木塑复合材料的研究与应用

第29卷 第351 2 0 0 4年 5月 林 业 科 技 FoRESTRY SCIENCE & TECH NOLOGY Vo1．29 NO．3 May 2004 文章编号 ： 1001m9499 (2004)03一o04l一03 木塑复合材料的研究现状与应用前景。 许 民 姜晓冰 王克奇 (东北林业大学 ，哈尔滨 150040) 摘要 ：木 塑复合材料是一种新型环境友好材料 ，是现代材料 工业发展 的主要方向之一 。掌握 国 内外 的发展 势态． 深入研究其结构和界 面特性 ，对改善木塑复合材料的物理 力学性 能，推进产品的发展历程是十分 必要 的，文章 就木塑复合材料的研 究现状及应用前景进行 了阐述。 关键词 ：木塑复合 材料 ；发展现状 ；应用前景 中图分类号：TQ 316．6 文献标识码 ：A 1 概 述 木塑复合材料是 以木材和塑料为原料 ，加入 偶联剂等改性助剂 ，经过热压复合、熔融挤 出等 不同加工方式制成 的一种新型材料。这种材料既 能充分发挥材料中各组分的优点，克服因木材强 度低、变异性大等造成的使用局限性，又能克服 有机材料的低弹性模量等使用缺陷，并能改进材 料的物理力学性能和加工性能，降低成本并扩大 其应用范围，提高材料的附加值⋯。但是在复合 过程中，由于木材表面大量极性羟基和酚羟基官 能团的存在而具有亲水性，而塑料表面具有疏水 性 ，很难 实现界面的融合。此外，木材表面之间 的氢键作用也使木材纤维在热塑性材料中不能均 匀分散，从而影响了材料的复合性能。因此，需 要添加不同的偶联剂或进行材料表面的化学改性， 以改善木材表面 的极性化程度 ，降低木材表面与 热塑性材料之间的界面能差 ，提高木塑复合材料 的复合性能 。 木塑复合材料的研究在我国起步较晚，且进 展缓慢 ，现已开展 的研究主要侧重于木塑复合材 料的复合工艺 和对塑料基材进行改性处理 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的 研究。在提高材料的相 容性方面，上海交大高分 子材料研究所用马来酸酐接枝聚丙烯作为偶联剂， 应用于纸粉或纤维素填充的PP体系中，并对提高 材料相容性的机理进行了分析 ¨。在商业方面， 北京化工大学和北汽对福田汽车进行了 WPC产品 专用设备的开发 。由于 目前 国内对木塑复合材 料的基础性研究较少 ，对采用 表面非极性化方式 从根本上消除影响木塑复合材 复合性能的极性表 面，以及木材 中各化学组分在非极性化过程 中的 贡献缺乏相应 的研究 ，在进行木塑复合材料的研 究中缺少相应的理论指导，从 而造成在研究过程 中不能根本解决木塑复合材料的质量稳定性和性 质均匀性 问题 J。因此，解决木塑材 料复合性能 的最佳方法是对木材表面进行非极性化处理 ，这 样既可以消除在木材表面与热塑性 塑料表面问的 相斥性 ，又可以消除在木材表面的氢键效应 ，增 加木材在塑料基材 中的分散性 。但在木材表面采 用的是酯化、醚化或接枝方法进行非极性化处理 ， 如何使木材表面达到最佳的非极性化程度，还需 要对在不同处理过程中木材表面各化学组分的非 极性化程度和结构稳定性 ，以及处理后木质材料 的界面特征进行研究，以确定采用何种方法在木 材表面获得均匀、稳定 的非极性化表面，使木塑 复合材料具有牢固的结合表面。开展这方面的研 究 ，是取得高品质木塑复合材料的先决条件 】¨。 1964年木塑复合材料曾被誉为当年世界十大 科学成就之一。2O世纪 8O年代初 ，木 塑复合材 料在国外就已有研究成果和实际应用 ，目前国外 对木塑复合材料又有了更深入 的研究 ，开发出 PE · 黑龙江省科学技术计划项 目 <绿色洁净轻质木塑复合材的研究》 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ，项 目 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 号：GCOIC207； 哈尔滨市科学技术计划项 目 <高木基含量木塑板的开发研究》内容，项 目编号：0111211105 维普资讯 http://www.cqvip.com 42 林 业 科 技 第 3期 木粉、PS木粉、PP木 粉、PVC木粉等多种复合 材料及制品 。从 20世 纪 80年代开始 ，偶联剂 成为 WPC的研究热点 ，偶联剂的发展使木材纤维 和高聚物的界面特性较 以前有 了很大的改善 ，复 合材料的物理力学性能有所提高 。 2 木塑复合材料的研究现状 2．1 混合复合型 WPC的研究 木塑混合复合指的是木材与塑料之问的结合 是通过适当的胶粘剂进行胶合 ，木材和塑料在固 化后仍然保持各 自的状态。对于此类复合材 ，常 用热塑性塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯对苯 二甲酸盐、聚苯乙烯、聚酯等 J。美国林务局林 产品研究所为保护环境和充分 利用木材资源 ，利 用铁杉纤维 (HF)、聚酯纤维 (VFET)、废木材 纤维 (DF)、高密度聚乙烯 (VHDPE)等废 旧木 质纤维与塑料 ，采用 PET和 HDPE两种方式加工 AL系列木塑复合簿板 ¨。中国林科 院木工所木 质纤维复合材料专题组，使用红松纤维与聚丙烯 纤维进行复合的研究结果表明，添加聚丙烯纤维 虽改善了材料的模压性能，但导致材料的各项物 理力学性能下降 ，对聚丙烯进行预处理后 的复合 材料模压制品，其各项技术指标可 以达到一汽大 众 TL—VW94标准 ¨。 2．2 木材基质的塑化复合型 wPC的研究 以木材为基质的塑化复合材 ，是将实木或单 板浸以其它高分子有机单体或预聚物，通过物理 或化学方法引发聚合制成的改性材料。在使用塑 料单体作为浸注体时，由于这些单体通常都是非 极性化合物 ，与木材中的极性羟基不会发生化学 反应，只是在 自由基引发剂和热辐射源的引发下 才能使塑料单体产生自由基，并在木材中聚合， 形成高分子聚合物，填充于木材管胞或纤维的胞 腔中。用这种方法复合成的材料也叫塑合木 ，这 种复合方式可以提高木材的尺寸稳定性、耐腐性， 以及木材的物理力学性能 “。各种 乙烯基单体 ， 如甲基丙烯酸酯、苯 乙烯、丙烯腈、氯乙烯以及 环氧树脂等常用来做浸渍材料。岳翠银等将苯乙 烯及顺丁橡胶混合液浸注于沙兰杨木材中．经加 热聚合而成木塑复合材 。这种复合材在力学强度 和尺寸稳定性等方面均较沙兰杨素材有所提高。 总之，经此类方法改性 后的木材与未改性 的木材 相比，具有强度高、硬度大等一系列特点，然而 这些单体主要沉积在木材 的细胞腔 内，而没有进 入细胞壁，故尺寸稳定性的提高有限。此外，处 理的成本也偏高。 2．3 木塑熔合物的研究 木塑熔合物是一种新型的木材塑化技术。在 塑料工业 中，经常将一种聚合物与另一种聚合物 相熔合 ，聚合物与聚合物间的连接是同性 的。为 了制造木塑熔合物，木材单体和塑料单体必须进 行改性 ，以使得添加到一起的木纤维与塑料相容。 王建军等对木纤维一聚乙烯复合材料中聚乙烯进 行改性研究 ，结果表明塑料分子的极性有所提高。 20世纪 90年代后期，吴健身、王正对木 塑纤维 复合材料组分 中添加聚丙烯纤维和聚丙烯纤维进 行预处理引起材料物理力学性能和模压性能的变 化进行 了研究 。 3 木塑复合材的发展及应用前景 木塑复合材不含有 甲醛系胶粘剂 ，是一种新 型的 “绿色”建材。由于产品 自身具有优 良的防 腐蚀、防虫蛀、防水及物理力学性能和可钉、可 锯的二次加工性能，再加上基本生产原料可采用 回收的废旧塑料和农作物剩余物，其产品价格低 廉，因此不少国家都投入较大财力进行开发。 目 前我 国主要用 于建筑领域的 门窗 、 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 、地板 、 吊顶和屋面板，包装领域 的搬运垫板和托盘，交 通领域的铁路轨枕和高速公路的噪音隔板等。 建筑业是我国的支柱产业，每年建筑施工约 需要模板木材 320万 m ，在使用推广竹模板的同 时，寻求新型的高效能、廉价的建筑模板是当务 之急 ，而木塑模板恰好是最好的选择。据有关测 试结果表明，木塑模板各项性能均能达 到建筑用 模板的要求 ，特别是不存在吸水变形和厚度公差， 不粘接砼表面，耐冲击 、耐腐蚀 ，其高度的尺寸 稳定性是其它材料不可 比拟的。因此将木塑制品 开发为建筑模板，从使用功能和成本造价方面看， 都是现有模板材料的最佳选择 引。 同时，木塑制品也是现代木轨枕 的理想替代 材料。木轨枕在当今世界多数铁路仍是首选用材， 直到 20世纪 90年代末仍占 75％。据预测 ，2l世 纪前 l0年全 国铁路木枕用量将达到 80万 m 以 上 ，2010年以后 ，优质木枕将超过 100万 m ，连 同其它将增加到 500万 m 以上。我 国木材短缺， 木塑制品具有高于木材的防腐性能和抗冲击性能 ， 因此 ，进一步降低木塑制品的成本 ，作为铁路轨 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 29卷 许 民等：木塑复合材料的研究现状与应用前景 枕将有广阔的市场前景 。此外 ，托盘是货物储运 应用极其广泛的产品，我国年产量约 1亿个 ，产 值近 10亿元。托盘约 90％为木制品，用木托盘 无疑是对我 国森林资源的一种浪费，改用木塑托 盘，其各方面性能都优于木材，且价格低，有利 于环保 ‘引。 木塑纤维复合材料在西方发达国家 已经实现 了产业化 ，其典型产品是轿车内衬件，如美 国福 特、通用、克莱斯勒、德 国大众、奔驰 ，Et本本 田、丰田，法 国雪铁龙 、瑞典沃尔沃等公司的多 种汽车的 门护板、后搁 板、仪表 板骨架、顶棚、 行李箱衬垫等，均不 同程度地使用 了这种材料。 我国对木塑纤维复合材料的研究开发 以及在汽车 工业领域中的应用 与国外差距很大，目前我 国轿 车内衬件 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 材料需求量越来越大，厂家对 国外 普遍采用的木塑纤维复合材料的需求十分迫切， 这就为木塑纤维复合材料的推广应用提供 了广阔 的市场 国外专家认为，研究开发木塑纤维复 合材料 ，是木材工业史上最有革命性 的发展 ，是 现代材料工业发展的主要方向。 [2] [3] [4] [5] 参 考 文 献 沃丁柱主编．复合材料大全 [M]．北京：化学工业出版 社，2000 李坚著．木质材料的界面特性与 无胶 胶合技 术 [M]．北 京：东北林业大学出版社。1989 秦特夫．改善木／塑复合材料界面相容性的途径 [J]．世界 林业研究 ，1998(3)：46--51 张明珠，薛平等 ．木粉／再生热塑性塑料复合材料性能的研 究 [J]．塑料，2000(5)：39～4O 李思远，杨伟，杨鸣波．木塑复合材料挤出成型工艺及性 能的研究 [J]．塑料工业 ，2003(11)：22～24 【6] 黄丽主编．聚合物复合材料 【M]．北京 ：中国轻工业出版 社。2001 [7] 刘英俊，刘伯元主编．塑料填充改性 [M]．北京：中国轻 工业出版社。2000 [8] 黄家康 ，岳红军 ，董永棋主编．复合材料成型技 术 [M]． 北京 ：化学工业出版社，2000 [9] 姜晓冰，许民，王克奇．聚乙烯、聚丙烯复合材料物理力 学性能研究 [J]．东北林业大学学报，2003(2)：9～1O [1O] 中国林科院木材工业研究所木质纤维复合材料专题组．木 塑纤维复合 材料力 学性 能平衡 性初探 [J]．木材 工业， 1998，12(3)：19～2O [11] 谢琴等著．木材塑料 [M]．北京：农业出版社 ，1962 [12] 王正，郭文静 ，王建军．木／塑复合材料板 制造工 艺的因 子研究 【J]．林产工业。1996，23(2)：8～9 [13] 李言荣 ，恽正中编著．材料物理学概论 [M]．北京：清 华大学出版社，2001 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the structure and interface characteristic of the composites，improve its mechanica／properties and advance its development，it is very essential to master the research situation and application prospect of the composites． Key words Wood—plastics composites；Research situation；Application prospect 维普资讯 http://www.cqvip.com