木塑复合材料加工技术、研究现状及发展趋势

木塑复合材料加工技术、研究现状及发展趋势木塑|木塑加工|木塑研究|木塑发展人造板技术交流网一、木塑复合材料加工技术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。

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。

人造板技术交流网2、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。

人造板技术交流网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。

人造板技术交流网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。

3 、木塑复合材料的特点1）、木塑复合材料的优点①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；②耐用、寿命长，类似木质外观，比塑料硬度高；③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；④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；⑤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；⑥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；⑦不怕虫蛀、耐老化、耐腐蚀、吸水性小、不会吸湿变形；⑧能重复使用和回收再利用，可以生物降解，保护环境；⑨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；⑩资源丰富，费用低廉，成本低。

人造板技术交流网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)耐热性和耐紫外线能力较差；4)、制品的硬度和载荷能力较木材差。

5）、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。

4 、木塑复合材料的应用木塑复合材料的应用领域木塑材料应用于包装行业主要是托盘、包装箱、集装器具等。

因而在国内有很大的市场需求。

木塑材料具有耐潮、防虫蛀等特点，适用于仓储行业使用的货架铺板、枕木、铺梁、地板等。

木塑材料制成的凉亭、座椅、花盆、垃圾桶等具有防水、防潮、防腐的特点，而且寿命长、价格低；用木塑复合材料制作房屋、室外地板阳光房码头、护栏等产品已在国外开始起步。

近几年来，由于木塑复合材料的木质材料组成部分正在向各种其它植物纤维材料发展，因此，从更广泛意义上讲，木塑复合材料实质上已成为以各种植物纤维材料为基体，与各种不同塑料形成的一类新型复合材料。

它的出现有利于缓解目前木材资源紧缺和废弃物回收利用困难的问题，提高产品的附加值，可以广泛应用于汽车工业、建筑行业、室内装饰、家电和运输等行业方面。

研究木塑复合材料是木材工业史上的革命性发展，是现代材料工业发展的主要方向之一。

概括地说，在国内，木塑复合材料的应用领域包括：包装、运输类：托盘、军品和民品包装箱、玻璃包装箱、周转箱，插车货板、仓储垫板、铁路枕木等;园林景观类：凉亭、座椅、栅栏、铺板等市政产品;车辆船舶类：汽车等内装材、风扇罩、仪表架等部件、船舶内装和隔热材等;家装及建筑类：活动房屋，窗框，门板，门褴，混凝土模板，楼梯拍手，墙壁，天棚，装饰各种异型材，地板、家具等建材用品;其它类：农用大棚支架及用桶、钓鱼用舢板、水产箱、教学用品、枪托、球拍、滑雪板、高尔夫球棒、舞台用品以及各种模型等;随着挤出设备和挤出技术的发展，人们通过木塑复合微孔发泡技术制得木塑复合微孔发泡材料，它比不发泡材料具有更高的冲击强度、更高的韧性、更长的疲劳寿命、更好的热稳定性和更低的密度(降低密度达75％或更高)，从而进一步拓宽了木塑复合材料制品的应用范围。

5 、木塑复合材料用添加剂木塑复合材料经常要有一些助剂加入，如偶联剂、光稳定剂、色素、润滑剂、杀真菌剂和发泡剂。

下表列举了常用助剂及其在复合材料中所起的作用。

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，减少边缘磨损硬脂酸锌、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).6、木塑复合材料加工工艺木塑复合材料最先使用的生产工艺是混炼，再热压(或发泡压制)成平板或模压成型材。

现在的生产工艺以挤出成型为主,并辅以注射成型。

国内木塑复合材料的主要成型方法有浸渍成型、平压成型、模压成型、挤出成型、热压成型、辐射法成型、注射成型等。

最早使用的为浸渍法，近年来，木塑复合材料的生产工艺基本采用两步法，即先进行共混造粒，再进行成品挤出。

因为用这种方法加工制品成本较高，自1999年起，就开始研究该复合材料制品的一步法挤出成型技术，即直接用挤出机进行该材料的混合与成型，因省掉造粒工序，从而降低了成本并提高了产品的市场竞争力。

挤出成型、热压成型、注射成型、模压成型是加工木塑复合材料的主要成型方法。

由于挤出成型加工周期短、效率高，因此挤出成型方法是一种较为常用的工艺路线。

6.1 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。

6.2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。