木塑复合材料研发创新不停步.doc

木塑复合材料研发创新不停步新鲜应用层出不穷木塑复合材料研发创新不停步新鲜应用层出不穷     作为以木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料,木塑复合材料(wood plastics composites,简称WPC)兼有木材和塑料的成本和性能的优点,通过挤出或注射成型,制成型材、板材或其他制品用以替代木材和塑料.     人们环境意识的加强是发展木塑复合材料的直接动力所在.以往废木屑、边角料都是通燃烧或作为固体垃圾处理,一方面浪费了资源,另一方面也产生温室气体.只有过对地球有限资源的合理利用,减少原始木材用量,保护珍贵的森林资源.     日本、韩国等资源不十分丰富的国家的纸、木材加工厂急切地寻找着锯木粉、废木屑的应用,而美国的建筑业也在寻找一种不腐蚀、不翘曲、维修方便,外观与木材相似的木材料的替代材料,这些都推动和加速了木塑材料的研究和应用开发,使几十年前少量应用于低值吸声制品的木纤维塑料配混材料得以迅速发展,新鲜应用层出不穷.     木塑材料中采用的木纤维主要包括废木粉、刨花、锯木,植物纤维为粉碎处理过的稻杆、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、泽麻、黄麻、大麻等;热塑性塑料主要为PE、PP、PS等聚烯烃和PVC,包括新料、回收料和二者混合料.木纤维和植物纤维最初作为低成本、提高塑料刚性的改性填充材料.木纤维和植物纤维来源丰富、价廉、质轻,对设备磨损小,尺寸稳定性良好,电绝缘性优,无毒,可反复加工,能生物降解.     我国作为一个林业资源贫乏的国家,人均森林蓄积量不足10立方米,人均木材消耗水平不足0.22立方米/年,但我国的木材消耗量却急剧上升,不得不从国外进口大量木材.另一方面,我国每年由于木材加工余下的废弃木粉量在几百万吨以上,其他天然纤维如稻糠等的产量上千万吨.从这个角度而言,木塑材料的开发将有助于有效开发和利用这些资源,前景十分可观.     木塑材料主要特点     木塑材料兼具了许多木材和塑料性能特点,包括:     制成品使用寿命长,具有类似木质外观,而且硬度比塑料高;     具有优良的物理化学特性,比木材尺寸稳定性好,不会产生裂缝、翘曲、无木材节疤、斜纹,可加入着色剂、覆膜或复合表层可制成各种制品;     具有热塑性塑料的加工性,容易成型;     具有类似木材的二次加工性,可切割、粘接,可用钉子或螺栓连接固定,可涂漆.产品规格形状可根据用户要求调整,灵活性大;     耐老化、耐腐蚀、吸水性小,不会吸湿变,形小;     能够重复使用和回收再利用;     当然,木塑材料与塑料母体树脂相比,韧性有所下降.另外,加工设备、下游装置、模具均需作相应调整和改造.     木塑复合材料生产工艺     最初,木塑复合材料采用混炼工艺生产,再热压(或发泡压制)成平板或模压成型材.木塑复合材料的生产工艺主要以挤出成型为主,也有一部分产品采用注射成型工艺.目前,主要的加工设备为双螺杆挤出机,物料在加工中停留时间比较窄,使木塑材料的加工热历史尽可能相近.而双螺杆挤出机又可分为同向平行双螺杆挤出机和异向锥型双螺杆挤出机.     世界木塑制品最大的应用装饰板的生产,采用的挤出成型包括两种主工艺:现先配混成中间塑木粒料,然后再经单螺杆挤出机加工成制品;或者,不经过造粒阶段,配混和挤出型材/板材在一组设备内连续完成.     木塑材料制造工艺对木塑制品的性能有很大影响.如果加工工艺不当,会致使纤维分散和浸润效果不佳;而过分配混则会严重破损纤维,降低木塑制品力学性能.另外,木塑材料制造过程中,还要防止过分剪切或高温产生糊料、烧焦等问题,以及对一步法连续工艺中的脱挥(主要脱水)控制,脱挥控制不当将影响工艺的连续性,并使产品因有气泡而使性能大幅降低.     近年来,随着微发泡技术等新技术的发展,注射成型在木塑复合材料的成型中也得到了迅速发展.     研发创新不停步     对木塑材料进行伽玛照射     虽然对于未填补树脂进行伽玛照射处理已得到相当广泛,但由于种种原因,其在木塑材料上的应用只是近几年被一些科学文献提及.最近,德国Beta Gamma Service公司(BGS)积极研制及推广一种使用伽玛照射改善木塑复合材料的性能的新技术.据称经过伽玛照射,木塑材料的弹性、硬度、耐水性等性能均有改善.     与目前涉及原材料处理的工艺不同,它被用于注射成型或挤出成型后的产品.     冻融可使木塑材料的机械性能下降    木塑材料的户外耐久性得到广泛赞誉,但长期测试报告依然显示了它在之方面的不足.对于耐久性一个特别威胁是温度的变化.过去,人们以为冬季室外条件,如冻融循环不会对木塑复合材造成损害(冻结解冻周期通常被视为吸收水分,而后是所吸收水分的冻结和融化).     密西根大学Jeannette M Pilarski和Laurent M Matuana将PVC和聚烯烃木塑材料拿到实验室试验.每个冻融循环包括了在21水中浸泡至平衡,然后冷冻24小时,然后解冻24小时.15个周期(这是一种极端的情况),使枫树聚烯烃复合材的弹性系数(MOE)下降49%,而断裂系数(MOR)下降21%.松树聚烯烃复合材的结果为MOE下降5%和MOR下降37%.冻融循环增加了孔隙的数量和大小,虽然木塑材料的密度基本相同或略有增加,但界面粘接力下降了.     针对聚氯乙烯材料的实验也显示类似趋势.研究人员相信他们的研究结果对于建筑用木塑材料的应用将提供帮助.     添加剂:防止形成生物膜     人们常常会发现在木塑甲板形成生物薄,得到的建议通常定期清洗作业.保加利亚索非亚举行的一个会议上,分子生物研究所的Svoboda Tabakova讲述了如何利用适当的添加剂,压制如塑料管道、门纽、把手等外不良生物膜的形成.有两种添加剂(tetramethyl dithiooxamide和paraphenylene diamine)均显示了对生物膜的形成具有良好抑制能力.     新应用层出不穷     "彩虹"颜色木塑建筑板材     全球性建筑板制造商Trespa International BV公司推出一种新型装修材料.Trespa的装饰板具有特别的金属光感,特别是可白天从不同角度光照时,其颜色会发生变化.该公司称,其"神秘银"的色彩变化从黄色到蓝绿色,直到金属色;而"神秘绿"的色彩变化从暖色调的黄绿色到冷色调的泛出银色金属色彩的绿松石绿色.     Trespa的一些板材是采用由木纤维增强的热固性树脂木塑材料制成的.在相当高温度压下制成较高、压力条件力,采用电子束加工,具有完整的表面装饰效果.     大型木塑台面     木塑工业使得采用稻壳制造耐用品更为容易.作为加拿大木材塑料复合领导制造商,温哥华JER Envirotech公司宣布其在马来西亚吉隆坡附近的新工厂,现在已能由热塑性树脂和本地提供的稻壳生产木塑台面.     Envirotech公司亚洲副总裁兼总经理Ernie Calica,称JER Envirotech公司是首家商业生产大面积(2438t1219mm)木塑台面的公司.     这家马来西亚的新生产厂为一家合资企业,JER Envirotech持有多数股权,其余由Asia Pacific Microspheres持有.JER Envirotech称为了实现真正的全球运营,在加拿大和马来西亚的工厂之外,目前还在印度和菲律宾建设新厂.     用可加工成型的"木材"制造乐器     生产可加工成型的"木材"的Technaro股份有限公司,正在开发注射成型乐器,他们的生产首先从口琴、长笛和手风琴开始.Technaro公司最初由德国Fraunhofer学院创建,在8年前脱离学院独立运营.新材料被称为"Arboform",Technaro公司声称其最大优点是环保.它是木质素与天然纤维混合产生的一种像木质复合材料.这些复合材料不一定包含石油基热塑性树脂,与"传统的"塑料复合材相当不同.     其他一些寻找替代乐器中的木材的研究也得到了德国政府的支持,这些研究常常会涉及数家科研院所.参与项目之一,乐器制造商Adler-Heinrich生产一种由"液体木材"制造的长笛.液体木材成型的产品防水,可水洗,环保卫生.另一家乐器公司Harmona则生产手风琴,由注射成型小零件的生产,使其比传统的手工制作方法更具成本效益.     应用和前景看好,新玩家挤入,老玩家增产     北美是目前世界木塑复合材料市场最大的地区,产量节节攀升,2005年产量达到180万吨.其中包括平台、路板等在内的铺板用量就占总用量的60%以上.此外,还有护墙板、天花板、装饰板、踏脚板、壁板、高速公路噪音隔板、海边铺地板、建筑模板、防潮板;以及装饰边框、栅栏和庭园扶手、包装用垫板和组合托盘等.     目前,美国防护栅栏市场由金属产材料主导,尤其是在非住宅区的防护栅,木质产材料占第二位.根据市场分析师Freedonia的最新报告,到2010年整体市场可望成长超过65亿美元,金属材料继续以高于平均增长率的速度增长,塑料和木塑复合材料也占有一定的市场份额.目前,木塑复合材料防护栅栏还很少,但预期有增长.     木塑复合材料在家具应用中包括室外露天桌椅、船舶座舱隔板、办公室隔板、贮存箱、花箱、活动架等.在工业、汽车和基础设施领域,木塑复合材料也正被越来越多地应用.     目前,木塑复合材料在欧洲用量不大,但随着环境法规日逐严格,制造商担心欧盟将出台法规限用PVC窗框,而纷纷转向以木塑制品替代PVC.在欧洲,防护栅栏市场也是木塑制造商开发的市场之一.以品牌Everfence行销聚乙烯防护栅栏产品的英国Tilston Management Ltd公司,是欧洲主要木塑防护栅栏制造商之一.他们采用英国Vannplastic公司的挤出WPC材料进行生产.     在欧洲的主导工业汽车工业中,木塑复合材料已越来越多应用,大众、奥迪、宝马、沃尔沃等汽车中均有采用木塑复合材料.资料显示,2005年欧洲汽车工业消费的WPC达到7万吨,预计2010年将达到10万吨.由于汽车报废新法规的颁布,汽车厂家普遍对WPC良好的回收性表示出浓厚的兴趣.在汽车的年产量在1600万辆左右的欧洲,如果木塑复合材料得到普遍应用,每年需求量将达到8万16万吨.     近年来,国内木塑复合材料产能方面的增长速度很快,年增长率高达50%以上.2004年,全国WPC产量在8万吨左右.专家们预测,在未来的10年内,我国木塑复合材料产量仍将迅猛增长,并形成年产量超过1000万吨,年产值达700亿元人民币的新兴产业.     Beologic木塑产能加倍     比利时聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯木塑复合物开发生产商Beologic公司预期产能将增加一倍,在2007年3月其生产能力达到16000吨.     Beologic在2006年使用4台挤出机使产能增加一倍,扩大到8000吨,按计划到2007年将扩展为8台挤出机,这将确立Beologic公司作为欧洲最大的生产国木塑化合物制造商的地位.Beologic宣称其最终目标是产能达到40000吨木塑复合物.     Beologic公司目前产量中的20-30%提供应注塑成型加工商,而70-80%提供用于挤出应用.其中最主要的是甲板、地板以及覆层材料.然而,Beologic 公司木塑化合物也找到了全新的细分市场,包括那些比利时电信竖在威尼斯运河中作临时交通灯杆的木塑杆,这种木塑杆抵抗海水腐蚀能力更强,用于替代铝制杆,也打击了那些盗窃铝制灯杆以回收金属的行为.     继续的工作还包括系列新产品的开发,如以泡沫木塑材料替代高密度木塑材料,采用聚苯乙烯木塑、PLA)以及生物杀灭剂等.美国RioTint公司宣称现场实验表明,木塑产品表面容易吸收水分,而潮湿的空气是滋生港口各种真菌的条件.Beologic在其他领域的开发,包括改善木塑的阻燃特性,使之更接近了传统的PVC材料,甚至掺入香水香精以提供木材的芬香气味.     大玩家涉及欧洲WPC业务     木塑芬兰UPM宣称是世界上最大纸品制造商,因而参与纤维素材料,包括木塑复合材料的业务十分适合.目前芬兰还很缺少木塑生产者,虽然Conenor很有兴趣建立WPC开发中心.     现在,UPM已决定进入市场,并且已从木塑挤出设备供应商Cincinnati公司购买了100台Fiberex挤出机.据信在过去几年中Fiberex的设计深受欧洲制造商的欢迎.     UPM紧随最近进入欧洲市场Deceuninck公司,从地板边脚线等开始产品木塑产品,而后者从所方面来看都十分成功.总之,在环保成为人们不得不关注的课题的今天,木塑复合材料作为一种环保材料更焕发出无限生命力.