園林木塑復(fù)合材料景觀粘接牢固性分析

盤延明 趙杏艷

摘 要：木塑復(fù)合材料是具有優(yōu)良性能的新型材料，憑借其各方面的性能優(yōu)勢被越來越廣泛的應(yīng)用于園林景觀建設(shè)領(lǐng)域。首先對園林景觀建設(shè)中木塑復(fù)合材料的應(yīng)用形式進(jìn)行了一定的了解，然后對木塑復(fù)合材料的組成、性能以及膠接方法做了簡單介紹，最后表明，經(jīng)過合理的表面處理以及膠接接頭設(shè)計(jì)后，木塑復(fù)合材料的粘接強(qiáng)度會明顯增強(qiáng)，進(jìn)而提高園林景觀的粘接牢固性。

關(guān)鍵詞：木塑復(fù)合材料;園林景觀;粘接;粘接性能

中圖分類號：TQ050.4+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-5922（2020）10-0026-05

Abstract：Wood plastic composite is a new type of material with excellent performance， which is more and more widely used in the field of landscape construction by virtue of its various performance advantages. First of all， the application form of WPC in landscape construction is understood， and then the composition， performance and bonding method of WPC are introduced. Finally， it is shown that the surface treatment of WPC and the design of reasonable bonding joint can significantly enhance the bonding strength， and then improve the bonding firmness of landscape.

Key words：wood plastic composite; garden landscape; bonding; bonding performance

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國在城市建設(shè)上面有了重大的突破，其中園林建設(shè)也逐漸被人們所重視，現(xiàn)代園林建設(shè)的主要追求目標(biāo)是：高速度，高品質(zhì)，低成本以及低能耗，同時園林行業(yè)的飛速發(fā)展也對施工技術(shù)以及施工材料提出了新的要求，為了滿足現(xiàn)階段園林建設(shè)的各種需求，我們需要引進(jìn)大量新的技術(shù)，新的理念，新的工藝以及新的材料，以此來提高園林建設(shè)的速度和水平，同時達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求。近些年來，越來越多的復(fù)合材料被用作園林施工材料，其中比較常見的就是木塑復(fù)合材料。

木塑復(fù)合材料（WPC）是一種新型復(fù)合材料，并且已經(jīng)被世界上多個國家逐步推廣使用。木塑復(fù)合材料是利用PE，PP，PVC等，與稻殼，木粉，秸稈等等廢棄的植物纖維混合制成的新的木塑材料，此外，木塑復(fù)合材料中還會加入用量極少的環(huán)境穩(wěn)定劑，界面相容劑以及加工潤滑劑[1]，對這種材料進(jìn)行模壓，擠壓，注射成型等加工工藝制作成型材或者板材，這些材料可以用在家具，建材，物流包裝等領(lǐng)域。偶爾還會根據(jù)某些特殊使用要求，在才來中加入少量的色粉。木塑復(fù)合材料同時具有塑料和木材的雙重特性，兼?zhèn)涠叩膬?yōu)點(diǎn)，制作木塑復(fù)合材料的原料主要是利用廢棄物，其利用率可以最高可達(dá)95%，對寶貴的木材資源的節(jié)約具有重要意義，此外，這種新型材料不會才生二次污染，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，木塑復(fù)合材料是一種具有廣闊發(fā)展前景的環(huán)保新型材料。

1 木塑復(fù)合材料在園林盡景觀中的應(yīng)用形式

近些年木塑復(fù)合材料受到的關(guān)注越來越多，也逐漸被各個不同領(lǐng)域所應(yīng)用，使用范圍也越來越廣泛，木塑復(fù)合材料本身具有許多傳統(tǒng)的材料所不具備的優(yōu)點(diǎn)，所以很多領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)材料。

木塑復(fù)合材料在園林景觀中的應(yīng)用主要是步道，鋪板，欄桿，親水平臺，垃圾箱，戶外座椅，花架，指示牌，木橋，木亭，木屋等等，一切可以用木塑制品代替的實(shí)木制品。

1）鋪板。在園林建設(shè)中主要使用的是經(jīng)過防腐劑壓縮處理的木質(zhì)板材，但是木質(zhì)板材暴露于戶外環(huán)境中會受到空氣濕度，自然天氣以及有害生物等環(huán)境因素的破壞，造成木材霉變腐爛，開裂變形，掉漆，褪色以及蟲蛀等不良后果，當(dāng)木材受到損害后會對木質(zhì)景觀的安全性和美觀性造成嚴(yán)重的影響。反觀木塑復(fù)合材料制成的鋪板，其在戶外環(huán)境中也很少會發(fā)生開裂變形的現(xiàn)象，非常耐用，使用壽命長，且維護(hù)量小，同傳統(tǒng)的木材相比，木塑復(fù)合材料具有更加明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。木塑復(fù)合材料具有優(yōu)良的耐潮濕性能，具有出色的尺寸穩(wěn)定性，在外觀上也十分接近普通木材，所以其在園林建設(shè)中的使用越來越多，未來傳統(tǒng)的實(shí)木材料很可能被木塑復(fù)合材料所取代。

2）護(hù)欄。園林景觀中護(hù)欄的形式多種多樣，其材料的選擇也是非常多樣化的，常見的有防腐木材，玻璃，金屬，玻璃等等，木塑復(fù)合材料的加工工藝多樣，有注射型材，擠出型材以及壓縮型材[2]，所以其應(yīng)用形式也是多樣化的，因此它可以加工成各種形狀復(fù)雜的構(gòu)建，能夠滿足的幅面范圍也較大。所在園林景觀護(hù)欄的應(yīng)用中，木塑復(fù)合材料能夠很好的發(fā)揮其優(yōu)勢。

3）小品設(shè)施。木塑復(fù)合材料的外觀紋理和顏色與木材十分近似，所以其制成的垃圾箱，室外座椅，指示牌等景觀小品都與環(huán)境十分的自然和諧，給人很舒適的視覺體驗(yàn)，并且其安裝起來十分簡便，也不需要太多的后期維護(hù)，所以未來在景觀小品的制作中，木塑復(fù)合材料肯定會被更多的應(yīng)用。

2 木塑復(fù)合材料

2.1 木塑復(fù)合材料的組成

木塑復(fù)合的原材料主要有熱塑性塑料，木材、木纖維等各種植物纖維，偶聯(lián)劑和添加劑等。

2.1.1 熱塑性塑料

由于木材的熱穩(wěn)定性的限制，通常是能利用熔點(diǎn)在200℃或者200℃以下的塑料加工制作木塑復(fù)合材料，常用的塑料有聚乙烯，聚氯乙烯以及聚丙烯，通常用于室外建筑不見得木塑復(fù)合材料是利用聚乙烯作為原料，而汽車行業(yè)和日用品中使用的木塑復(fù)合材料這是使用聚丙烯作為原材料，這類材料也常常被被用作建筑型材，使用聚氯乙烯為原料制作的木塑復(fù)合材料通常是用在窗框加工，也可以用作鋪板材料。

2.1.2 木材，木纖維等植物纖維

木塑復(fù)合材料制作中使用的木纖維材料通常是木材加工的剩余物，將其加工成短纖維，粉末，鋸屑或者細(xì)顆粒，然后直接使用，此外，也可以采用稻殼，秸稈等農(nóng)業(yè)植物纖維，這些材料的成本較低，而且節(jié)能環(huán)保[1]。

2.1.3 添加劑和偶聯(lián)劑

在木塑復(fù)合材料的制作工程中，通常會加入偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑主要起到橋梁的作用，使高分子材料和填料之間的界面特性得到改善，進(jìn)而使界面的粘合性提高，這樣有利益復(fù)合材料性能的增強(qiáng)。此外，還需要加入極少量的添加劑到木塑復(fù)合材料的制作工程中，其主要是改善材料的使用性能及加工性能，在加工制作木塑復(fù)合材料時可以加入塑料加工中常用的添加劑，比如顏料，光穩(wěn)定劑，潤滑劑，抗氧化劑等等。

2.2 木塑復(fù)合材料的性能優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 具有良好的裝飾性能

同傳統(tǒng)的木材材料相比，木塑復(fù)合材料上沒有木材上面的結(jié)疤、斜紋等瑕疵，其表面光滑，平整，非常利于涂色或者覆膜，當(dāng)對其進(jìn)行復(fù)合表層或者覆膜后能夠制作成不同顏色，功能多樣的產(chǎn)品。

2.2.2 木塑復(fù)合材料易于加工成型

木塑復(fù)合材料的組成原料中有熱塑性塑料，因此木塑復(fù)合材料具有熱塑性塑料的加工性能，易于加工成型，常用的塑料加工的工藝即可用于木塑材料的加工，無須追加新的設(shè)備，降低成本，也有利于推廣。木塑復(fù)合材料加工成型后，可對其進(jìn)行鉆孔，切割，使用螺栓或者釘子進(jìn)行連接固定，還可以在其表面涂漆，根據(jù)用戶的需求對其外觀進(jìn)行調(diào)整，具有很大的靈活性。

2.2.3 使用壽命長

同普通的木材相比，木塑復(fù)合材料耐腐蝕，耐老化，不怕蟲蛀，此外吸濕性小，所以不容易因?yàn)槲鼭褡冃?，木塑?fù)合材料不會造成二次污染，能夠回收在利用，循環(huán)使用，此外，在后期的維護(hù)保養(yǎng)方面的成本也較為便宜[3]。

3 木塑復(fù)合材料的膠接

3.1 膠接

膠接，即粘接，它是一種在一定的條件下，利用膠粘劑經(jīng)過化學(xué)或者物理變化等一系列過程，以此來獲得具有一定強(qiáng)度的膠接接頭的技術(shù)。膠接結(jié)構(gòu)已經(jīng)在很多方面被應(yīng)用，這中間結(jié)構(gòu)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如重量輕，密封性能優(yōu)良，外觀光滑等等，并且其表面應(yīng)力分布均勻，接頭能夠具有特殊的性能，此外其加工工藝簡單，周期較短，所以能夠大量節(jié)省人工，這種結(jié)構(gòu)對于復(fù)雜構(gòu)型，不同厚度，不同材質(zhì)的構(gòu)件之間的連接非常使用，在復(fù)合材料成型中，膠接技術(shù)是目前使用最多的技術(shù)。

同焊接連接及機(jī)械連接相比，膠接技術(shù)是一種非破壞連接技術(shù)，并且其粘接機(jī)構(gòu)的粘接界面的負(fù)載能力比其他粘接結(jié)構(gòu)更強(qiáng)，因此能夠延長粘接構(gòu)件的使用壽命。在使用焊接或者機(jī)械連接方式進(jìn)行連接時，粘接構(gòu)件的表面會產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此很容易造成裂紋的產(chǎn)生，但是使用膠接技術(shù)能夠防止裂紋的產(chǎn)生，同時對裂紋的傳播速度也有很好的抑制作用，獲得光滑的表面，這也表明在大多數(shù)情況下，膠接結(jié)構(gòu)要比焊接連接結(jié)構(gòu)或者機(jī)械連接結(jié)構(gòu)更加安全可靠。膠接結(jié)構(gòu)保證了構(gòu)建連接的連續(xù)性， 因此同其他連接方式相比，膠接接頭上的應(yīng)力分布更加連續(xù)均勻，也更加牢固，同時能夠減輕整體構(gòu)件的重量。在進(jìn)行膠接時，可以在常溫下進(jìn)行，無須升高構(gòu)件的局部溫度，所以對粘接構(gòu)件的機(jī)械性能是不是造成影響的。此外，膠接接頭的密封性能良好，可以很好的組織液體的滲入，進(jìn)而避免了構(gòu)件的裂縫腐蝕。膠接技術(shù)中所使用的膠粘劑混合物具有緩沖能力，在減小振動和噪音上面具有顯著效果，所以在門窗構(gòu)件的連接中這種方式非常適合。進(jìn)行膠接連接時，勞動成本低，設(shè)備備用也相對較少，因此總的裝配成本較低，只是膠接結(jié)構(gòu)無法進(jìn)行拆卸，所以不能進(jìn)行誤差校正。此外，隨著溫度的變化，聚合物膠接強(qiáng)度也會發(fā)生變化，受到氧化劑，某些溶劑，以及射線的影響大多數(shù)的膠粘劑也會發(fā)生變化，因此會對膠接強(qiáng)度造成影響。另外，在對粘接表面進(jìn)行特殊處理及清潔時，其過程也相對比較麻煩。膠接過程中對膠粘劑的用量把控也有一定的難度。目前，常用的效果較好的用于木塑復(fù)合材料的膠接的膠粘劑有常溫快速固化的J39膠粘劑，環(huán)氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑。

3.2 木塑復(fù)合材料的膠接問題

日常生活中，木塑復(fù)合材料常用的連接方式是機(jī)械連接，盡管機(jī)械連接可以比較快速的實(shí)現(xiàn)連接，但是在進(jìn)行連接時需要在材料上面進(jìn)行鉆孔，因而會對材料造成破壞，進(jìn)而造成材料在使用過程中的應(yīng)力不集中，當(dāng)時膠接技術(shù)可以很好的解決這一問題，因而膠接技術(shù)在木塑復(fù)合材料的連接上面具有很大的優(yōu)勢。

在制作木塑復(fù)合材料時，擠出成型技術(shù)廣泛應(yīng)用，當(dāng)材料擠出后，會處于較高的溫度環(huán)境較，因此會受到熱動力學(xué)的影響，就造成熱塑性塑料在擠出表面上集中，所以其熱塑性層表面能會大大降低，造成其表面很難被潤濕，在對其進(jìn)行膠接或者涂覆時也會變得較為困難。所以在對木塑復(fù)合材料進(jìn)行膠接時，需要先對木塑復(fù)合材料進(jìn)行表面處理，膠接過程中最重要的一個工序就是對膠接材料進(jìn)行表面處理，表面處理也是膠接技術(shù)成功的關(guān)鍵[4]。

3.3? ?木塑復(fù)合材料的表面處理

膠接是在材料的表面進(jìn)行的，所以膠接的效果受到粘接材料表面性質(zhì)和狀態(tài)的影響。由于聚乙烯喜愛了的表面極性小，表面能低，多以很難進(jìn)行膠接，為了提高粘接強(qiáng)度，就必須對木塑復(fù)合材料進(jìn)行合理的表面處理[5]，在對木塑復(fù)合材料進(jìn)行膠接時，表面處理是一道非常重要的工序，必不可少。

液相氧化處理，這種表面處理方法主要是用于改變材料表面惰性[6]，其處理效果好，不需要特殊設(shè)備，操作簡單，使用方便，液相氧化處理有比較長的應(yīng)用歷史，在實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。使用這種處理方式對惰性材料進(jìn)行表面處理之后，可以在材料的表面引入羧基，羥基、磺酸基等極性基團(tuán)，有了這些極性基團(tuán)，材料的表面極性就會大大增加，同時能夠利用這些極性基團(tuán)在材料表面進(jìn)行直接形成島狀突起，也可以使用強(qiáng)氧化劑，對材料的表面分子造成撕扯作用，進(jìn)而促使不同的溝槽在材料表面形成，這樣就能夠使材料的表面變得粗糙，也就使得材料的表面性質(zhì)得到改變，以此來提高材料的粘接性能以及與其他材料的相容性。此前，有研究人員研究了針對利用環(huán)氧樹脂膠接的聚丙烯/木塑復(fù)合材料，使用重鉻酸，火焰，機(jī)械打磨，水浸泡等方法對其進(jìn)行表面處理，最后結(jié)果表明，木塑復(fù)合材料在經(jīng)過這里表面處理方法處理后，其膠接性能都會有所提高，材料表面經(jīng)過表面處理后其膠接剪切強(qiáng)度提高了100%以上。還有學(xué)者以水基丙烯酸涂層和木塑復(fù)合材料為研究對象，研究使用火焰，重鉻酸等表面處理方法對它們膠接性能的影響。經(jīng)過一系列的研究后，發(fā)現(xiàn)在這些處理方法中重鉻酸表面處理的效果更加顯著，材料的粘接性能提高的最多，而火焰表面處理方法則剛好相反，組合這些研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)不同的表面處理方法處理材料表面后，構(gòu)件的剝離強(qiáng)度提高了1～2.5倍。

等離子體放電處理，該技術(shù)在高分子材料的表面改性中被廣泛的應(yīng)用，是重要的工程與科學(xué)技術(shù)。在對材料表面進(jìn)行等離子體放電處理后，其表面會發(fā)生許多化學(xué)和物理變化，如常見的刻蝕，這些物理和化學(xué)反應(yīng)會使材料的表面形成致密的交聯(lián)層，這些交聯(lián)層有利于極性基團(tuán)的引入，進(jìn)而使材料表面的粘接性能得到改善，親水性，染色性，導(dǎo)電性能以及生物相容性等也得到提升[7]。有學(xué)者對木塑復(fù)合材料進(jìn)行等離子體表面處理，研究其粘接性能的變化。最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明木塑復(fù)合材料經(jīng)過等離子體處理后其表面極性和表面粗糙度增加，表面極性性提高。這也證明對木塑復(fù)合材料進(jìn)行等離子體表面處理后，十分有利于含有型，親水型以及溶劑型涂料的附著力。研究人員分別對木塑復(fù)合材料和玻璃纖維復(fù)合材料進(jìn)行空氣等離子體表面處理，對比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過該方法進(jìn)行表面處理后，木塑復(fù)合材料的膠接強(qiáng)度提高了50%。還有學(xué)者對聚乙烯木塑復(fù)合材料進(jìn)行了等離子體表面處理，然后研究其粘接性能是否提高，結(jié)果表明經(jīng)過處理后的木塑復(fù)合材料表面的接觸角減小，同時其紅外光譜顯示材料表面形成了羧基，羥基，羰基等極性基團(tuán)。此外，在電子顯微鏡下觀察時發(fā)現(xiàn)材料表面變得更加粗糙。由此可見，經(jīng)過等離子體表面處理后，木塑復(fù)合材料的表面性能明顯增強(qiáng)，其粘接強(qiáng)度也顯著提高。

表面涂覆處理，該方法是指為了改善材料的表面性能，采用一系列化學(xué)或者物理方法在材料的表面涂覆一層不同于材料本身的其他物質(zhì)。在這種方法中所使用的涂覆劑通常是一種分子結(jié)構(gòu)中具有不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的偶聯(lián)劑，即一種是易于同無機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的親無機(jī)物基團(tuán)，一種是容易與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)的親有機(jī)物基團(tuán)，可與生成氫鍵溶于有機(jī)物。在選擇涂覆劑是往往是要根據(jù)材料的性質(zhì)以及膠粘劑來決定。學(xué)者對聚乙烯/木塑復(fù)合材料采用硅烷偶聯(lián)劑KH-560進(jìn)行表面涂覆處理，同時研究分析了它的處理?xiàng)l件。在經(jīng)過表面處理后，復(fù)合材料的表面同偶聯(lián)劑形成了化學(xué)鍵接，并且成功引入了極性基團(tuán)環(huán)氧基團(tuán)，這樣就使得聚乙烯木塑復(fù)合材料和環(huán)氧樹脂膠粘劑的粘接強(qiáng)度增強(qiáng)。

協(xié)同表面處理，該方法是將不同的表面處理方法結(jié)合使用，對木塑復(fù)合材料進(jìn)行表面處理，這種處理方法能更加有效的提高材料的表面性能。有研究人員對聚丙烯木塑復(fù)合材料采用火焰和水浸處理方法相結(jié)合進(jìn)行協(xié)同表面處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種處理方法處理后材料的表面粘接性能明顯增強(qiáng)，并且該處理方法比只是用單一的表面處理方法處理效果更好，說明兩種處理方法存在有益于膠接的協(xié)同效應(yīng)。還有研究人員將等離子體處理方法結(jié)合硅烷偶聯(lián)劑涂覆處理方法[8]，然后對聚乙烯木塑復(fù)合材料表面進(jìn)行處理，最后發(fā)現(xiàn)使用兩種處理方法協(xié)同處理后，可以明顯改善材料中聚乙烯表面性能，并且木質(zhì)成分的表面性質(zhì)也得到提升，在處理過程中，由于硅烷偶聯(lián)劑的封閉作用使材料中親水的羥基減少，并且成功的在材料表面引入了極性含氧基團(tuán)。在這兩種處理方法的協(xié)同作用下，木塑復(fù)合材料的表面性質(zhì)得以改變，這種改變對膠粘劑的潤濕和膠接十分有利，其膠接強(qiáng)度也大大提高，此外，耐水性能的得到增強(qiáng)。

3.4 膠接接頭的設(shè)計(jì)

在正常工作時，膠接接頭的手里情況十分的復(fù)雜，所以在對膠接接頭進(jìn)行設(shè)計(jì)時需要更加的合理認(rèn)真。粘接結(jié)構(gòu)的粘接強(qiáng)度及粘接效果與交接接頭的設(shè)計(jì)密切相關(guān)，在對膠接接頭進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要對各方面的因素進(jìn)行綜合考慮，包括其加工性能，受力情況，大小，以及其設(shè)計(jì)成本與粘接工藝的加工要求。

生活中常見的戶外家具以及某些包裝框架都是用木塑復(fù)合材料制作的，其常見的結(jié)構(gòu)形式是L型構(gòu)件和T型構(gòu)件，制品的性能和品質(zhì)直接受著兩種結(jié)構(gòu)形式的連接性的影響。在進(jìn)行膠接連接時，膠接接頭的選擇直觀重要，為了選擇一個進(jìn)合理地交接接頭，通常需要注意以下幾點(diǎn)，①由于在板材的粘接中，承受剪切負(fù)載的搭接接頭的強(qiáng)度更高，所以在進(jìn)行膠接接頭的設(shè)計(jì)時，應(yīng)該盡可能地使接頭承受剪切或者拉伸負(fù)載。②要確保粘接界面的應(yīng)力分布均勻，劈裂及剝離負(fù)載等造成應(yīng)力集中的問題要盡可能地避免，劈裂或者剝離大多數(shù)情況都是在膠層邊緣開始的，因此我們在進(jìn)行設(shè)計(jì)時可以改變膠縫的位置，或者也可以進(jìn)行邊緣的局部加強(qiáng)，目前有效的方法就是各種局部加強(qiáng)。③盡可能地加大粘接面的寬度，此設(shè)計(jì)方法使得粘接面積大大增加，同時其應(yīng)力集中系數(shù)不會明顯增加，這樣膠接接頭的承載力就得到提高。④采用復(fù)式連接的形式，這種設(shè)計(jì)的接頭也能大大提高其承載力。最后一點(diǎn)則是在對接頭進(jìn)行設(shè)計(jì)時要盡量美觀，使其表面平整，這樣也比較容易加工。

4 結(jié)語

現(xiàn)代園林景觀中所用的材料大多是木材，但是木材抵抗自然環(huán)境損害的性能較低，所以會在后期維護(hù)上面耗費(fèi)許多的人力物力，相比較而言，新型材料木塑復(fù)合材料不僅具有木材的各種優(yōu)良性能，并且還具備了許多其他的優(yōu)異性能，例如吸濕性低，不易吸水變形，耐腐蝕性強(qiáng)，不受蛀蟲侵害等等，從這里有點(diǎn)老看。木塑復(fù)合材料更加適用于園林景觀的建設(shè)中。這里對木塑復(fù)合材料的粘接性能及其影響因素做了簡單了解，研究結(jié)果表明，在經(jīng)過良好的表面處理工序，以及膠接接頭的合理設(shè)計(jì)工藝后，木塑復(fù)合材料的粘接性能會都到明顯增強(qiáng)，使得材料在景觀粘接中具有強(qiáng)的牢固性。

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