摘 要：木塑复合材料（WPC）是国内外近年兴起的一类新型复合材料，它是以木纤维、植物纤维为主要组分，经过预处理使之与热塑性树脂或其它材料复合而成的一种新型材料。这种复合材料具有能够充分发挥材料中各组分的优势，克服单一材料的缺点，表面硬度高，不仅改进材料的物理力学性能和加工性能，降低成本、扩大应用范围，还提高了材料的附加值，木塑复合材料内含塑料，因而具有较好的弹性模量。此外，由于内含纤维并经与塑料充分混合，因而具有与硬木相当的抗压、抗弯曲等物理机械性能，并且其耐用性明显优于普通木质材料。所以，木塑复合材料具有优异的综合性能及广阔的应用前景。本文就该材料的目前国内外研究状况介绍了木塑复合材料的种类、生产工艺，该材料的适用范围及其力学性能，以及国内外木塑复合材料制品的发展现状和市场前景。
关键词：木塑复合材料；性能；发展前景
1 前言
随着科学技术的发展，现代社会对材料的要求更高了，既要求其有较好的物理力学性能，对人类有亲和力，又要环保。木材是一种天然生物质材料，自古以来被人们广泛喜爱和使用。随着我国天然林面积的减少和“天然林保护”政策的实施，木材资源困乏、质量下降、木材价格越来越高、木材加工业的废弃物增多以及世界林产品需求量的增加都使得林产品工业越来越迫切地感到需要寻找木材的替代品。而由于生产和生活水平提高，过去被大量用于烧柴的木制品加工废弃物，如木屑、刨花以及大量农作物纤维如秸秆、果壳等被严重浪费，并对环境产生极大的破坏性影响。据统计，我国每年由于木材加工余下的废弃木粉量达数百万吨，其他天然纤维如稻糠等的产量上千万吨，这些资源如能得到有效开发和利用，价值可观。在不断研究中人们认识到木材改性技术可以实现新的突破，而填充改性既可以降低产品成本，又可以提高产品的使用性能，甚至赋予木材材料全新的性能，从而使木材行业有了新的生机。
2 目的与意义
目的：通过国内外的大量研究发现，该复合材料一方面提高废物利用，另一方面是木材和塑料的替代品，可缓解木材供需矛盾，减少石油消耗，充分体现了资源循环利用的目的，有利于地球资源的可持续发展；
意义：我国是一个木材资源贫乏的国家同时又是造纸大国，在全国每年造纸工业的各种制浆过程中，产生了数千万吨的副产品一一木质素，具有极为丰富的资源。但时至今日，我国对木质素的应用仍然很少，约有95％的被用来燃烧产生热能，只有很少的一部分被用来做成材料应用。因此如何开发利用废液中的木质素，提高其回收利用价值是非常必要的，对改善环境有着积极的意义。
3 国内、外研究现状
3.1 国内研究现状
目前我国木塑复合材料主要用于建筑领域的门框、模板、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。我国对木塑复合材料的开发以及在汽车工业领域中的应用与国外差距很大。当今我国对轿车内衬件工程材料的需求量越来越大，厂家对国外普遍采用的木塑复合材料的需求十分迫切，这就为木塑复合材料的应用提供了广阔的市场。
3.2 国外研究现状
近年来，国外木塑复合材料制品的技术开发和应用发展迅速。在国外木粉填充改性塑料早已开始研究，但高份额的木粉填充则在近几年才有较大发展。日本有名的“爱因木” 就是该类产品(采用挤出工艺)；加拿大的协德公司也开发出类似的木塑制品(采用挤出或热压工艺)；奥地利辛辛那提公司及凹T模具公司开发出各种木塑板材制品(采用挤出工艺)；韩国的大山株式会社利用挤压联用工艺开发出了木塑板材制品等。木塑复合材料在西方发达国家已经实现了产业化，其典型的产品是轿车内衬件，如X的福持、通用，德国的大众、奔驰等公司的多种汽车的门护板、后搁板、仪表板骨架、行李箱衬垫等均不同程度地使用了这种材料。
4 木塑复合材料概述
4.1 木塑复合材料的定义
木塑复合材料（WPC）是以木材为主要原料（形式有锯末、木屑、竹屑、等），经过适当的处理使其与各种塑料（用于木塑复合材料的热塑性塑料主要有聚氯乙烯(PVC}，聚甲基丙烯酸甲酷（CPMM）等，以及聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等)按一定比例混合并添加特制的助剂，如偶联剂、分散剂等加工助剂，经高温、挤压、成型等工艺制成的一种新型复合材料，是一种高性能、高附加值的绿色环保复合材料。
4.2 木塑复合材料的组成及分类
4.2.1 组成
(1)基体 由于植物纤维在高温下容易分解，所以用作基体的材料必须有较低的熔点。目前应用比较广泛的是高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(Ps)、聚氯乙稀(PVC)、PET以及丙烯睛一丁二烯一苯乙烯(ABS)等热塑性塑料，其中聚乙烯的应用最为广泛。
(2)填充物 选用植物纤维作为木塑复合材料的填充物，主要有3种原因：植物纤维比较廉价，易降解，而且密度小；植物纤维具有较高的刚度和强度， 以及理想的长细比；植物纤维具多孑性，在一定工艺条件下，熔融的塑料基体可以渗入到植物纤维的细胞空腔中，将纤维和基体连接起来。
(3)添加剂 为了克服加工过程中的困难生产出具有良好性能的木塑复合材料，通常在加工的过程中需要加入一些添加剂或助剂。添加剂有润滑剂、分散剂、紫外线稳定剂等。
4.2.2 分类
木塑复合材的制造方式目前主要有两种：
一种是将塑料单体或者低聚合度树脂浸入到实体木材中，通过加热或辐射引发塑料单体或者低聚合度树脂在木材中进行自由基聚合，所得复合材料称为塑合木。这种复合方式可以提高木材的尺寸稳定性、耐腐性、防蛀性, 以及木材的物理、力学性能。
另一种是将木材以刨花、纤维和木粉的形态作为增强材料或填料添加到热塑性塑料中，并通过加热使木材与熔融状态的热塑性塑料进行复合而得到的复合材料，称为木塑料复合材料（简称WPC）。
4.3 木塑复合材料的生产工艺及性能
4.3.1 生产工艺
生产木塑板材主要有以下3种工艺路线。
1)挤出成型工艺 由单螺杆或双螺杆挤出机挤出成型，可连续挤出任意长度的板材。该工艺又可分为单机挤出和双机复合挤出板材。
2)热压成型工艺 可成型一定规格的不连续板材。
3)挤压成型工艺 挤出机和压机联用的一种挤出和加压的同步工艺。
在木塑复合材的配方及生产工艺中，解决木粉与塑料树脂的界面结合，是技术之关键。木塑复合材料的连续混炼制造技术，是利用辐射技术，将木粉、木屑与热塑性塑料结合，并利用连续混炼技术制成高强度的复合材。
4.3.2 木塑复合材料的性能
木塑复合材料是一种较新的复合材料。木材和塑料在复合过程中以及最终产品中既保留了各自的特性，又相互间协同作用，从而木塑复合材料具有以下优点：
1)用木材作为填料可以改善塑料的耐热性和塑料的强度，而且木材的价格便宜；与无机填料相比，木材的密度较低，在改善拉伸强度和弯曲模量上，增强的木材有很大的潜力；
2)对于相同体积的复合材料，以木材为填料的复合材料成本较低，对设备的磨损小，并且可以再生利用；
3)具有较低的吸水、吸湿性能，不需要保护性防水涂饰，同时材料可以根据需要染色或者涂饰；
4)在抗裂纹、霉菌、白蚁方面的能力优于木材，此种复合材料和木材一样都可生物降解；
5)可以像木材一样被加工或者连接；
6)可以通过挤出或模压等方式加工成板材等许多复杂形状的制品，同时具有高效的原料转化率和自身循环利用率。
尽管广大的科研和工程人员做了不懈努力，但木塑复合材料在各种使用场合中仍存在着一些不足，主要表现为：
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)制品的硬度和载荷能力较木材差。木塑材料各项性能列于下表。
木塑复合材料与其他几种材料主要力学性质的强重比及其相差
注:
1) 室外板的主要力学性质数值是徐咏兰主编的《中密度纤维板制造》中P251 中的数据;
2)《中国主要树种的木材物理力学性质》书中的内容;
3）木塑复合材料的物理力学性能是作者对样品所做的测量
4.4 今后的发展趋势
研究开发木塑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 。唐山塑料研究所、国防科技大学、广东工业大学在研究低份额添加木粉或植物纤维方面已取得成绩，北京化工大学和北汽福田也进行了这方面的设备开发，此外无锡、杭州及安徽蒙城等地也有企业和个人进行过这方面的研究。
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。该材料是绿色环保材料, 可以回收利用低成本的废旧木材和塑料, 用此技术生产出来的木塑复合材料可替代木材使用, 有力地缓解了我国森林资源贫乏所造成的窘境。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, 可以相信木塑复合材料是一种极具发展前途的材料, 也是一项有生命力有市场开发前景的创新技术, 具有广阔的市场前景、良好的经济效益和社会效益。
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