森林是維系人類生命的寶貴資源,然而幾個世紀(jì)的野蠻砍伐已使寶貴資源幾乎消耗殆盡,嚴(yán)重地破壞了地球的生態(tài)平衡。如何保護(hù)森林資源已是人類面臨的嚴(yán)峻課題,對于中國來說,更是如此。另一方面,在開發(fā)大量人造、合成材料的同時,如何更合理地利用天然材料及每天產(chǎn)生的工、農(nóng)業(yè)廢棄物,在為人類造福的同時,保護(hù)環(huán)境,修復(fù)已被人類破壞成千瘡百孔的地球,也是擺在材料科學(xué)家面前的課題。在復(fù)合材料領(lǐng)域,這類課題同樣吸引著人們的目光,世界各大公司及工業(yè)集團(tuán)均投入相當(dāng)多的人力、物力,取得了一定的成果。
木質(zhì)復(fù)合材料(WPC,woodplasticscompos-ites)就是在這種形勢之下開發(fā)出的材料,近年來在復(fù)合材料領(lǐng)域發(fā)展非常迅速,在人民生活中已占有相當(dāng)?shù)匚?是一種廉價的、與環(huán)境友善的材料。
木質(zhì)復(fù)合材料(WPC)是很值得推薦的一種復(fù)合材料,它起源于歐洲,后在北美迅速擴(kuò)展。這種材料是以天然的含有纖維的木材下腳料、亞麻、黃麻、竹子、麥稈、棉花桿、草、玉米皮、甘蔗渣、椰殼等為原料,與聚合物,如聚乙烯(高、低密度均可)、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯對苯二甲酸脂或循環(huán)再利用的回收樹脂等復(fù)合,采用復(fù)合材料的制造工藝制備出聚合物木材。由于制造中多采用熱塑性塑料,工藝過程中產(chǎn)生的揮發(fā)物很少,有利于環(huán)境保護(hù)及工人的身體健康;采用熱塑性樹脂的木質(zhì)復(fù)合材料可以多次循環(huán)使用,其性能沒有明顯的退化?？梢哉f這種材料是一種“綠色”復(fù)合材料,這種材料的出現(xiàn)及發(fā)展使傳統(tǒng)的木材工業(yè)發(fā)生了令人驚詫的革命性的變化。過去5年中這種材料的市場需求增長很快,市場每年以100%的速率增長。
采用人造纖維如玻璃纖維為增強材料來制備復(fù)合材料時,復(fù)合材料的主要性能如抗張強度將低于纖維的強度,而采用木質(zhì)纖維時,由于植物纖維本身的復(fù)雜結(jié)構(gòu),如纖維中存在的空腔、導(dǎo)管等,當(dāng)其浸透了樹脂后,就會大大地增加界面的面積,從而增加了材料抵抗外界應(yīng)力、消耗變形能量的機制,使木質(zhì)復(fù)合材料的性能優(yōu)于基體及纖維的性能,這是這種材料的寶貴之處。
通常采用擠出工藝來制備木質(zhì)復(fù)合材料型材,或壓制工藝來制備板材。例如使用40目～60目的鋸木屑,使之與選定的聚合物混合均勻,先將配合料擠成團(tuán)塊狀,然后經(jīng)模具擠出型材,對擠出的型材不需額外的矯直,只采用水槽冷卻即可。成型溫度低于150攝氏度。由于是在如此低溫下進(jìn)行的工藝過程,可保證高速擠出的生產(chǎn)速度及較低的能量消耗。
木質(zhì)復(fù)合材料中固體添加物含量可達(dá)70%,可制成外觀與木材相仿的板材、型材,目前用于室內(nèi)外裝飾、復(fù)面板、門窗框等,替代天然木材。型材壁厚為4～6毫米(外用)及2.5～3.5毫米(內(nèi)用),型材擠出尺寸誤差為±0.2毫米。
該材料的主要特點是:
●尺寸穩(wěn)定性好;
●不腐朽、抗發(fā)霉;
●耐潮濕、吸水率低(僅0.7%,而松木的吸收率為17%,相應(yīng)的厚度鼓脹率為0.2%,而木材的厚度鼓脹率為2.6%);
●優(yōu)異的抗壓、抗拉伸、抗剪切強度;
●高的抗沖擊性,彈性模量比普通PVC塑料高20%;
●膨脹系數(shù)與鋁合金接近;
●在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定,在一定的高溫下機械性能有所提高,耐低溫性能優(yōu)異;
●在阻燃性能方面,木質(zhì)復(fù)合材料的火焰蔓延速度約為普通木材的50%,如果添加適當(dāng)?shù)?a target="blank" title="阻燃劑" class="search-icon" href="http://www.caconstructionandconsulting.com/Biz/sellCate_39835_1.html">阻燃劑、防火劑,可使材料的阻燃性能大大提高。
●材料的性能及外觀的可設(shè)計性好,可在材料擠出之前,加入各類添加劑,如選定的顏料、阻燃劑、特定防腐劑及紫外線穩(wěn)定劑等。為了達(dá)到使材料具有特定的性能,可以采用不同的纖維混合體,也可采用植物纖維與人造纖維(玻璃纖維,尼龍纖維等),這樣可以發(fā)揮各種纖維的不同特性,賦予材料更優(yōu)異的性能。
●可加工性好。加工、使用這種材料時,復(fù)合木質(zhì)材料與天然的木材一樣,可使用傳統(tǒng)的木工工具進(jìn)行加工;可彎曲、鉆孔、釘、鋸、刻花紋、開榫;有很好的握釘性能,需加用固緊件時,其固緊強度比天然木材高2～4倍,并可對其進(jìn)行各種類型的連接。已開發(fā)出特種底漆(針對某牌號),在木質(zhì)復(fù)合型材上使用底漆后,可再涂以客戶希望的顏色、花紋,或再與其他薄膜及飾面鑲板復(fù)合。
值得關(guān)注的是,這種材料不僅僅用于庭院裝飾或不大受力的地方,如采用一定的技術(shù),可以制備出用于結(jié)構(gòu)件的高強木質(zhì)復(fù)合材料。加拿大的某公司采用定向技術(shù)開發(fā)出了定向復(fù)合木材,具有更優(yōu)異的力學(xué)性能,稱其為第二代復(fù)合木材,其外觀、結(jié)構(gòu)、手感更接近木材,并可起到結(jié)構(gòu)件的作用。也可把天然的植物纖維用特定的技術(shù)提取出來,再進(jìn)一步深加工成為纖維織物或氈或復(fù)合纖維,從而改善復(fù)合木質(zhì)材料的性能。另外,采用適當(dāng)?shù)奶砑觿?可以改善木質(zhì)纖維與樹脂基體的界面狀態(tài),提高界面的結(jié)合力,改善材料的力學(xué)性能。
總之,復(fù)合木質(zhì)材料利用大量的廢棄物,制造成本低廉,易于制造及使用,可回收再利用,是對環(huán)境友善的綠色復(fù)合材料材料,值得推廣?？梢韵胂?如果用這種使用壽命更長、裝飾性更好的材料來替代天然木材,會使我們的家庭、花園更美麗,又為我們國家保護(hù)了寶貴的森林資源

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