美国材料试验协会标准(ASTM)对塑木复合材料(WPC)给出的定义是“一种主要由木材或者纤维素为基础材料与塑料(也可以是多种塑料)制成的复合材料”。由于WPC兼有木材和塑料的优点,所以具备一系列独特的优良性能,如比木材有更好的耐老化性、耐吸水性和耐翘曲性,有类似木材的外观和二次加工性能;比塑料硬度高,具有热塑性塑料的加工性,用一般的塑料加工设备或稍加改造后便可进行成型加工;值得一提的是,WPC的原料可以采用废塑料和废木材,其本身也可回收再利用,因此在保护环境和森林资源等方面具有良好的社会效应和生态效应。
尽管WPC具有以上优点,但是诸如密度大、成本高、脆性大及韧性差等缺陷导致其在某些工业领域的应用受到限制,不能作为较好的木质替代品。近年来,随着WPC的工业化进展,研究者们通过在WPC中加入发泡剂,使其内部形成具有连续均匀分布的微孔结构的塑木发泡复合材料。因材料内部存在良好的泡孔结构可以钝化裂纹尖端,阻止裂纹的扩展,从而可有效地克服上述材料的不足之处。如今,塑木发泡复合材料出色的性价比和较好的比强度使其在汽车内饰、运动器材、航天、园林及室内装潢等方面得到了广泛的应用。
目前塑木发泡复合材料的成型方法主要有模压成型、挤出成型和注射成型等。其中模压成型和挤出成型已取得了阶段性的成果,而注射成型是一个崭新的研究领域,还处于探索阶段,目前国内外研究的人较少。但是注射成型的塑木复合发泡制品已经凸显出其优点,如与挤出成型的塑木复合发泡制品相比,其制品的外观和质感更酷似木材,具有更低的吸水率,注塑发泡成型过程中由于保压时间和冷却时间大大缩短,故生产效率较高。此外,注塑级WPC高温流动性能好、加工性能好、成本低、表面光泽度高,具有较好的强度及韧性,被广泛用于形状复杂的制品生产。塑木发泡复合材料的发泡工艺就是在木质纤维和塑料的熔融料中分散气体,然后将其冷却、定型而得到具有连续均匀微孔结构制品的过程。WPC注塑发泡成型的发泡工艺类似于其它泡沫塑料,仍可用物理发泡法和化学发泡法制得。
塑木发泡复合材料的设计思想来源于泡沫塑料的成型原理。塑料的发泡成型,首先应在塑料熔体中形成大量均匀细密的气泡核,然后再膨胀为具有所要求的泡体结构,最后,通过冷却固化定型将泡体结构固定下来,最终得到泡沫塑料制品。在WPC的注塑发泡成型过程中,木质纤维和塑料混合物在注塑机中由于外热和螺杆剪切的联合作用而熔融塑化并混合,混合物中的化学发泡剂受热分解产生的气体或直接从机筒注入的物理发泡剂在高压下溶解在混合物熔体中并达到饱和状态,进一步混合均匀,最后从喷嘴射出,因压力骤降而发泡,在材料内部形成均匀细密的泡孔结构,最后通过冷却固化定型,得到最终发泡制品类似于一般泡沫塑料的成型过程,WPC的注塑发泡过程基本可分为3个阶段:气泡核的形成、泡孔的增长、泡孔的稳定。
目前,注射成型技术已经开始应用于WPC的生产,采用注射成型方法制成的塑木发泡复合材料能够改善现有塑木制品应用中存在的诸如表面质量差、尺寸形状不能满足实际使用要求等缺陷,可以进一步节约能源,降低生产成本,能够开发具有更高附加值和功能性的新一代塑木产品,从而促进WPC新一轮发展高潮的到来。
