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中国塑木复合材料的现状与发展趋势
来源:塑木专业委员会 作者: 发布日期:2008-04-01 阅读次数:4576 评论数:0 收藏 打印 
中国塑木复合材料的现状与发展趋势
塑木复合材料(WPC)是采用木纤维或植物纤维以各种不同的形态作为增强材料或填料,经过预处理后使之与热塑性树脂(PP、PE、PVC等)或其他材料复合而成的一种新型环保复合型材料。
   塑木复合材料及其产品兼备木材与塑料的双重特性,木质感强,可根据需要制造出不同颜色,具有许多木材所没有的特性:机械性能高,质轻、防潮、耐酸碱和便于清洗等,同时也克服了木质材料吸水率高、易形变开裂、易被虫蛀霉变的缺点。
   市场现状
   在国家循环经济政策的鼓励和企业潜在效益需求的双重推动下全国性“塑木热”逐渐兴起。
   据不完全统计,2006年国内直接或间接从事塑木研发、生产和配套的企事业单位已逾150家。塑木企业集中分布在珠三角和长三角地区,东部远远超过中西部。东部个别企业工艺水平较为领先,南方企业则占有产品数量和巿场的绝对优势。中国塑木产业的分布状况如表1。
   现有从业人员数万人,塑木制品年产销量接近10万吨,年产值约12亿元人民币。行业内主要技术代表企业的试验样品已达到或超过国际先进水平。
   由于塑木材料符合中国“建设资源节约和环境友好型社会”、“可持续发展”的产业政策,一出现就得到了快速发展。现在已经渗入到建筑、运输、家具和包装等领域,辐射面和影响力正在逐年扩大。
   中国的天然木材资源日益减少,木质制品的巿场需求量却与日俱增。巨大的巿场需求和技术突破必然会不断拓宽塑木材料的巿场。从巿场需求角度分析,塑木最有可能在建筑材料、户外设施、物流运输、交通设施、家居用品等领域开始规模性拓展。
   存在问题
   中国的塑木复合材料制品种类单一、附加值低,以托盘、铺垫板等中低档产品为主。与美国、欧洲及日本相比,中国在塑木复合材料方面的研究还有很大的差距,而这种差距是由多种因素如原料、设备、加工工艺等的极大差异综合影响造成的。
   原料
   目前用于制造塑木复合材料的基体树脂,主要为PE、PVC、PP、PS等,由于新的原料成本过高,一般采用废旧、回收塑料代替。中国回收塑料缺少严格的分拣、检测手段,易造成选定的塑料废料品种中混入少量其他塑料废料,无法细分。废旧木质材料中也可能不是单一木材,导致废料因成份复杂质量难以保证。此外,目前对木质材料的选择、处理与最终制品性能之间的关系也还缺乏系统研究。
   加工设备
   由于受到金属材料性能、加工精度、设备制造成本以及巿场价格等等的限制,目前国内塑木加工设备还存在一定问题,例如加工产量普遍不高、螺杆使用寿命不长、排气量不够等等问题。
   木塑成型设备由最早的单螺杆挤出机已经发展成第二代锥形双螺杆挤出机,目前使用比较普遍但存在的问题也很多。由于木粉、植物纤维加入量大,树脂包裹在其中难以塑化,要求设备具有耐高背压齿轮箱,螺杆推动力强,塑化性能优异。而常规的锥形双螺杆挤出机螺杆是整体式螺杆,长径比较短,物料停留时间短,很难实现物料的混合分散与均匀塑化,加上如螺杆结构设计不合理,很容易造成机筒、螺杆磨损,最后造成开裂直至断裂。在生产大型制品时这种现象尤为突出。
   加工工艺
   配方和加工工艺参数对塑木复合材料性能影响的研究有待加强。尽管塑木复合材料有很多优点,但迄今仍存在不足,如抗老化性差、抗蠕变性差、色彩的一致性和持久性差、会受微生物侵蚀、拉伸强度明显低于普通木制品。这些不足需要从配方和工艺等入手深入研究吸取国外经验,不断提高塑木产品的生产技术和质量水平。
   例如,配方和加工工艺条件对于制品的美观和耐老化很关键。由于木质材料并不吸附普通的矿物基颜料,因此其色彩完全取决于自身被树脂湿润的好坏和木纤维在聚合物基体中分散的好坏。分散不充分将导致没有着色的木质材料出现可见的白点。表面的木质材料颗粒也得不到树脂的保护,而容易潮湿和受到微生物的攻击,降低力学性能。
   此外,研究力量分散、经费不足也是阻碍中国塑木复合材料发展的原因之一。研发机构和塑木企业缺乏沟通、协调和合作机制科研成果转化不足。调查表明,中国塑木复合材料研发2000年以来公开发表的期刊文献约200篇,发明专利约80项,实用新型专利约50项,有良好发展势头,但是大部分成果尚未产业化。而不少塑木生产企业工艺技术较薄弱,缺乏创新能力,许多技术问题还未得到很好的解决。
   新产品
   近来在开发新产品方面,各研发机构和塑木企业也取得一定成果,赋予了塑木复合材料新的功能。
   发泡木塑制品
   塑木复合材料的微发泡成型是目前的研究热点之一。经微孔发泡的材料,泡孔密度为109~1015个/cm3,泡孔直径在0.1~10.0Lm,其泡孔尺寸远小于传统发泡材料。这些小的气泡能够有效阻止材料中原有裂纹的扩展,使裂纹尖端变钝,因此冲击强度、韧性、疲劳周期、热稳定性等方面的性能都有显著提高,且泡孔的存在使材料密度减小。因此,对木纤维复合材料进行微孔发泡能够克服物理机械性能等方面的缺陷,在很大程度上提高材料的使用性能。例如,廊坊巿神龙金海塑木科技有限公司研制成功微发泡PVC/木粉复合材料:在生产纯PVC微发泡材料的基础上,通过使用自制的复合型表面处理剂、加工流变剂和具有吸收热均衡特徵的发泡剂,改进了加工设备和设计制造了二次减压可调试成型模具,在木粉含量达30%的情况下,所制造的微发泡WPC材料完全可以达到QB/T2463.1-1999《硬质聚氯乙烯低发泡板材》的要求。
   塑木合金
   塑木复合材料使用的塑料多为废旧塑料,而废旧塑料很难做到准确地分类,因不同塑料之间相容性差,加工工艺也存在很大差异,因此如何把各种废旧塑料混合加工以降低成本是当前塑木复合材料加工行业的研究难题和研究热点。
   北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所提出利用异性混容技术制备聚合增强塑木合金。该技术采用两种或两种以上完全不相容不同的聚合物混合形成共连续相结构,得到高强度、高硬度、低成本的新型聚合木材料。并且,可使塑木原料选用向更大范围方向扩展,使目前以单组分废旧塑料进行塑木产品的制造向使用多组分废旧塑料形成塑料合金的方向发展。
   GG高效增强麻纤维/聚丙烯复合材料
   利用天然麻纤维增强聚丙烯制成的复合材料可与玻璃纤维增强聚丙烯一争高低,甚至可以代替PC/ABS和玻纤增强PC/ABS。
   与玻纤增强聚丙烯和PC/ABS相比,麻增强聚丙烯材料具有突出的优点:密度小,含50%麻纤维的聚丙烯密度仅为1.08g/cm3;除冲击韧性外,强度和刚性好,特别是有很高的弯曲模量;可在现有的注塑成型机上用原来的模具成型加工;冲击破碎时无尖锐边缘,满足车辆用部件的要求;具有更高的耐热性和更好的隔热、隔音特性;可循环使用,是环境友好型材料。
   发展趋势
   随着塑木复合材料制品的工业化,应用研究者发现了塑木复合材料制品的缺陷,应用者也对其提出了更高的要求:对园林景观类户外制品要做到抗老化防脱色、提高使用寿命;对室内门窗及装饰件材料要有良好的阻燃性能;对房屋基础件承载类塑木制品要有很高的力学性能,需要进行增强、提高抗蠕变性。随着节能呼声的提高,建筑业也对塑木复合制品的节能效果提出了更高的要求。因此塑木复合制品正朝着功能化、高附加值方向发展:阻燃型、增强型、抗老化型、抗蠕变型、保温隔热型等。此外,塑木复合材料的选材也朝多样化、多品种方向发展,包括原料木粉和塑料。
   在成型工艺方面,挤出成型工艺是当前塑木复合制品成型加工的主流方法,主要用于开发型材、管材、板材等。随着塑木制品的多样化,如塑木多层复合管材、塑木微发泡地板,对挤出工艺提出了更高的要求,其研发方向是多层塑木复合共挤、包覆共挤、钢/塑木共挤、塑料/塑木共挤等。
   注塑成型主要用于塑木专用零部件以及汽车零部件等,其发展新趋势是大型制品开发及工程塑料,如ABS塑木制品。
   模压成型方法与工艺是当前塑木复合制品研发的新趋势,如多层多工位间歇式、热挤冷压以及连续滚压式,特别是宽幅厚壁板材等大型塑木制品的开发,利用模压成型工艺可大大提高工作效率,并降低生产成本,生产出其他方法难以实现的产品。
  
  
  
  
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