关于木塑复合材料商业应用的分析

1973年Sonnesson Plsat AB公司销售商品名为Sonwood的PVC/木粉复合材料。它首先是由木粉和PVC复合制成片材,然后挤塑成型。20世纪90年代,木塑复合材料蓬勃发展,美国市场对木塑复合材料产品的需求增长迅速。据1999年《An lnvestigation of the 

Potential to Expand the Manufacture of Recycled Wood Plastic Composite Products in Massachusetts-Technical Report  #19» 报道,美国当时的木塑复合材料产品销售最近1500000吨/年,比1997年增加了两倍,主要产品是地板块、盘子、汽年内饰板、窗框、栅栏和装饰材料。预计北美对用作塑料填料的木材纤维的需求在汽车应用领域的年增长率为15%~20%,而在某些建材应用领域木材纤维需求的年增长率达到50%。在美国,木塑复合材料的最大增长点是对结构性能要求较少的建筑产品,如铺盖板、栅栏、地板、装饰线条等。其中木塑复合材料铺盖板市场增长较快,份额从1997年的2%上升至2000年的8%,美国至少有20个厂家生产木塑复合材料铺盖板。门窗型材是木塑复合材料的另一大市场,窗材中的塑料主要用PVC。而欧洲木塑复合材料主要应用在汽车工业中,如侧门板、内饰等。

木塑复合材料的制备过程对材料性能的影响很大,因此加工设备对木塑复合材料的生产应用起到至关重要的作用。一些知名塑料机械厂纷纷推出木塑加工专业设备,以适应市场发展的要求,如美国Strandex公司、印度DGP Windsor Cincinnati Milacron公司、德国Krupp W&P公司等。

国内方面,加拿大未来技术有限公司于1998年将木塑复合材料技术在我国出售;江苏润聚新材料科技有限公司与北京化工大学合作成功开发PVC木塑发泡板,已申请了多项国家专利。另外,也有一些公司在开发木塑建筑模板、橱柜板。总的来说,不管是从产量、市场占有份额,还是产品种类等 · 和国外相比还有较大的差距,目前市场空白较大,前景看好。

目前木塑复合材料的研究重点是什么? 

​目前木塑复合材料研究的重点主要是木粉的预处理、复合材料的增韧增强、材料的吸水性及回收废旧塑料和废旧木塑材料的应用等方面。

Adrian等制备了PP/木粉复合材料,比较了用马来酸处理木粉和直接加入马来酸酐接枝聚丙烯对材料性能的不同影响,结果表明两种方法都能提高木粉在材料中的分散性,而MAPP的加入提高了材料的抗蠕变能力。Ichazo等研究了木粉的处理及偶联剂对木塑复合材料力学性能、微观结构、热性能及熔体流动速率的影响。结果表明:氢氧化钠浸渍处理木粉可以改善木粉在树脂基体中的分散性,而硅烷偶联剂和MAPP的加人不仅使分散性得到提高,而且提高了界面相容性,使复合材料的拉伸强度得到一定的提高。Qngxiu Li等通过挤出方法制备了发泡HDPE/木粉复合材料,研究了化学发泡剂(CFAs)钟类以及偶联剂的加人纯HDPE和HDPE/木粉复合材料泡孔结构及孔隙率的影响,结果表明偶联剂的加入使复合材料具有较高的空隙率,而不管使用何种发泡剂其最佳用量均为0.5%。

Bin Xu等研究了木粉填充PS/HDPE共混复合体系,发现随着木粉含量增加,材料的弹性模量增加,扫描电镜观察和热分析表明PS相和木粉颗。

粒有一定的相互作用;PS组分的加人使复合材料的抗蠕变性能得到提高,在PS:HDPE为75:25时材料的蠕变最小。Laurent研究了PVC/木纤维复合材料及其微发泡材料。Mehdi等研究了几种不同的天然纤维填充PP复合材料,吸湿性研究表明废旧报纸复合PP的吸水性能高于木粉和木纤维/PP复合材料,我认为木纤维的吸水性能低是因为与树脂基体具有较好的界面相容性。Kristiina等对PP/木粉复合材料进行了增韧研究,加人的乙丙橡胶和氢化苯乙烯一丁二烯苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)提高了材料的冲击性能,而通过马来酸改性的EPDM和SEBS则大大地提高了材料的韧性。EPDM-MA均匀地分散于PP树脂基体中,橡胶直径在0.~1um之间。

2017研究:木塑复合材料在国内的发展历程

​我国在木塑复合材料方面的研究起步较晚,到20世纪80年代中期,福建林学院的杨庆贤等才率先在国内进行木塑复合材料的研究,对木粉和废旧塑料的复合进行了初步的探索研究并开发了几种产品。20世纪80年代末,中国林科院木材工业研究所开始了对木纤维和PP纤维复合材料的研究,研究的内容包括材料的的机械性能、加工设备和生产工艺等方面。

进入20世纪90年代以后,我因的科研工作者在木塑复合材料方面做了大量的工作,对各种树脂基体的复合材料、界面相容性、挤出加工的实现等问题都进行了大量的研究。浙江大学的方征平等研究了乙烯一丙烯酸共聚物(EAA)对线型低密度聚

乙烯(LLDPE)/木粉复合材料力学性能的影响,发现EAA对体系有良好的增容作用。北京化工大学的朱晓群等研究了木粉HDPE复合材料的力学性能与流动性,考察了木粉含量、粒度、界面相容剂用量对复合材料力学性能、流动性的影响。

四川大学杨鸣波等使用了一种含酯键的表面活性剂处理秸秆,制备了秸秆填充PVC、PP复合材料,从复合材料的力学性能、流动性、微观结构等方面进行了研究,所选处理剂对复合材料的性能有较好的改善作用。袁新恒等进行了废报纸填充聚丙烯材料的研究,通过加入MAPP来改善报纸与PP基体的相容性,并针对报纸填充后材料变脆的问题,用EPDM和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)对材料进行增韧,均取得了显若的效果。苑会林等对木粉填充聚氯乙烯发泡体系进行了研究,实验结果表明用铝酸酯和丙烯酸丁酯处理木粉可以提高复合材料的力学性能,SEM观察显示在木粉和PVC之间形成了高强度的界面层。崔文瑾等从配方、挤出模具、工艺等几个方面研究了PVC/木塑复合材料的制备方法。

2017研究:木塑复合材料在国外的发展状况

​早在1907年,国外就有人利用热固性酚醛树脂与木粉复合制得木塑复合材料,但由于受当时科学发展水平和技术条件的限制,最早的纤维主要是尺寸较长的韧皮类纤维,如亚麻、黄麻等,被填充的树脂基体多为热固性树脂,如酚醛树脂及不饱和聚酯树脂等,其产品有飞边、毛刺等缺点,因而应用受到限制。

到20世纪90年代,植物纤维/热塑性塑料成了木塑复合材料的首选,其产品也进人了实际应用阶段,但当时的产品主要用于托盘、包装箱等。美国Andex公司在经过10多年的研究后,已在美国、加拿大、日本获得了8个专利许可证。加拿大Onyx公司于1997年在多伦多建立了3条生产线,每条生产线生产能力约为1000吨/年;1998年又扩大到13条生产线;到1999年已达到43条生产线。美国Tuntech公司也将原生产木塑托盘的生产线转产为高附加值的建筑隔音板生产线。德国Kraus-Maffei公司和奥地利Cincinatti Milacron公司也对木塑复合材料做了多年的研究,而CincinattiMilacron公司在木塑复合材料挤出机设计和工程化方面很有经验,实际投放使用的设备已超过100台,挤出量达到770kg/h,并已公开展示了用于木塑复合材料生产的“Ti一tan”系列锥形双螺杆挤出机。

另外,意大利Bausano公司和ICMASanGiorgio公司也在20世纪70年代开始从事木粉填充塑料配混料加工设备研究工作,并用异向锥形双螺杆挤出机生产出含有50%木粉和so%pp 的板材,据称还可生产含7o%~80%木粉和2o%~3o%pp的型材,其保利木生产线最大生产能力也已达到600~800kg/h。日本EIN株式会社在经过长达18年的研究后,于2001年成功地研制出了比木屑板、MDF板、胶合板更具有优良性能的大型木塑板材,其弯曲强度达到了58MPa,并开创了木塑复合材料加工方面的多项领先技术其产品已应用于隔墙板、建筑模板、门窗、家具等多种场合。

什么是PVC木塑发泡板? 

​PVC木塑发泡板是采用“塞卢卡”法化学发泡的具有连续坚硬表皮、芯部封闭泡孔结构的PVC芯层发泡板材。它是把各种配混好的PVC原料、木纤维和功能助剂等,通过专用木塑挤出机,在一定的温度和压力下,制成厚度均匀的结构板材,其表皮通过外部模具的骤冷定型形成表皮不发泡且芯层具有发泡结构的新型板材。

普通PVC木塑复合材料的性能优势

​PVC木塑板材与其他板材相比较,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度都要好,这是因为木质素和PVC之间,即质子的给予体和接受体之间有较强的化学反应能力。另外木质素分子上的羰基和pvc分子的氢原产之间,或者木质素分子上羟基官能团和PVC分子上的氯原子之间的相互作用有利于力学性能的提高。

目前人造板应用以室内装修及家具业为主,所用的人造板主要是以脲醛树脂为胶黏剂的板材(如刨花板、中密度纤维板、胶合板等)。与这些传统的人造板相比,木塑板材主要过有以下优势和特点:首先 ,由于木塑复合材料的生产中不使用脲醛树脂等可

释放甲醛的黏合剂,因此产品无游离甲醛释放,符合国家环境保护政策,是对人体健康无害的环保材料,这是普通人造板无法比拟的。

其次,PVC木塑复合材料具有耐水、耐磨、耐腐蚀、不易不被

虫蛀、离火自熄等特点,且兼具木材和塑料的加工特性。从而在不同工艺条件下,木塑复合材料的强度性能会有较大提高,从而可以用于对强度要求高的场合。最后,木塑复合材料中的木质素可以是木屑、秸秆、废纸等废弃物,塑料可以用回收的废旧热塑性树脂,这样就做到了废弃物循环利用,具有重要的环保意义。

木塑复合材料有哪些应用领域

​木塑复合材料的应用领域非常广泛,凡是以木材或木质材料为主材料的应用领域都可用木塑复合材料来取代。

建筑结构材料:室内外各种铺板、栅栏、建筑模板、防潮隔板、楼梯板、扶手、门窗框、水上建筑、路板等。PVC木塑发泡板,已可作为建筑模板成功应用于城市化改造项目及广场隧道等项目中。
汽车制造:门内装饰板、底板、座椅靠背、仪表板、扶下、座位、底座、顶板等。
物流:各种规格的运输托盘和出口包装托盘、仓库铺垫板、各类包装箱、运输玻璃货架等。
园林:室外桌椅、庭院扶手及装饰板、花箱、露天铺地板、废物箱等。
室内装潢:各种装饰条、装饰板、镜框条、窗帘圈及装饰件、活动百叶窗、天花板、壁板等。
木塑复合材料还可用于包装行业、家具制造、复合管材、铁路枕木等,相信在不远的将来,木塑复合材料的应用领域仍将进一步扩大。

PVC木塑复合材料的优点有哪些

​PVC木塑复合材料在成本、加工性能、表面装饰性能以及其他方面的性能都较PE木塑复合材料优越,主要表现在以下几个方面。

(1)PVC木塑复合材料可以用新料或者旧料生产(而PE用新料生产则成本太高),改性也较容易,填充的量依产品用途而定。

(2)PVC可以做成低发泡的木塑复合材料,这样成本更低,采用共挤方式(双料、多料共挤或钢塑共挤),强度和木纹感都比较好。

(3)PVC可以二次加工为多样表面纹饰,表面可刷涂油漆,包括UV漆,产品美观且色牢度好。

(4)PVC木塑制品的防水、防腐性能也同样优越。

PVC木塑与PE木塑产品的区别

PVC木塑与PE木塑的区别主要体现在加工方式、用途等方面。

(1)生产方式不同: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、冷推法和三辊法。

(2)原料不同:PE木塑产品的原料主要是二、三级PE回收料、木粉、钙粉和少量助剂;制造PVC木塑产品的原料主要是PVC树脂粉,PVC回收料、木粉、钙粉和部分助剂等

(3)性能不同:PE木塑复合材料密度大、硬度高、脆性大、孀变也大,PVC木塑产品可发泡、重量可调节、硬度可调、韧性好,有蠕变,但没有PE木塑产品蠕变大。

(4)用途不同:PE木塑产品主要是以室外园林建设为主,如护栏、地板、垃圾桶、花池、托盘等;PVC木塑产品主要是室内装饰材料,如门、地板、踢脚线、门套以及建筑模板、橱柜板等。

​木塑复合材料的分类

​    随着对木塑复合材料的开发,目前生产木塑复合材料用量较大的塑料原料主要分为三大类:PVC,PE,PP,以PVC和PE为主。PE,PP木塑复合材料在加工过程中需要先造粒,而PVC木塑复合材料分为一步成型和先造粒两种。PVC木塑复合材料以室内装饰材料为主,如门、地板、橱柜板,以及建筑行业的建筑模板;PE、PP木塑复合材料以室外园林建筑为主,如护栏、铺板、垃圾桶、花池及托盘等。