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木塑復(fù)合材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展 |
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| 木塑復(fù)合材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展 |
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木塑 復(fù)合 材料 研發(fā) 產(chǎn)業(yè) 發(fā)展 |
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通用高分子材料 |
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薛平 丁筠 何繼敏 金志明（北京化工大學(xué)塑料機(jī)械及塑料工程研究所，100029）
一、概述： 歷史上最早的復(fù)合材料就是以天然植物纖維作增強(qiáng)體制成的，如中國(guó)用稻草增強(qiáng)泥土制成磚坯等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們研制了人工合成的高性能的纖維如玻璃纖維和芳綸纖維等作復(fù)合材料增強(qiáng)體，但價(jià)格昂貴，而天然植物纖維資源豐富，成本低廉。 在中國(guó)植物纖維復(fù)合材料在幾千年前就有應(yīng)用，我國(guó)在2000年前就出現(xiàn)了用麻絲和大漆構(gòu)成的漆器，且流傳至今。利用植物纖維與合成樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)合的研究也具有較長(zhǎng)的歷史。最初的植物纖維以粉狀的形式被用作填料加到熱固性塑料中。LeoH.Bend博士[1]合成的最古老的熱固性酚醛樹(shù)脂在1907年與木粉復(fù)合而首先得到了一種復(fù)合材料。但由于這一階段高分子發(fā)展水平及技術(shù)手段的限制，應(yīng)用最多的植物纖維是長(zhǎng)度較大的韌皮類纖維，被填充的塑料也多為熱固性塑料如酚醛樹(shù)脂，不飽和聚酯等。復(fù)合制品也多是采用層合工藝的熱固性復(fù)合材料，類似于今天的纖維板的加工工藝，主要用作房屋及倉(cāng)儲(chǔ)用建筑材料。 然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)塑料材料有著更多或更為苛刻的要求。既要求其性能好，價(jià)格低又要求其耐高溫、易成型加工；既要求其有較好的剛性又要求其有較好的韌性。人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到塑料改性技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)新的突破。將種類有限的單一塑料演變成成千上萬(wàn)種新型塑料，從而滿足各方面的要求。可以說(shuō)這時(shí)的改性技術(shù)已成為新材料研制，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和新技術(shù)推廣方面最為活躍的研究領(lǐng)域，人們都在自覺(jué)不自覺(jué)的應(yīng)用塑料改性這個(gè)有力武器開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。而填充改性既可以降低產(chǎn)品成本，又可以提高產(chǎn)品的使用性能，甚至賦予塑料制品全新的功能，從而使塑料老產(chǎn)品獲得新生，新型塑料性能更佳，價(jià)格更廉，從而拓寬塑料材料的應(yīng)用領(lǐng)域。因此到了80年代以后，人們開(kāi)始著手對(duì)塑料填充改性技術(shù)進(jìn)行研究，這方面尤以日本、歐美、印度等國(guó)家最為活躍。盡管如此，這期間的塑料也僅有20－30％使用填料，用木質(zhì)纖維填料增強(qiáng)的樹(shù)脂大約僅為塑料消耗量的5％[2]。 目前，世界各國(guó)塑料回收業(yè)正廣泛興起。如英國(guó)廢舊塑料回收率為80％，美國(guó)廢舊PET、HDPE回收率為30％，日本廢舊塑料回收率為49％。我國(guó)廢舊塑料回收率較低，僅為15％左右。這說(shuō)明開(kāi)發(fā)再生制品已成為國(guó)內(nèi)外的熱門話題。日本在80年代末就增加了廢舊塑料的回收設(shè)備，各種破碎機(jī)種類規(guī)格齊全 。以上數(shù)據(jù)充分說(shuō)明廢舊塑料回收利用已被廣泛重視，開(kāi)發(fā)二次加工設(shè)備和加工技術(shù)，開(kāi)拓新用途已是必然趨勢(shì)。 另一方面，由于木材在使用過(guò)程中有25－30％是作“廢材”處理的，目前各行各業(yè)都迫切的希望在技術(shù)上解決這些“廢材”問(wèn)題，使之資源化。特別是近幾年來(lái)，全球森林資源日趨枯竭，社會(huì)環(huán)境保護(hù)、意識(shí)日漸高漲，對(duì)木材的應(yīng)用也提出了更高的要求。在這種情況下為了節(jié)約資源，提高木材與塑料的利用率，一種將天然木材與廢舊熱塑性塑料合成而得到的新材料－木塑復(fù)合材料倍受人們的關(guān)注。通過(guò)改性可以充分利用塑料和木材的各自優(yōu)點(diǎn)而消除它們的許多固有缺點(diǎn)。 因此，國(guó)外的許多學(xué)者對(duì)聚烯烴類再生熱塑性塑料與木質(zhì)纖維填料復(fù)合材料作了大量研究，其發(fā)展趨勢(shì)是從增量作用功能型填料過(guò)渡，形成性能優(yōu)異的新型改性塑料。 在塑料填充體系中，填料的選擇對(duì)填充改性的效果和成本影響很大。與常用的無(wú)機(jī)填料相比，木粉具有密度低、資源豐富、可降解、對(duì)加工設(shè)備磨損小等優(yōu)點(diǎn)，且所得的復(fù)合材料有良好的木質(zhì)感。其復(fù)合材料具有對(duì)紫外線光穩(wěn)定、耐濕、著色性良好、有木質(zhì)感等特點(diǎn)，同時(shí)還起到廢物利用、減少環(huán)境污染的作用。 木粉作為塑料的有機(jī)填料，可由鋸末、碎木片、刨花或含木質(zhì)纖維的農(nóng)作物秸桿等為原料，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的干燥粉碎處理得到。其化學(xué)成分比較復(fù)雜，但主要是由纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成的。由于其極性很強(qiáng)，它與熱塑性塑料之間的相容性較差，極大的影響了復(fù)合材料的力學(xué)性能，因此，需要對(duì)木粉和塑料的界面進(jìn)行改性，以改善它們之間的相容性。
二、國(guó)外木塑復(fù)合材料研究及生產(chǎn)情況 利用植物纖維與樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)合的研究也具有較長(zhǎng)的歷史。英國(guó)學(xué)者R.G.Raj和B.V.Kota[3]采用了硬脂酸、礦物油以及馬來(lái)酸酐改性后的PE蠟對(duì)木質(zhì)填料進(jìn)行處理，然后與HDPE混合制的復(fù)合材料，他們主要研究了添加劑的種類和填料的含量對(duì)木塑復(fù)合材料性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明馬來(lái)酸酐改性后的PE蠟?zāi)苊黠@改善木質(zhì)填料與基體間的相容性（添加劑用量為1%時(shí)），隨填料用量的增加，抗沖擊強(qiáng)度下降。但礦物油處理的填料能顯著提高沖擊強(qiáng)度。脂肪酸處理過(guò)的填料能有效改善纖維的分布，提高拉伸模量。 80年代以來(lái)，國(guó)外一些學(xué)者從事了PVC/木粉這方面的研究，如加拿大的B.V.KOKTA[4]等人研究了不同的植物纖維表面改性方法對(duì)復(fù)合材料性能的影響，他們進(jìn)行了包覆乳膠或接枝上聚合物/乙烯基單體，也可添加各種分散劑（如硬脂酸或酐）及偶聯(lián)劑（馬來(lái)酸酐、亞油酸等）。大多數(shù)情況下復(fù)合材料的機(jī)械性能得到了提高，其中接枝是最有效的改性方法，偶聯(lián)劑比分散劑的效果好，亞油酸被認(rèn)為是最合適的偶聯(lián)劑。加拿大的多倫多大學(xué)的CHUL B.PARK、LAURENT 等[5]的研究表明氨基硅烷偶聯(lián)劑處理木粉表面比較有效，其界面接觸角提高，表面張力降低，木粉表面由親水變?yōu)槭杷?。這大概是氨基原子的協(xié)同作用，改變了木材的電子給、受體特征，導(dǎo)致粘結(jié)的增強(qiáng)。 就加工設(shè)備而言，為了更好地提高混合效果，KLTLYAN等[6]人采用了帶有兩個(gè)進(jìn)料口的同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)。為了減小對(duì)植物纖維的破壞，先將HDPE在第一個(gè)進(jìn)料口放入，然后將處理后的填料在第二個(gè)進(jìn)料口，與已熔融的HDPE混合，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)嚙合角為45°時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)輸送能力最高，擠出制品拉伸強(qiáng)度和拉伸模量也最高。此外，日本、意大利、瑞士等許多國(guó)家對(duì)研究木塑復(fù)合材料越來(lái)越重視，并競(jìng)相發(fā)明了可用于擠出、壓延和注射成型的各種木塑制品。如日本[7]已發(fā)明了木粉填充PE、PP、PVC、HIPS、ABS、尼龍等的復(fù)合材料，以在2020年以后使木材的進(jìn)口率減至38%?？傊参锢w維/熱塑性塑料的研究近幾年得以迅速發(fā)展，復(fù)合制品的性能得到了進(jìn)一步提高。 世界木塑制品生產(chǎn)和應(yīng)用的最大國(guó)家是美國(guó)，其最大制品是鋪板（decking），生產(chǎn)工藝為擠出成型，可以先配混成中間木塑粒料，然后再經(jīng)單螺桿擠出機(jī)加工成制品。然而可能的話，也可越過(guò)造粒階段，配混（包括脫揮）、擠出型材（板材）在一個(gè)設(shè)備或一組設(shè)備內(nèi)連續(xù)完成。 1、 DAVIS-STANDARD 公司的雙擠壓技術(shù) 用WOODTRUDER雙擠壓系統(tǒng)，將木纖維加工與塑料擠壓融入一體，因此不再需要單獨(dú)的木粉干燥機(jī)，節(jié)省了空間并降低了火患的危險(xiǎn)。這種設(shè)備采用了28：1平行雙螺桿擠出機(jī)和一臺(tái)單螺桿、側(cè)喂料擠出機(jī)。一臺(tái)填充上料輸送機(jī)以控制速度將木纖維復(fù)合材料輸送到主擠壓機(jī)中。這臺(tái)設(shè)備的第一部分采用了專用的加熱和真空排風(fēng)系統(tǒng)，以消除木纖維中的濕氣。側(cè)喂料擠壓機(jī)安裝在主擠壓機(jī)旁的中間部位，單獨(dú)加熱和混合聚合物。它被控制擠出速度以獲得所需的纖維—聚合物的比例，用于室內(nèi)木纖維比例最高可達(dá)80%，用于室外產(chǎn)品時(shí)比例最高為50-60%。該設(shè)備可用于HDPE、PP、PS、PVC或ABS?？梢允褂酶鞣N纖維材料，包括花生殼、稻米殼、木材刨花和黃麻。還可以在聚合物和木纖維中混合在循環(huán)產(chǎn)品，例如碎輪臺(tái)橡膠。目前有三種螺桿直徑可供選擇：94mm、114mm和140mm，生產(chǎn)能力分別為300kg、500kg和900kg/h。2、 FASALEX填充纖維技術(shù) 采用重力計(jì)量或體積計(jì)量配料方法來(lái)生產(chǎn)配料顆粒，可直接輸送到擠壓機(jī)中，從而去除木材擠壓的繁重工作。顆粒成分一般為60%鋸末或木材粉末；20%大麥殼或玉米殼和20%聚合物，聚合物可以是生物降解樹(shù)脂。這種技術(shù)是由JOSKO公司和Ekutherm公司開(kāi)發(fā)，這兩家公司后來(lái)合并成為奧地利著名的各種門窗材料的供應(yīng)商。3、 新加坡LESCO TECHNOLOGY 公司 將木粉、PVC樹(shù)脂、增塑劑、發(fā)泡劑、潤(rùn)滑劑、抗老化劑、填料、顏料等各種原料按專利配方混合后，利用高速捏合機(jī)和刮粒機(jī)把混合后的原料加工成各種規(guī)格、等級(jí)的綠可木塑膠粒。其關(guān)鍵技術(shù)是保證木質(zhì)粉料高填充量，以達(dá)到制品有較低的生產(chǎn)成本和較高的使用性能，為此要求木質(zhì)粉料含水率在2%以下，粒徑控制在20-80 目，同時(shí)還需對(duì)木粉進(jìn)行表面處理，使其能被PVC 樹(shù)脂很好地潤(rùn)濕。綠可木塑材料的特性： 1、綠可木塑是通過(guò)科技創(chuàng)新，對(duì)廢木再生利用而開(kāi)發(fā)的可替代木材的新型產(chǎn)品。在節(jié)省天然資源的同時(shí)，綠可木塑不但擁有天然木材的材性質(zhì)感和木紋，更具有耐水、耐腐蝕、防火、防霉、不被蟲(chóng)蛀、無(wú)污染、加工方便、可回收利用等技術(shù)性能。 2、綠可木塑的整個(gè)生產(chǎn)和處理程序與原木的處理方式完全不同，可以大大節(jié)省制品的生產(chǎn)時(shí)間、原料儲(chǔ)藏費(fèi)、原料損耗費(fèi)及后期加工費(fèi)用。它克服了天然木材固有的龜裂、翹曲、色斑、霉斑等自然缺陷。 4、綠可木塑彎曲彈性特強(qiáng)，適合做室內(nèi)裝飾的各種刨花板條與裝飾材料等。此外，其獨(dú)特的技術(shù)能夠生產(chǎn)多種規(guī)格、尺寸、形狀、厚度的制品，提供多種設(shè)計(jì)、顏色及木紋的制品；5、在操作方面，綠可木塑與原木一樣，可釘、可鉆、可刨、可粘，表面光滑細(xì)膩，無(wú)須砂光和油漆。同時(shí)，綠可木塑的油漆附著性好，消費(fèi)者可以根據(jù)個(gè)人喜好上漆。 作為一種新型的木材替代材料，綠可木塑可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾和包裝等領(lǐng)域，如邊角線、刨花板條、窗簾、門斗、地板、籬笆、踢腳板、美術(shù)板、百葉窗、鏡框、相框、窗框、玩具及普通家具用品等，絕大多數(shù)的室內(nèi)外裝飾建材均可用綠可木塑來(lái)制造。特別值得指出的是，綠可木塑具有防水、防火功能，從而可用于廚房、盥洗室等的裝飾，而這是原木所不能及的。木塑制品現(xiàn)已引起國(guó)際上的廣泛重視，被譽(yù)為綠色環(huán)保新型材料，將具有廣闊的發(fā)展前景。4、意大利Bausano Group Plast公司木塑寬幅薄板（又稱為保利木）加工技術(shù)： “保利木”（POLYWOOD-覆合材料）是為了滿足各種特定的要求，采用不同的材料和配方覆合而成的各種不同的產(chǎn)品。“保利木”生產(chǎn)流程中使用的設(shè)備是B.G.PLAST公司設(shè)計(jì)制造并取得專利的機(jī)組。該機(jī)組是把有機(jī)、無(wú)機(jī)輔料和熱塑性樹(shù)脂混合在一起加工制成“保利木”的。 生產(chǎn)“保利木”的設(shè)備和工藝技術(shù)在1985年12月3 日獲得了專利，專利號(hào)為23063A/85?？梢允褂幂o料成份高達(dá)50%的配方，但同時(shí)原料的分解程度仍保持在最小水平上。這在其他生產(chǎn)廠家是不可能做到的。 所得產(chǎn)品便于應(yīng)用（如擠出型材）或者需要特定的技術(shù)加工，例如：壓制熱成型技術(shù)（對(duì)板材而言），這種加工往往需要同時(shí)覆合上一層布質(zhì)或PVC的原料作為裝飾用。我們的技術(shù)在覆合加工時(shí)不再需要粘合劑，而效果又明顯優(yōu)于其他方法。 在擠出及成型階段，邊角廢料能徹底地回收再利用，這樣就降低了總成本，并且對(duì)環(huán)保方面也有重大意義。 生產(chǎn)的原料包括兩部分：塑料是以PP、HDPE、ABS、醋酸共聚物等熱塑性塑料為主；木粉是以鋸末粉、稻殼、亞麻等磨碎料。 板材擠出的生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)： 在擠出過(guò)程中的不同階段是各有特點(diǎn)的： 1—熱塑性樹(shù)脂的加熱和熔融。 2—木粉的殘余濕氣必須清除。 3—各種成份的混融。 4—平模頭擠出 5—輥壓延 6—產(chǎn)品的切割及堆垛。 “保利木”的生產(chǎn)過(guò)程使用了兩臺(tái)反向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)，并以如下的方式混合和連接—從第一臺(tái)擠出機(jī)中熔融的樹(shù)脂傳送到第二臺(tái)擠出機(jī)中與木粉混合在一起，而從第二臺(tái)擠出機(jī)筒通過(guò)扁平模頭把混合物擠出成材。 第一臺(tái)擠出機(jī)，樹(shù)脂通過(guò)重力計(jì)量器供料。如果要用輔加的樹(shù)脂、色母料或者添加劑，通常會(huì)提供兩個(gè)以上的重力計(jì)量器。 擠出機(jī)的操作與標(biāo)準(zhǔn)的擠出機(jī)相似，即在第二臺(tái)混合輔料的擠出機(jī)筒內(nèi)，混合和混煉各種成份，直到最佳狀態(tài)。 第一臺(tái)擠出機(jī)可以根據(jù)所用樹(shù)脂的種類單獨(dú)地調(diào)整溫度。第二臺(tái)擠出機(jī)（主機(jī)）的進(jìn)料是輔料（木粉或其他）輔料通過(guò)重力計(jì)量器進(jìn)行計(jì)量。這臺(tái)擠出機(jī)還設(shè)置另一臺(tái)計(jì)量器對(duì)回收的碎料及第二種輔料進(jìn)行計(jì)量。 在擠出機(jī)的第一段，木粉到達(dá)擠出機(jī)的機(jī)筒，并由設(shè)在螺桿頂部的出氣口排出殘余的濕氣。木粉的濕度不應(yīng)超過(guò)5-6%的濕度臨界值，如果濕氣沒(méi)有徹底去除生產(chǎn)過(guò)程可能中斷。 在機(jī)筒的第二段，木粉被加入到來(lái)自第一臺(tái)擠出機(jī)的熔融的樹(shù)脂中，熔融樹(shù)脂裹繞并包覆了木粉。第二段具有特殊幾何形狀的螺桿能夠?qū)旌衔镞M(jìn)行強(qiáng)力的混合，并且產(chǎn)生了一個(gè)壓縮區(qū)。它對(duì)模頭的混合物提供所需的壓力。 上述成果的獲得要?dú)w功于采用了鮑山諾的多驅(qū)動(dòng)雙螺桿擠出機(jī)。 主擠出機(jī)料筒的第二段及平模頭的溫度是根據(jù)所用樹(shù)脂的熔化溫度來(lái)進(jìn)行調(diào)整。過(guò)高的溫度會(huì)引起混合物的分解。不充分的溫度卻阻礙了正常的塑化，及經(jīng)模唇擠出的效果。 由PP/木粉混合物組成的“保利木”生產(chǎn)過(guò)程，需要一個(gè)等于或者稍高于PP熔點(diǎn)的輸出溫度，（接近190℃）熔融的產(chǎn)品必需同時(shí)受到壓縮，冷卻延展到所需的厚度。 采用專門設(shè)計(jì)的三輥壓延機(jī)來(lái)完成上述步驟，它具有堅(jiān)固和精確的特點(diǎn)。 兩輥牽引裝置設(shè)置在生產(chǎn)線的后部，它可使板材連續(xù)的前進(jìn)。在堆垛步驟之前，板材經(jīng)切割裝置成所需求的長(zhǎng)度。5、艾因工程技術(shù)公司生產(chǎn)中空大型寬幅厚合板技術(shù)： 專利技術(shù)：將大量的木粉與塑料樹(shù)脂混合混煉后形成高粘度狀態(tài)，在中空狀的模具中高壓擠壓成型技術(shù) （1） 木粉干燥技術(shù)：開(kāi)發(fā)不使用熱源（鍋爐熱、電熱、加熱器等）利用回旋沖擊而產(chǎn)生的裁斷發(fā)熱，將水分從木粉中“趕出去”的干燥方法。用這種方法將木粉的水分完全除去，使制造高質(zhì)量木材成為可能，而排除水份所需的時(shí)間僅為15分鐘。（2） 開(kāi)發(fā)了在大量木粉中加入少量的熱塑性塑料并進(jìn)行一體化的技術(shù)和獨(dú)自的混煉技術(shù)。這是通過(guò)高速回旋葉片的摩擦熱將木粉和熱塑性塑料進(jìn)行混煉，在分子的層面上實(shí)現(xiàn)一體化的技術(shù)。另外通過(guò)強(qiáng)化劑的開(kāi)發(fā)得以制造更優(yōu)異的強(qiáng)度的木材。（3） 將高濃度混合的木粉顆?；鞜挸筛哒扯热廴跔顟B(tài)，用擠壓機(jī)高壓擠出，注入模具中，邊用高壓擠壓邊使其成型。因?yàn)檎扯雀咴谙蚯胺绞┘訅毫Φ臓顟B(tài)下向前方擠出。借助這種施加高壓的技術(shù)以及強(qiáng)化劑的開(kāi)發(fā)，運(yùn)用提高木粉和熱塑性塑料結(jié)合度的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了沒(méi)有扭曲變形，而且具有高密度、高強(qiáng)度的木質(zhì)復(fù)合板的制造技術(shù)。生產(chǎn)的合成木材的特點(diǎn)：（1） 成功實(shí)現(xiàn)了擠壓成型900mm寬的厚度達(dá)100mm的、具有優(yōu)異彎曲強(qiáng)度及剛性的中空狀大型合板；（2） 具有“伸縮性小”、“與鋁材相同的外形尺寸安定性”，而且“表面硬度大”，因而可以安心地利用桌面及地板材等領(lǐng)域；（3） 具有可以“在水中長(zhǎng)期使用”的強(qiáng)度和耐水性，而且“不腐爛、不蟲(chóng)蛀、不發(fā)霉”，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在戶外使用；（4） 為含有大量的木粉，所以切斷、粘合、涂飾等加工均與木材完全相同；（5） 螺絲固定能力優(yōu)于木材；可以反復(fù)再生利用。三、國(guó)內(nèi)木塑復(fù)合材料研究與生產(chǎn)情況 以上例舉了國(guó)外一些學(xué)者及廠商在木塑復(fù)合材料方面的研究成果，他們?cè)诖祟I(lǐng)域已取得了很大的發(fā)展。國(guó)內(nèi)在植物纖維與熱塑性塑料復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外差距還很大，但也作了不少工作。 北京化工大學(xué)塑機(jī)所（7）于1998年就開(kāi)始研究木粉/PE、PP以及PVC復(fù)合材料，研究了木粉各種不同的處理方法對(duì)復(fù)合材料的性能的影響，以及木粉的填充量、木粉種類、木粉尺寸等對(duì)復(fù)合材料的流變性能、力學(xué)性能以及微觀結(jié)構(gòu)等影響，研制了不同木塑復(fù)合材料的制備及型材擠出成型設(shè)備及工藝技術(shù)，成功地開(kāi)發(fā)出包裝托盤產(chǎn)品和木塑寬幅板材、各種中空型材制品，先后在國(guó)內(nèi)上海、安徽、江蘇、北京、浙江、遼寧、內(nèi)蒙古、山東等省市企業(yè)投入了工業(yè)化生產(chǎn)。 浙江大學(xué)的方征平等[8]研究了乙烯—丙烯酸共聚物（EAA）對(duì)線型低密度聚乙烯（LLDPE）/木粉復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，并與其他幾種彈性體的影響進(jìn)行了對(duì)比。發(fā)現(xiàn)EAA對(duì)體系有良好的增容作用，能明顯提高材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。 四川大學(xué)的楊鳴波等[9]人使用了一種含酯鍵的表面活性劑處理秸稈粉，制備秸稈/PVC木塑復(fù)合材料，研究結(jié)果表明秸稈/PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度隨秸稈含量增加下降，但下降幅度較小。所選的處理劑對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能及加工性能有較好的改善作用。 中科院廣州化學(xué)所的廖兵等[10]人采用化學(xué)改性方法，研究接枝上有機(jī)氰乙基后對(duì)PVC/木纖維復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。由于木纖維含有許多—OH基團(tuán)，使它表面是親水的，與PVC表面親和性極差，通過(guò)接枝反應(yīng)，可將木纖維上的—OH基團(tuán)接枝上有機(jī)基團(tuán)—CH2—CH2—CN，是木纖維表面變成親油性質(zhì)，提高了木纖維與PVC兩者界面粘著力，同時(shí)也使木纖維在復(fù)合材料中更易分散。從而大大提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。 華南熱帶農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)所劉惠倫等[11]研究了劍麻短纖維和環(huán)氧化天然橡膠（ENR）/PVC共混比對(duì)劍麻短纖維補(bǔ)強(qiáng)ENR/PVC復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，該復(fù)合材料具有較高的硬度和縱向拉伸強(qiáng)度，較低的扯短伸長(zhǎng)率且扯短永久變形，良好的耐油和耐老化性，劍麻短纖維的用量宜為30份，ENR/PVC共混比宜為70/30。 昆明理工大學(xué)的劉如燕等[12]研究了不同界面處理劑對(duì)廢棄物復(fù)合材料性能的影響，并使用現(xiàn)代測(cè)試方法（紅外光譜）對(duì)其進(jìn)行初步探討。處理劑包括鈦酸脂偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑等，經(jīng)過(guò)處理后材料性能明顯提高，同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明丙烯酸單獨(dú)使用時(shí)不能改善復(fù)合材料的界面，當(dāng)輔以DCP時(shí)，能很好地改善界面粘結(jié)情況提高復(fù)合材料性能。 我國(guó)木材綜合利用水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，差距還很大。原木制材加工中所產(chǎn)生的端材、木屑、刨花等占原木的25%-30%，僅木屑一種每年就有200萬(wàn)噸左右，至今只有一小部分得到利用，大部分被丟棄，造成一定的環(huán)境污染。而眾所周知的“白色污染”也越來(lái)越嚴(yán)重，處處可見(jiàn)的塑料薄膜令人觸目驚心，社會(huì)急需解決各種塑料的回收問(wèn)題，因此能以經(jīng)濟(jì)合算的工藝將我國(guó)目前尚不能形成規(guī)模處理的廢舊材料制成高附加值的木材替代品，從環(huán)保方面來(lái)講，一可以使廢舊塑料、廢舊木材再利用，減少污染，二可以節(jié)省木材，而且比塑料價(jià)格便宜，從而降低成本，所以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)急需木塑復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化。 我國(guó)的木塑復(fù)合材料制品的生產(chǎn)一直沒(méi)有形成工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，直至近幾年在國(guó)外研究的基礎(chǔ)上開(kāi)始研究并生產(chǎn)木塑托盤制品，但生產(chǎn)產(chǎn)量較低，產(chǎn)品檔次也比較低。同時(shí)國(guó)內(nèi)一些企業(yè)正著手引進(jìn)國(guó)外木塑材料生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)。木塑復(fù)合材料主要的發(fā)展趨勢(shì)是木塑復(fù)合材料微發(fā)泡技術(shù)、大型寬幅較厚的板材制品技術(shù)等成套設(shè)備及制品成型技術(shù)的開(kāi)發(fā)，改善木塑制品應(yīng)用中存在的諸如密度大、尺寸不能滿足實(shí)際需要等問(wèn)題，不斷擴(kuò)大木塑制品的應(yīng)用領(lǐng)域。四、木塑復(fù)合材料研究的關(guān)鍵問(wèn)題 木塑材料的制造關(guān)鍵技術(shù)是如何保證木粉的高填充量，木粉填充量高達(dá)８０％－９０％以達(dá)到制品有較低的生產(chǎn)成本和較高的使用性能。作為在高填充量的前提下如何確保材料有高的流動(dòng)性和滲透性從而能促使熱塑熔膠能充分的粘接木粉，達(dá)到共同復(fù)合的力學(xué)性能及其他方面的使用性能。主要解決如下幾個(gè)方面的問(wèn)題： 1、原材料(塑料、木粉種類)的選擇及如何提高塑料與木粉之間界面結(jié)合力：因?yàn)閷?duì)于兩相復(fù)合界面往往成為應(yīng)力集中區(qū)。因此提高復(fù)合材料力學(xué)性能的關(guān)鍵是提高界面的相容性。 2、制品的成型設(shè)備及成型工藝——如何提高木粉在體系中共混分散的能力及建立足夠的成型壓力。 3、成型模具的設(shè)計(jì)與冷卻定型技術(shù)：產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量提高的關(guān)鍵因素。五、應(yīng)用市場(chǎng)及前景 我國(guó)是一個(gè)木材資源貧乏的國(guó)家，森林覆蓋率12．7%，人均森林蓄積量10立方米，人均木材消耗水平不足0．05立方米/年，分別低于世界平均值22%，每年要進(jìn)口木材500-1000萬(wàn)立方米；我國(guó)鋼產(chǎn)量也不高，人均僅為美日等國(guó)的幾分之一，缺口比較大。因此迫切需要以塑代鋼，創(chuàng)造“第二森林”，將成為一個(gè)長(zhǎng)期的技術(shù)政策。 生產(chǎn)木塑制品，原料充足，制品技術(shù)性能可靠，價(jià)格低廉，只要各行各業(yè)大力協(xié)作，加快木塑制品的研究、推廣，制品的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的，見(jiàn)表1所示：
北美是目前世界木塑復(fù)合材料市場(chǎng)最大的地區(qū)，據(jù)美國(guó)Pricipia Partners 咨詢公司的專項(xiàng)報(bào)告"2001年木塑復(fù)合材料用作建筑用鋪板--充滿活力的室外建筑應(yīng)用"中指出，2001年僅北美市場(chǎng)用量就達(dá)32萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2005年前需求以兩位數(shù)速率遞增，2005年用量將比2001年翻番，其中鋪板（包括平臺(tái)、路板、站強(qiáng)臺(tái)、墊板）用量就占總用量的60%以上。因其不開(kāi)裂、翹曲，維修容易，外觀好，耐用。除鋪板外，還有護(hù)墻板、天花板、裝飾板、踏腳板、壁板、高速公路噪音隔板、海邊鋪地板、建筑模板、防潮板，還可做裝飾邊框、柵欄和庭園扶手、包裝用墊板和組合托盤，家俱包括室外露天桌椅，船舶坐艙隔板、辦公室隔板、貯存箱、花箱、活動(dòng)架，開(kāi)發(fā)中的制品有披疊板、百頁(yè)窗等。由于木塑復(fù)合材料是環(huán)境友好材料，Strandex公司指出，盡管目前歐洲用量不大，但因?yàn)榧庸S擔(dān)心歐洲反對(duì)用PVC會(huì)由歐共體以法規(guī)形式有效地限用PVC，所以木塑窗框替代PVC窗框是個(gè)巨大市場(chǎng)和機(jī)會(huì)，因此有人認(rèn)為木塑制品替代PVC和其他塑料制品會(huì)象以前塑料替代木制品一樣，增長(zhǎng)會(huì)相當(dāng)快。 總之，木塑復(fù)合材料是一種前景看好的環(huán)保型材料，加工技術(shù)日趨成熟和多樣化。六、木塑材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的問(wèn)題與趨勢(shì) 1、材料供應(yīng)與品種問(wèn)題 2、再生材料回收問(wèn)題 3、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)問(wèn)題 4、產(chǎn)品強(qiáng)度問(wèn)題 5、聚烯烴木塑產(chǎn)品后處理問(wèn)題 6、產(chǎn)品驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題 根據(jù)國(guó)內(nèi)外木塑復(fù)合材料的研究與應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，可以預(yù)計(jì)木塑復(fù)合材料加工技術(shù)主要有如下發(fā)展趨勢(shì)：（1）原料多樣化；（2）木粉填充量超高化；（3）設(shè)備、工藝專業(yè)化；（4）產(chǎn)品高檔化。參考文獻(xiàn)： 1． R.G.RAJ and B.V.KOKTA .Compounding of Cellulose Fiber with Polypropylene:Effect of Fiber Treatment on Dispersion in the Polymer Matrix .J.Appl.Poly.Sci. Vol.31， No.18 ，1987-1986，1989。 2．M.Xanthos. Processing Conditions and Coupling agent effect in Polypropylene/Wood Flour Composites. Plastics and Rubber Proc. & Appl. Vol3， No.3，223-228， 1983。 1、3. R.G.Raj and B.V. Kokta,Polym .Eng .Sci.,1991,31(18):1358-1362。 4 、B.V．Kokta,D.Maldas,C.Daneault,etc.,Composites of Poly(Vinyl Chloride) and Wood Fibers. Part ii:Effect of Chemical Treatment, Polym. Compos.,1990,11(2):84—89. 5、 Laurent M. Matuana,Chul.B.Park,Effect of Surface on the Adhesion Between PVC and Wood Veneer Laminates,Polym.Eng.and Scien.,1998,38(5):765_773. 6、K.L.Yam,B.K.Gogoi,C.C.Lai,and S.E.Selke,Polym.Eng.Sci,1990,30(11):693-699 7、張明珠.木質(zhì)纖維填充熱塑性塑料復(fù)合材料與擠出成型的研究. 北京化工大學(xué)碩士論文，2001.5. 8、方征平，蔡國(guó)平等. EAA對(duì)LLDPE/木粉復(fù)合材料的改性.中國(guó)塑料,1999,13(11):44-46. 9、楊鳴波，李忠明等.秸桿/聚氯乙烯復(fù)合材料的初步研究.材料科學(xué)與工程，2000，18（4）：27_29. 10、廖兵.廢舊塑料回收利用技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).塑料加工技術(shù)及裝備發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)論文集，2001:310_313. 11、劉惠倫等.劍麻短纖維補(bǔ)強(qiáng)環(huán)氧化天然橡膠/PVC復(fù)合材料性能的研究.橡膠工業(yè)，2000（47）：論文來(lái)源： 中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì)塑料技術(shù)協(xié)作委員會(huì) 2005年會(huì)暨塑料加工高新技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化研討會(huì) |
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