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中國塑木複合材料的現狀與發展趨勢
2015-06-25
  塑木複合材料(WPC)是采用木纖維或植物纖維以各種不同的形態作為增強材料或填料,經過預處理後使之與熱塑性樹脂(PP、PE、PVC等)或其他材料複合而成的一種新型環保複合型材料。 
  塑木複合材料及其產品兼備木材與塑料的雙重特性,木質感強,可根據需要製造出不同顏色,具有許多木材所沒有的特性:機械性能高,質輕、防潮、耐酸堿和便於清洗等,同時也克服了木質材料吸水率高、易形變開裂、易被蟲蛀黴變的缺點。 
市場現狀 
       

  在國家循環經濟政策的鼓勵和企業潛在效益需求的雙重推動下全國性“塑木熱”逐漸興起。 
  據不完全統計,2006年國內直接或間接從事塑木研發、生產和配套的企事業單位已逾150家。塑木企業集中分布在珠三角和長三角地區,東部遠遠超過中西部。東部個別企業工藝水平較為領先,南方企業則占有產品數量和?場的絕對優勢。中國塑木產業的分布狀況如表1。 
  現有從業人員數萬人,塑木製品年產銷量接近10萬噸,年產值約12億元人民幣。行業內主要技術代表企業的試驗樣品已達到或超過國際先進水平。 
  由於塑木材料符合中國“建設資源節約和環境友好型社會”、“可持續發展”的產業政策,一出現就得到了快速發展。現在已經滲入到建築、運輸、家具和包裝等領域,輻射麵和影響力正在逐年擴大。 
  中國的天然木材資源日益減少,木質製品的?場需求量卻與日俱增。巨大的?場需求和技術突破必然會不斷拓寬塑木材料的?場。從?場需求角度分析,塑木最有可能在建築材料、戶外設施、物流運輸、交通設施、家居用品等領域開始規模性拓展。 
存在問題 
  中國的塑木複合材料製品種類單一、附加值低,以托盤、鋪墊板等中低檔產品為主。與美國、歐洲及日本相比,中國在塑木複合材料方麵的研究還有很大的差距,而這種差距是由多種因素如原料、設備、加工工藝等的極大差異綜合影響造成的。  
原料 
   目前用於製造塑木複合材料的基體樹脂,主要為PE、PVC、PP、PS等,由於新的原料成本過高,一般采用廢舊、回收塑料代替。中國回收塑料缺少嚴格的分揀、檢測手段,易造成選定的塑料廢料品種中混入少量其他塑料廢料,無法細分。廢舊木質材料中也可能不是單一木材,導致廢料因成份複雜質量難以保證。此外,目前對木質材料的選擇、處理與最終製品性能之間的關係也還缺乏係統研究。 
加工設備 
  由於受到金屬材料性能、加工精度、設備製造成本以及?場價格等等的限製,目前國內塑木加工設備還存在一定問題,例如加工產量普遍不高、螺杆使用壽命不長、排氣量不夠等等問題。 
   木塑成型設備由最早的單螺杆擠出機已經發展成第二代錐形雙螺杆擠出機,目前使用比較普遍但存在的問題也很多。由於木粉、植物纖維加入量大,樹脂包裹在其中難以塑化,要求設備具有耐高背壓齒輪箱,螺杆推動力強,塑化性能優異。而常規的錐形雙螺杆擠出機螺杆是整體式螺杆,長徑比較短,物料停留時間短,很難實現物料的混合分散與均勻塑化,加上如螺杆結構設計不合理,很容易造成機筒、螺杆磨損,最後造成開裂直至斷裂。在生產大型製品時這種現象尤為突出。 
加工工藝 
  配方和加工工藝參數對塑木複合材料性能影響的研究有待加強。盡管塑木複合材料有很多優點,但迄今仍存在不足,如抗老化性差、抗蠕變性差、色彩的一致性和持久性差、會受微生物侵蝕、拉伸強度明顯低於普通木製品。這些不足需要從配方和工藝等入手深入研究吸取國外經驗,不斷提高塑木產品的生產技術和質量水平。 
   例如,配方和加工工藝條件對於製品的美觀和耐老化很關鍵。由於木質材料並不吸附普通的礦物基顏料,因此其色彩完全取決於自身被樹脂濕潤的好壞和木纖維在聚合物基體中分散的好壞。分散不充分將導致沒有著色的木質材料出現可見的白點。表麵的木質材料顆粒也得不到樹脂的保護,而容易潮濕和受到微生物的攻擊,降低力學性能。 
   此外,研究力量分散、經費不足也是阻礙中國塑木複合材料發展的原因之一。研發機構和塑木企業缺乏溝通、協調和合作機製科研成果轉化不足。調查表明,中國塑木複合材料研發2000年以來公開發表的期刊文獻約200篇,發明專利約80項,實用新型專利約50項,有良好發展勢頭,但是大部分成果尚未產業化。而不少塑木生產企業工藝技術較薄弱,缺乏創新能力,許多技術問題還未得到很好的解決。 
新產品 
   近來在開發新產品方麵,各研發機構和塑木企業也取得一定成果,賦予了塑木複合材料新的功能。 發泡木塑製品 
   塑木複合材料的微發泡成型是目前的研究熱點之一。經微孔發泡的材料,泡孔密度為109~1015個/cm3,泡孔直徑在0.1~10.0Lm,其泡孔尺寸遠小於傳統發泡材料。這些小的氣泡能夠有效阻止材料中原有裂紋的擴展,使裂紋尖端變鈍,因此衝擊強度、韌性、疲勞周期、熱穩定性等方麵的性能都有顯著提高,且泡孔的存在使材料密度減小。因此,對木纖維複合材料進行微孔發泡能夠克服物理機械性能等方麵的缺陷,在很大程度上提高材料的使用性能。例如,廊坊?神龍金海塑木科技有限公司研製成功微發泡PVC/木粉複合材料:在生產純PVC微發泡材料的基礎上,通過使用自製的複合型表麵處理劑、加工流變劑和具有吸收熱均衡特徵的發泡劑,改進了加工設備和設計製造了二次減壓可調試成型模具,在木粉含量達30%的情況下,所製造的微發泡WPC材料完全可以達到QB/T2463.1-1999《硬質聚氯乙烯低發泡板材》的要求。 
塑木合金 
   塑木複合材料使用的塑料多為廢舊塑料,而廢舊塑料很難做到準確地分類,因不同塑料之間相容性差,加工工藝也存在很大差異,因此如何把各種廢舊塑料混合加工以降低成本是當前塑木複合材料加工行業的研究難題和研究熱點。 
   北京化工大學塑料機械及塑料工程研究所提出利用異性混容技術製備聚合增強塑木合金。該技術采用兩種或兩種以上完全不相容不同的聚合物混合形成共連續相結構,得到高強度、高硬度、低成本的新型聚合木材料。並且,可使塑木原料選用向更大範圍方向擴展,使目前以單組分廢舊塑料進行塑木產品的製造向使用多組分廢舊塑料形成塑料合金的方向發展。 
GG高效增強麻纖維/聚丙烯複合材料 
   利用天然麻纖維增強聚丙烯製成的複合材料可與玻璃纖維增強聚丙烯一爭高低,甚至可以代替PC/ABS和玻纖增強PC/ABS。 
   與玻纖增強聚丙烯和PC/ABS相比,麻增強聚丙烯材料具有突出的優點:密度小,含50%麻纖維的聚丙烯密度僅為1.08g/cm3;除衝擊韌性外,強度和剛性好,特別是有很高的彎曲模量;可在現有的注塑成型機上用原來的模具成型加工;衝擊破碎時無尖銳邊緣,滿足車輛用部件的要求;具有更高的耐熱性和更好的隔熱、隔音特性;可循環使用,是環境友好型材料。 
發展趨勢 
   隨著塑木複合材料製品的工業化,應用研究者發現了塑木複合材料製品的缺陷,應用者也對其提出了更高的要求:對園林景觀類戶外製品要做到抗老化防脫色、提高使用壽命;對室內門窗及裝飾件材料要有良好的阻燃性能;對房屋基礎件承載類塑木製品要有很高的力學性能,需要進行增強、提高抗蠕變性。隨著節能呼聲的提高,建築業也對塑木複合製品的節能效果提出了更高的要求。因此塑木複合製品正朝著功能化、高附加值方向發展:阻燃型、增強型、抗老化型、抗蠕變型、保溫隔熱型等。此外,塑木複合材料的選材也朝多樣化、多品種方向發展,包括原料木粉和塑料。 
   在成型工藝方麵,擠出成型工藝是當前塑木複合製品成型加工的主流方法,主要用於開發型材、管材、板材等。隨著塑木製品的多樣化,如塑木多層複合管材、塑木微發泡地板,對擠出工藝提出了更高的要求,其研發方向是多層塑木複合共擠、包覆共擠、鋼/塑木共擠、塑料/塑木共擠等。 
   注塑成型主要用於塑木專用零部件以及汽車零部件等,其發展新趨勢是大型製品開發及工程塑料,如ABS塑木製品。 
   模壓成型方法與工藝是當前塑木複合製品研發的新趨勢,如多層多工位間歇式、熱擠冷壓以及連續滾壓式,特別是寬幅厚壁板材等大型塑木製品的開發,利用模壓成型工藝可大大提高工作效率,並降低生產成本,生產出其他方法難以實現的產品。

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