木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)要點(diǎn)和發(fā)展研究

（上海建科檢驗(yàn)有限公司，上海 200030）

木塑復(fù)合材料（Wood Plastic Composites, WPC）是以木纖維和植物纖維為主要原料（鋸木、木屑、竹屑、稻殼、麥秸、大豆皮、花生殼、棉秸稈等），再和各種塑料（聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯塑料PVC、樹脂ABS和聚酯PE等），添加其他化學(xué)助劑，按一定比例混合，經(jīng)高溫?cái)D塑模具擠出成型。木塑復(fù)合材料兼有木材和塑料的產(chǎn)品特征，是能替代木材、塑料和金屬的新型環(huán)保材料。它擁有木材一樣的加工特性，使用普通的加工工具就可鋸切、鉆孔、打釘?shù)?，同時(shí)具有木材的質(zhì)感和塑料的耐水、防霉、防火、防腐、防蟲、顏色多樣和使用壽命長(zhǎng)等特性，是一種耐用和多用途的建筑材料，也是一種高性能、高附加值的綠色環(huán)保材料，性能優(yōu)良，用途廣泛，有利環(huán)保，具有廣闊的發(fā)展前景。現(xiàn)被廣泛用在園林地板、護(hù)欄、內(nèi)外墻裝飾、涼亭和建筑模板等。

1 木塑復(fù)合材料的原料

木塑復(fù)合材料的原料主要是回收利用產(chǎn)品：木制品加工后剩下的木屑、木粉、邊角廢料及廢棄木制產(chǎn)品等木纖維廢料，混合農(nóng)作物加工后剩下的秸桿、谷糠、豆殼等植物纖維廢料。中國(guó)每年產(chǎn)生木纖維廢料幾百萬噸，植物纖維廢料幾千萬噸，這些原料以前被用來燃燒，產(chǎn)生大量的煙塵，影響空氣質(zhì)量，造成資源浪費(fèi)。木塑復(fù)合材料的另一個(gè)重要原料是回收塑料。日常生活中會(huì)產(chǎn)生大量的塑料廢棄物，處理不當(dāng)會(huì)制造嚴(yán)重的白色污染，而塑料降解需要幾百到上千年，對(duì)土壤和水環(huán)境產(chǎn)生污染，并對(duì)野生動(dòng)物產(chǎn)生危害，塑料廢棄物如果進(jìn)行燃燒處理，會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，污染空氣，影響人的健康。城市每天產(chǎn)生的塑料垃圾占垃圾總量30%-50%，如果能將廢舊塑料有效利用，對(duì)環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟(jì)會(huì)有良好作用。所以，人們一直在尋找和研究利用這些廢棄物的方法，木塑復(fù)合材料的出現(xiàn)，將木纖維廢料、植物纖維廢料和塑料廢料經(jīng)處理加工成性能良好的木塑復(fù)合材料，是對(duì)廢棄資源的綜合利用，變廢為寶，化害為益，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

2 木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)控制要點(diǎn)

木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝如圖1。

圖1 木塑復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝圖

2.1 木塑原料預(yù)處理

木塑原料預(yù)處理包括木纖維粉、植物纖維粉和塑料的預(yù)處理。先將收購(gòu)的木粉、竹粉、谷糠、秸稈粉等經(jīng)過清潔、分選去雜、粉碎烘干等預(yù)處理，篩選得到顆粒大小在80目?jī)?nèi)的顆粒，再在50℃-60℃烘箱內(nèi)烘干，排除水分和低分子揮發(fā)物，使木粉的含水率降到5%以內(nèi)，而未經(jīng)處理的木粉含水率一般在10%以上，在生產(chǎn)過程容易引起產(chǎn)品起泡、碳化、糊料，影響產(chǎn)品外觀，且造成機(jī)器需反復(fù)清洗，影響生產(chǎn)效率。塑料物料在加工前也要進(jìn)行清潔去污、分類去雜、高溫造粒。然后把處理過的木粉、塑料和化學(xué)助劑按一定比例混合均勻，高溫造粒可得木塑原料粒，木塑原料中塑料與木粉粒的混合比一般在1:3-1:6之間，木塑復(fù)合材料中的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度物理性能會(huì)隨著塑料含量增高而增大，但木塑復(fù)合材料鋼性會(huì)反比例變小。另外，木塑復(fù)合材料加工過程中的化學(xué)助劑也很重要，木粉表面是含有多烴級(jí)的親水表面，須加入化學(xué)偶聯(lián)劑才能使木粉表面變成親油性表面，均勻分布的親油性表面木粉與塑料熔液才能有效結(jié)合，形成網(wǎng)狀閉合穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這影響著木塑復(fù)合材料的物理結(jié)構(gòu)性能。在木塑粒子中加入適量的分散劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑、熱穩(wěn)定劑、著色劑、防霉劑和阻燃劑等多種化學(xué)助劑，還能有效改善木塑的加工效率和增加木塑復(fù)合材料的其他性能。主要化學(xué)助劑的性能如表1。

表1 木塑主要化學(xué)助劑性能表

2.2 擠出成型

木塑復(fù)合材料一般采用擠出成型工藝生產(chǎn)，擠出機(jī)的溫度、擠出壓力、螺桿的送料速度等對(duì)木塑產(chǎn)品的性能有重要影響。木塑粉進(jìn)入擠出機(jī)后，塑料會(huì)高溫熔融，變成塑料液體粘合木粉，如果在螺桿送料過程和模具中溫度過高，容易造成木粉碳化，產(chǎn)品強(qiáng)度降低；如果溫度過低，容易造成塑料熔融不完全，造成出料不均，產(chǎn)品強(qiáng)度不均，所以擠出過程中的溫度控制非常關(guān)鍵，一般擠出機(jī)身溫度為150℃-180℃，擠出機(jī)模頭溫度為140℃-160℃，生產(chǎn)中溫度的選擇跟塑料的熔點(diǎn)和擠出速度有關(guān)，擠出模頭的形狀確定了木塑復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形狀。

2.3 冷卻裁切

木塑復(fù)合材料擠出成型后需馬上冷卻，釋放產(chǎn)品中的熱量和應(yīng)力，一般工廠采用循環(huán)水冷卻。產(chǎn)品的形狀和尺寸穩(wěn)定后，裁切成需要的長(zhǎng)度，再根據(jù)買方要求對(duì)木塑復(fù)合材料表面做進(jìn)一步加工處理。

3 木塑復(fù)合材料分類

木塑復(fù)合材料按表面處理可做如下分類。

1）素面木塑復(fù)合材料，指木塑復(fù)合材料的表面和里面顏色一致，產(chǎn)品擠出成型后不再進(jìn)行表面顏色處理，一般用在戶外或?qū)︻伾蟛桓叩牡胤健?/p>

2）涂飾木塑復(fù)合材料，指擠出成型的木塑復(fù)合材料通過在其表面進(jìn)行油漆涂飾工藝處理等，材料表面的顏色和光澤度較好，一般用在對(duì)顏色要求較高的地方，裝飾性強(qiáng)。

3）貼面木塑復(fù)合材料，指以木塑復(fù)合材料為基材，在其表面通過熱壓或膠粘工藝，增加一層耐磨塑料層或木皮層等，一般用在需顏色、表面耐磨和仿真其他材的地方，是較高檔的木塑室內(nèi)復(fù)合材料。

4 室內(nèi)木塑復(fù)合材料對(duì)有害物質(zhì)含量要求

木塑復(fù)合材料的原料主要是回收木纖維廢料、植物纖維廢料、塑料廢料和化學(xué)助劑等，其中木纖維和植物纖維無有害物質(zhì)，但一些回收的含氟氯塑料、木塑復(fù)合材料在后續(xù)涂飾和貼面等工藝處理時(shí)的油漆涂料和膠水會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，這些木塑復(fù)合材料在室內(nèi)使用時(shí)要滿足國(guó)家對(duì)室內(nèi)建筑材料有害物質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)要求。表2為室內(nèi)木塑復(fù)合材料部分有害物質(zhì)含量要求。

表2 室內(nèi)木塑復(fù)合材料部分有害物質(zhì)含量要求

5 木塑復(fù)合材料的發(fā)展研究

1）減輕木塑復(fù)合材料的密度

木塑實(shí)心復(fù)合材料密度大，是一般木材的2-4倍，通過把實(shí)心木塑復(fù)合材料改為空心木塑復(fù)合材料，可節(jié)省材料40%-70%,而木塑復(fù)合材料的物理性能可通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來保持不變，如圖2所示。

圖2 實(shí)心木塑板和空心木塑板

2）微發(fā)泡技術(shù)的應(yīng)用

在木塑復(fù)合材料生產(chǎn)過程中添加發(fā)泡助劑，生成微發(fā)泡木塑產(chǎn)品，也可以減輕木塑復(fù)合材料的密度，微發(fā)泡木塑復(fù)合材料可節(jié)省50%的材料，微發(fā)泡木塑復(fù)合材料的強(qiáng)度可通過木塑粉的成份和切面設(shè)計(jì)來增強(qiáng)。

3）向木塑原料中加入新材料

向木塑原料中添加玻璃纖維、納米材料等可增強(qiáng)木塑復(fù)合材料的各項(xiàng)物理性能，改善木塑復(fù)合材料抗沖擊性差等缺點(diǎn)，通過不斷創(chuàng)新來滿足各種工程環(huán)境的需要。

4）新加工工藝的開發(fā)

從單純的擠出工藝，開發(fā)出復(fù)合擠出、包裹擠出工藝，可在木塑產(chǎn)品中增加新的材料層，如金屬層、玻璃纖維層、木皮層、耐磨塑料層等，有效改善木塑復(fù)合材料的物理性能，拓寬材料應(yīng)用領(lǐng)域。

5）木塑復(fù)合材料助劑的應(yīng)用

木塑復(fù)合材料中添加不同助劑（防霉劑、抗老化劑、防火劑和耐磨劑等）可以使其具有不同的理化性能，這是一般木材、塑料和金屬材料不可比擬的。

6）規(guī)范原材料來源

不同的木材、塑料要分類清楚，按固定配方生產(chǎn)木塑原料，這樣不會(huì)因木塑原料的成分不一致造成木塑復(fù)合材料性能的不穩(wěn)定。

6 我國(guó)木塑復(fù)合材料的發(fā)展歷程

木塑復(fù)合材料研發(fā)始于20世紀(jì)80年代，美國(guó)最早開始研發(fā)和大規(guī)模應(yīng)用，由于木塑復(fù)合材料具有其他材料無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，并解決了廢棄木纖維、植物纖維和塑料資源的再利用，具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)，后被歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用。我國(guó)每年產(chǎn)生的木纖維、植物纖維和塑料廢料有幾千萬噸，為了更好地利用這些資源，變廢為寶，1998年中國(guó)木材研究所開始研發(fā)和生產(chǎn)木塑復(fù)合材料。經(jīng)過20多年的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)有木塑工廠近2000家，2019年生產(chǎn)木塑產(chǎn)品300多萬噸，占全球木塑產(chǎn)量的七成，產(chǎn)銷總量、消費(fèi)總量和出口總量均為世界首位，木塑技術(shù)也達(dá)到國(guó)際水平。國(guó)家在“十二五”“十三五”產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃期間都把木塑產(chǎn)品列入《國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)目錄》，并把木塑產(chǎn)品選入《綠色產(chǎn)品目錄》，已有近10家木塑工廠的產(chǎn)品通過《中國(guó)環(huán)境標(biāo)志》認(rèn)證，并進(jìn)入了財(cái)政部《政府綠色采購(gòu)清單》。在國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策和企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益的驅(qū)動(dòng)下，隨著木塑產(chǎn)品研究發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加廣闊，在建筑、裝飾、倉(cāng)儲(chǔ)、包裝領(lǐng)域都會(huì)得到廣泛應(yīng)用。