的優良性以。但它并沒有像無機填料那樣得到廣泛應用,主要原因在于:一是與基體樹脂的相容性較差,二是在熔融的熱塑性塑料中分散效果差,造成流動性和擠出成型加工困難。由于木粉中主要成從是纖維素,含有大量的羥基,這些羥基形成分子間氫鍵或分子內氫鍵,使木粉具有吸水性,吸濕率可達8%-12%,且極性很強。而熱塑性塑料多數為非極性,具有流水性,所以兩者之間的相容性較差,界面的粘接力很小,需要通過使用添加劑改性塑料和木粉的表面,提高它們之間界面的親和力。改性的木粉具有增強性質,能夠很好地傳遞填料與塑料之間的應力,從而達到增強復俁材料強度的作用。
擠出成型、熱壓成型、注射成型是加工木塑復合材料的主要成型方法。由于擠出成型加工周期短、效率高,因此擠出成型方法是一種較為常用的工藝路線。
從木塑復合材料工藝技術特點來看,主要存在以下幾類:
從原料使用方面來看,一類是使用的塑料原料為純塑料或商業級塑料;另一類是使用具有一定特性的單組分廢舊塑料。
從加工工藝方法來看,一類是二步成型法,即塑料與木粉造粒后再進行成型加工;另一類是一步成型法,即塑料與木粉混合后直接進行成型加工。
從成型機理方面來看,一類是物理成型,即使用熱融性粘合劑,在成型過程中將塑料與木粉粘合在一起。另一類是物理化學成型,通過加入添加劑,在壓力和溫度的控制下,使原料混合物同相對低分子的添加劑一起轉變成高分子狀態的網狀纖維材料。采用這種工藝制成的材料,內部結構完全是融合后重生的網狀分子結構。因此,可達到其他工藝生產出的木塑產品無法比擬的抗彎、抗壓、抗沖擊強度。
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