木塑复合材料
摘 要：木塑复合材料具有比单独的木质材料和塑料产品更优异的品质，是实木的理想替代品，它的出现可以减少废弃木料和塑料对环境的污染，也适应现代材料复合化发展的规律。本文介绍了木塑复合材料的定义、特点、加工工艺、分类和应用以及未来发展的趋势，并对木塑复合材料的优缺点进行了分析，充分肯定了发展木塑复合材料的必要性和可行性。
关键词：木塑；性能；加工工艺；分类；应用；发展趋势
随着森林资源的减少，木材供应量逐渐下降，已不能满足人们的生产生活需要。同时，塑料制品废旧物的处理也日益成为一个急待解决的环境问题。一种新型材料——木塑复合材料成为木材的理想代用品。木塑复合材料系使用木粉或植物纤维超高份额填充热塑性塑料树脂或热塑性塑料再生料，添加部分相关改性剂，经挤出成型为板材、型材、管材而成。此类产品可替代相应木制品，人们由此可节约大量的森林资源，处理掉大量的废旧塑料及木材加工中产生的废弃木粉，故可大大有利于保护并改善生态环境，是符合2l世纪发展方向的环保型化工新材料。
1 木塑复合材料定义及特点
1.1 木塑复合材料的定义
木塑复合材料是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、谷糠、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸杆等初级生物质材料为主原料，利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点，配混一定比例的塑料基料，经特殊工艺处理后加工成型的一种可逆性循环利用、涵盖面广、产品种类多、形态结构多样的基础性材料，目前国内外对此称谓不一，也有将其称之为：塑木、环保木、科技木、再生木、聚合木、聚保木、塑美木或保利木，英文名称：Wood-Plastic Composites,缩写为WPC。一般说来，以生物质材料为基添加一定比例的塑料原料制成的材料，或以塑料原料为基添加一定比例的生物质材料制成的材料，均可称为木塑复合材料。 1.2 木塑复合材料的特点：
(1)原料资源化，其生物质材料部分基本分为废弃物利用，来源广泛，价值低廉；塑料组分要求不高，新、旧料或混合料均可，充分体现了资源的综合利用和有效利用； (2)产品可塑化，木塑产品为人工整体合成制品，可根据使用要求随机调整产品工艺和配方，从而生产出不同性能和形状的材料，其型材利用率接近100%；
(3)应用环保化，木塑材料的木/塑基料及其常用助剂均环保安全，无毒无害，其生产加工过程中也不会产生副作用，故对人体和环境均不构成任何危害；
(4)成本经济化，即木塑制品实现了低价值材料向高附加值产品的转移，不仅维护费用极低，而且产品寿命数倍于普通天然木材，综合比较具有明显的经济优势；
(5)回收再生化，即木塑材料的报废产品及回收废品均可100%的再生利用，且不会影响产品使用性能，能够真正实现“减量化、再生化、资源化”的循环经济模式。
2 木塑制品的性能
木塑制品可代木、节木，具有保护森林资源、维护生态平衡的功能，具有传统木材所不及的优良性能。主要体现在：
(1)无木材制品的缺陷，如木节疤、斜纹理、腐朽等。
(2)木塑制品是均质性材料，不存在顺纹、横纹的异向力学性能和径向、弦向的不同收缩率。
(3)木塑制品无论是压制、挤压、注射成型，只要有定型的模具和容样器即能一次成型。无加工剩余物，最有效地利用原材料且加工效率高。
(4)制品表面光滑、平整、坚固，并可压制出立体图案和其它要求形状，不像木材还需复杂的二次加工。
(5)加入各种着色剂或覆膜，能制得色彩绚丽的各种制品。
(6)木塑制品的抗水性、抗虫蛀性、防腐性和抗污染性远优于木材制品。采用低品质的木材能制成具有优质木材性能的制品。
3 木塑制品的制备技术
3．1压制成型工艺
压制成型这种成型方法是直接把物料送入到模具中，然后利用油压机压制成型，它分为冷料热压和热料冷压两种形式。冷料热压是将冷的粒料加入到模具中，然后对物料进行加热、加压，使之充满整个模具型腔，最后进行冷却定型；热料冷压是将挤出机挤出的熔融物料迅速送入模具中压制成型。 3．2挤出成型工艺
挤出成型先将物料预处理，然后利用单螺杆或双螺杆挤出机对物料进行混炼，最后通过机头将物料挤出成型。挤出成型方法简单，生产效率高，是目前加工木塑复合材料最主要的方法。挤出成型主要有一步法和多步法两种。 3．3注射成型工艺
注射成型将经过干燥和表面处理的木粉与基体树脂置于高速混合机中，经充分搅拌混合后注射成型；或者搅拌混合后再用单螺杆或双螺杆挤出机造粒后再注射成型，这两种方法分别称为一步法和两步法，如图1所示。一步法可省去造粒工序，但对设备的要求较高；两步法的造粒过程对物料进行了二次混合，提高了木粉在树脂基体中的分散性，而且造粒后再注射成型的方法加料较为容易，但是会使整个工艺过程比较复杂。
图1 一步法和两步法注射成型木塑复合材料工艺流程
4 木塑材料的分类
国内木塑主要的材料分为PE木塑和PVC木塑两大类。 （1）．PE木塑 PE木塑的优点：
PE木塑材料有优秀的防水性和防腐性，硬度高，受热易变型屈曲，但采用加厚或多孔空心结构效果好。 PE木塑的缺点：
1.产品室外运用生存的年限有限；现用3-5年；
2.抗氧化和抗光分解能力较差，就算加入抗氧气剂和UV借鉴剂，效果也不太理想，还会影响产品强度和色牢度；
3.产品外表颜色纯一，没有木质感，外观效果较差。 （2）PVC木塑 PVC木塑的优点：
1.PVC木塑产品可以用新料，也可以用旧料做（而PE用新料做则成本太高，产品没有办法走进市场），改性也较容易，补充的量看产质量量而定；
2.PVC可以做成低发泡的木塑产品，这样成本更低，认为合适可使用共挤形式（双料儿多料共挤或钢塑共挤），强度和木纹感都不错；
3.PVC可以二次加工 多样外表纹饰或油漆涵盖UV漆，产品好看且色牢度好； 4.PVC木塑制品的防水防腐性也一样优良。
PE木塑和PVC木塑的差别
①制法不同：PE木塑产品的制备主要采取冷推法；PVC木塑产品的制备可分真空成型、冷推法和三辊遏抑。
②原料不同：PE木塑的材料主要是
二、三级PE回收料加木粉、钙粉和少量改性剂。制造PVC木塑的材料主要是PVC树脂粉、PVC回收料、木粉、石粉和部分改性剂等等。 ③性能不同：PE木塑产品重，硬度高、脆性大、蠕变也大。PVC木塑产品重量轻、硬度差、韧性好、有蠕变，没有PE木塑产品大。 ④用途不同：PE木塑的产品主要是以室外园林建设为主，绿可木如护栏、地板、垃圾桶、花池，托盘等等。 PVC木塑产品主要是室内一点扮饰料，如门、地板、踢脚线，门套等等。
木塑材料还有一个较好的门类——ABS木塑，ABS木塑产品易加工、强度好，也可以做木纹效果，好看不易损坏。
5 木塑复合材料的加工工艺
木塑复合材料加工技术是依据废旧塑料复合再生工艺原理，以废弃的各种密度的塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及聚丙纤维、聚酯纤维、玻璃纤维等)和木粉(或锯末、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻等)为主要原料，通过增容共混工艺生产代木型材的实用技术。其工艺流程如图1所示。由图2可看出，木塑复合材料的生产工艺大致可分成两大类，一类是利用模压技术直接加工成各种形状的终极产品(以板状居多)，另一类则是采用热搅拌技术加工成颗粒状的半成品，作为塑料加工的原料待用。经过加热熔融，通过各种塑料成形加工手段加工比较复杂的产品。
图2 木塑复合材料的生产工艺流程
6 木塑复合材料的助剂
由于木质材料加工成木粉后具有较强的吸水性，且极性很强，而热塑性塑料多数为非极性的，具有疏水性，所以两者之间的相容性极差，界面的粘结力较小，常常需要添加适当的助剂来改变木粉与树脂的表面状态，以提高木粉与树脂的界面亲和能力。而且，高填充量的木粉在熔融的热塑性塑料中分散效果较差，常会以某种聚集状态的形式存在，使得熔体流动性差，易造成成型时的困难，这也需要加入表面处理剂来改善流动性以利于材料成型。同时，塑料基体也需要加入各种助剂来改善其加工性能机器成品的使用性能，用以提高木粉和聚合物之间的结合力以及强化复合材料的机械性能。
经常使用的木塑制品助剂有以下几种： 增塑剂，用以克服高分子材料复合时加工的困难，改善其加工性能；
偶联剂，能使塑料与木粉表面之间产生强的界面结合；同时能降低木粉的吸水性，提高木粉与塑料的相容性及分散性；
润滑剂，用来改善加工熔体的流动性和挤出制品的表面质量； 着色剂，它能使木塑制品有均匀稳定的颜色，且使腿色速度减缓； 防菌剂，使复合材料制品保持良好的外观和完美的性能；
紫外线稳定剂，消减紫外线的辐射影响，能使复合材料中的聚合物不发生降解或减弱材料力学性能的下降；
发泡剂，使制品产生良好的泡孔结构，从而提高材料的抗冲击性能和延展性，且大大降低制品的密度；
此外还有分散剂、抗氧剂、填充剂和交联剂等等。
采用不同的加工方式，所用的助剂也有所不同。但木塑常用的各种助剂均属于对人体和环境无毒无害的材料。
6 木塑复合材料的优缺点
6.1木塑复合材料的优点
（1）防水、防潮。根本解决了木质产品对潮湿和多水环境中吸水受潮后容易腐烂、膨胀变形的问题，可以使用到传统木制品不能应用的环境中。
（2）防虫、防白蚁，有效杜绝虫类骚扰，延长使用寿命。
（3）多姿多彩，可供选择的颜色众多。既具有天然木质感和木质纹理，又可以根据自己的个性来定制需要的颜色
（4）可塑性强，能非常简单的实现个性化造型，充分体现个性风格。
（5）高环保性、无污染、无公害、可循环利用。产品不含苯物质，甲醛含量为0.2，低于EO级标准，为欧洲定级环保标准，可循环利用大大节约了木材使用量，适合可持续发展的国策，造福社会。
（6）高防火性。能有效阻燃，防火等级达到B1级，遇火自熄，不产生任何有毒气体。
（7）可加工性好，可订、可刨、可锯、可钻、表面可上漆。
（8）安装简单，施工便捷，不需要繁杂的施工工艺，节省安装时间和费用。
（9）不龟裂，不膨胀，不变形，无需维修与养护，便于清洁，节省后期维修和保养费用。
（10）吸音效果好，节能性好，使室内节能高达30%以上。 6.2木塑复合材料的缺点
（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) 制品抗冲击性能差，脆性大，易损坏断裂。 6 木塑制品的应用
国内外目前主要利用木塑制品的性能优点，挤出成型为型材或板材，替代木材和塑料，也有经过注射成型成小型的装饰制件。
(1)建筑结构材料：室内外各种铺板、栅栏、护墙板、天花板、壁板、门窗框、高速公路隔音板、海边铺地板、建筑模板、防潮隔板、楼梯板、扶手、站台及路板等； (2)汽车上应用：门内装饰板、底板、备用轮罩、坐椅靠背、仪表板、扶手、手套箱、后架、座位底座、顶板、行李厢边框装饰条、头枕插件等；
(3)物流方面的应用：各种托盘，尤其是特殊规格的托盘、仓库铺垫板、包装箱、玻璃运输货架等；
(4)园林方面应用：室外桌椅、庭院扶手及装饰板、花箱、露天铺地板、废物箱等； (5)室内装潢方面应用：各种装饰条、装饰板、镜框条、窗帘杆、窗帘圈及装饰件、活动百叶窗等；
(6)其他：船舱隔板、储存箱、活动架等。
6 木塑制品的技术发展
近年来，木塑制品的技术进展有5个特点：
(1)单组分再生料向多组分再生料方向发展，使回收的多组分废旧塑料(PE、PP、PVC、ABS等)只需初步清洗，加入特殊增粘剂及相融剂即可进行木塑产品的挤出。
(2)从单螺杆向双螺杆方向发展，专用设备的开发，从单螺杆向双螺杆方向发展，由水冷成型挤出向空气冷却成型挤出发展。
(3)完善专用模具和特殊成型技术，木粉的超高添加量使挤出物料流动性差且不易冷却，传统的模具和定型设备将无法满足产品的需要。
(4)木粉份数由低份数(50份以下)向高份数(100份以上)发展，木粉份数甚至向200份以上的添加份数发展。
(5)产品由低档(如木塑托盘)向高档(如室内地板)发展。
结束语
由于木塑复合材料具有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。该材料可以回收利用低成本的废旧木材和塑料，生产的木塑复合材料可用作替代木材使用，可有效地缓解我国森林资源贫乏、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，也符合国家的产业政策，而且产品使用范围广。因此，木塑复合材料是一种极具发展前途的绿色环保材料，也是一项有生命力的创新技术，具有广阔的市场前景和良好的经济效益和社会效益。
