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一、木塑复合材料的基本构成
一、木塑复合材料定义及特点木塑复合材料是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、谷糠、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸杆等初级生物质材料为主原料,利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点,配混一定比例的塑料基料,经特殊工艺处理后__成型的一种可逆性循环利用、涵盖面广、产品种类多、形态结构多样的基础性材料,目前国内外对此称谓不一,也有将其称之为塑木、环保木、科技木、再生木、聚合木、聚保木、塑美木或保利木,英文名称Wood-Plastic Composites缩写为WPC一般说来,以生物质材料为基添加一定比例的塑料原料制成的材料,或以塑料原料为基添加一定比例的生物质材料制成的材料,均可称为木塑复合材料应该注意,目前有一些类似材料也自名为“木塑”,实际上并不具备木塑材料的基本特征从木塑产业的发展及其特性的角度看,新型木塑复合材料更倾向为一种泛性的生物质复合/聚合材料从总体上分析,这种新型材料具有五大特点
1、原料资源化其生物质材料部分基本分为废弃物利用,来源广泛,价值低廉;塑料组分要求不高,新、旧料或混合料均可,充分体现了资源的综合利用和有效利用
2、产品可塑化木塑产品为人工整体合成制品,可根据使用要求随机调整产品工艺和配方,从而生产出不同性能和形状的材料,其型材利用率接近100%
3、使用环保化木塑材料的木/塑基料及其常用助剂均环保安全,__无害,其生产__过程中也不会产生副作用,故对人体和环境均不构成任何危害
4、成本经济化木塑制品实现了低价值材料向高附加值产品的转移,不仅维护费用极低,而且产品寿命数倍于普通天然木材,综合比较具有明显的经济优势
5、回收再生化木塑材料的报废产品及回收废品均可100%的再生利用,且不会影响产品使用性能,能够真正实现“减量化、再生化、资源化”的循环经济模式
(二) 、木塑复合材料的基料顾名思义,木塑复合材料就是由木质材料和塑料原料混配复合成型的材料其中,木(竹)本材料诸如锯末、刨花、木屑、椰壳、竹屑和竹绒等,草本材料如麦秸、稻草、麻杆、糠壳、大豆皮、花生壳、板栗壳、棉秸杆、葵花杆及甘蔗渣等,均为废弃或低值的生物质资源,经过筛选、粉碎、磨粉等工艺处理后,即成为木塑的木质工业原料,业内通称为木粉用于木塑复合材料__中塑料原料可以是热固性塑料,如酚醛树脂、胺基树脂、环痒树脂等,也可以是热塑性塑料,主要有尼龙(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC),以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等,包括新料、回收料以及二者的混合料由于木质纤维热稳定性较差,所以__温度在200℃以下的热塑性塑料在生产中被更广泛地采用现在应用实践中,聚乙烯、聚丙烯基材主要用于户外建筑制品;聚氯乙烯基材则主要用于室内装饰材建材应该引起注意的是,目前木塑材料木粉塑化技术发展很快,对塑料基料的依赖性有逐渐降低之势,而废塑料原料混炼技术也有一定突破,这样木塑材料中生物质原料的优势将可能更加突破塑、木两种材料目前在生产中的配混比例来看,从
55、46到37的都有,有试验表明,木塑材料中木粉含量最高可达85%,其成品仍能保持较好的质量和性能
(三)、木塑原料来源的优势了解木塑复合材料的原料构成对于发展这类新型材料有着十分重要的意义,因为正是原料结构的优势使木塑复合材料成为目前大家__它的一个重要原因首先,组成木塑成分之一的各类生物质材料在国内就具有种类繁多、来源丰富、__方便、__低廉等诸多优点,而且这类材料在应用中绝缘性能优良,制成品尺寸稳定,且__无害,可反复__,易自然降解,不会对环境造成任何污染,我国南北方、东部西部均不乏这类低值自然原料据有关资料表明,目前我国每年仅农作物秸杆就产生近8亿吨,可收集部分5亿吨左右,而目前综合利用率不足10%在调查中,我们发现除了各地常见的稻麦秸杆、次小薪材和木工废弃料,在不同的地区,低值木质材料的利用呈现不同的特点,比如山东和__的棉杆、四川和广东的次生竹、河北的板栗壳、海南的椰壳等的个,都是可资利用、而且量大质优的木塑木质材料原料,而在当地,这些资源基本是弃之无用的如果能够因势利导,不仅能够充分利用我国幅员辽阔的多种类生物质资源,对解决“三农”问题也会有一定程度的贡献其次,废弃塑料的回收处理在我国也是一个老大难问题据有关统计数据表明,至2006年底,我国塑料制品年产量已超过4000万吨(含进口1000万吨),总量跃居世界第一位塑料除了大量用于工农业生产外,于人们的衣、食、住、行、乐,几乎无不涉及,因而其废弃物的数量也十分巨大根据各方面数据综合估计,现在我国每年产生废塑料约为600-800万吨,其中的地膜、渔网、饮料瓶、包装器具等废弃量大,又难于处理,“白色”污染由此而起现在国内塑料再生利用率不足30%,而且目前的塑料再生制品多为低档生活用品,实际意义十分有限木塑材料是一种能够产生高附加值的新型材料,废塑料的填充应用几乎起到了“化腐朽为神奇”的作用,若能正确引导塑料的回收和管理,以及进一步提高塑料再生利用技术,不仅可以为木塑产业的发展提供稳定、经济的原料来源,也可以缓解因为石油__持续上扬带来的负面冲击综上所述,木塑材料原料使用的优势尽显其中当然,也不是其它国家和地区就不具备这些条件,问题在于中国作为一个还没有完全进入工业化的农业大国,特别需要诸如木塑材料这样一些可资充分利用低值资源的高附加值产品这样,我们的人力、资金、原料更资源就容易找到最佳的表现位置
(四)、木塑复合材料的助剂由于木质材料__成木粉后具有较强的吸水性,且极性很强,而热塑性塑料多数为非极性的,具有疏水性,所以两者之间的相容性极差,界面的粘结力较小,常常需要添加适当的助剂来改变木粉与树脂的表面状态,以提高木粉与树脂的界面亲和能力而且,高填充量的木粉在熔融的热塑性塑料中分散效果较差,常会以某种聚集状态的形式存在,使得熔体流动性差,易造成成型时的困难,这也需要加入表面处理剂来改善流动性以利于材料成型同时,塑料基体也需要加入各种助剂来改善其__性能机器成品的使用性能,用以提高木粉和聚合物之间的结合力以及强化复合材料的机械性能经常使用的木塑制品助剂有以下几种增溶剂,用以克服高分子材料复合时__的困难,改善其__性能;偶联剂,用以提高木粉与塑料的相容性及分散性;润滑剂,用来改善__熔体的流动性和挤出制品的表面质量;着色剂,它能使木塑制品有均匀稳定的颜色,且使腿色速度减缓;防菌剂,使复合材料制品保持良好的外观和__的性能;紫外线稳定剂,消减紫外线的辐射影响,能使复合材料中的聚合物不发生降解或减弱材料力学性能的下降;发泡剂,使制品产生良好的泡孔结构,从而提高材料的抗冲击性能和延展性,且大大降__品的密度;此外还有分散剂、抗氧剂、填充剂和交联剂等等采用不同的__方式,所用的助剂也有所不同但木塑常用的各种助剂均属于对人体和环境__无害的材料
二、木塑产业总体概况
(一)、木塑产业的形成从科技发展的实例看,各种材料的混配复合是新材料发展的一个必然过程,木塑复合材料也不例外木塑材料的产业化__大概起源于80年代,主要诞生地之一是在美国从宏观上看,__这种新型材料的动力来源于合理利用有限资源的要求;直接成因则是因为当时美国面临越来越多的废弃塑料需要处理而在塑料__中常常会添加一些成本低廉、又能提高塑料刚性的木质材料,故在此基础上诞生了木塑材料也因为此,初期木塑材料一直是被当作改性塑料来对待的但随着木塑复合材料生产技术水平的不断提高,其制成品逐渐具备了诸如塑料、木材、金属等单质材料的诸多优点,产品特色逐渐凸现,渐渐成为一类自成体系的新型材料,而不再是某一类材料的延伸或附庸木塑材料所具有的各种优点不仅非常符合建筑业、物流业、包装业等领域的使用要求,同时也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题,这就推动和加速了木塑材料的研制过程,使其最终形成了一个新的产业中国木塑复合材料的研发工作起始于上世纪90年代中期,比国外木塑复合材料的产业化研发晚了约10多年,与国外不同的是我国的木塑制品最早源于包装行业自90年代末期开始,随着美国率先以从中国商品的进口木质包装材料中发现了光肩星天牛虫害为理由,欧美各国对来自中国的木质包装相继设置限制措施,客观上推动了我国以生产木塑包装箱和托盘为代表的木塑产业的发展,在外部压力和内在利益的双重驱动下,通过__和企业的共同努力,国内木塑材料的研发、引进极其技术转化进入了一个快速发展时期而在木塑材料的实际应用中,人们又逐渐发现或认识到这种新型材料的诸多优点,并不断将其转移、延伸到更多的领域,由此逐渐形成了今天以填充聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为主的户外产品和以填充聚氯乙烯(PVC)为主的室内装饰产品两大分支,以及一些另辟蹊径的木塑类产品随着参加者的日益增多,至本世纪初,国内木塑产业雏形渐成
(二)、国外木塑产业概况木塑材料在国外经历了三个阶段的发展,即以包装托盘和汽车内饰制品为主的第一阶段;以户外园林用品和室内制品为主的第二阶段和以成套木屋及结构件为主的第三阶段目前,各种类型的木塑复合材料制品在美国、___、德国、英国、荷兰、__和韩国等国家已得到较为广泛的应用,并形成比较规范的产业和市场在北美,木塑符合材料方面的研究已进行了20年左右,北美也是目前世界上木塑复合材料发展最快的用量最大的地区,主要用于风格粗犷的户外建筑,虽然由于使用习惯它的木塑制品及其制造技术尚不精致从1990至2000年,美国市场的木塑材料增长率都保持在15-20%以上,尤其是近5年的增长特别快现在美国大约有50家左右的木塑企业,其特点是规模较大,产量一般都在万吨以上,其中几家最大的木塑复合材料公司,如TREX公司等都在纽约证券交易所上市,TREX的产量30万吨,年营业额已超过5亿美元美国从事这方面研究的机构也超过50家,形成了一个从产品研发、原料收集、设备制造、模具__、制成品生产到市场营销的完整产业具有关资料2005年统计的数字美国木塑制品的应用量达到25亿美元___安大略省的材料和制造中心一直坚持与美国国家森林实验室一起主办木塑复合材料会议并资助研究人员和公司经过10多年的努力,在___也形成了10多家企业为主体,年产量超过5万吨的木塑复合材料行业欧洲目前的木塑企业不是很多,除个别企业外,木塑产量和技术水平总体上大概与国内企业处于同一位置欧洲木塑行业的总体发展及规模均不如北美,但在窗套、门板、板条、家具等制品生产中,木塑复合材料的应用量一直在增长,发展趋势有加快倾向但欧洲国家普遍具有强大的装备制造能力,发展潜力不可小视据有报告称,2005年德国木塑复合材料产量预计将从2004年的5000万吨提升至1万吨德国NovaInstitut公司称,整个欧洲木塑复合材料市场规模已从2002年到2003年翻了一番,达到3万吨据公司预计,未来几年德国木塑复合材料产量将达到10万吨/年一般来说,欧洲人对木塑材料的要求比较细腻一些,品种花色的需求也高于北美,室内装修装饰和户外建筑齐头并进,但应用技术和商品市场还不十分成熟,应该说还有高速增长的发展空间在__,由于地理原因和环保意识,木塑材料的应用比较普遍,产品质量亦较优良特别是以EIN WOOD株式会社为代表的木塑复合材料研究机构,经过十多年的努力__出具有高品质的木塑复合材料其产品具有自然的木材色泽和质感,已经在房屋建设和装饰方面得到广泛使用该公司生产的木塑制品是目前国际上最高品质的产品之一,代表了木塑复合材料替代天然木材的发展方向和质量水平
(三)、中国木塑产业现状伴随木塑复合材料的优点逐渐被发掘,2002年,该材料进入中国科学院《2002高技术发展报告》;同年,被列入国家科技部“863”项目和国家___“948”计划,为此设立了专项课题组;2001-2006年,国家___(经贸委)一直将木塑复合材料列为“国家高技术产业化新材料专项项目”;2005年12月,国家___公布了《产业结构调整指导目录(2005本)》,其中鼓励发展的产业中有关或涉及到生物质(木塑)复合材料的项目高达18项之多;2006年1月___发表的《国家中__科学和技术发展纲要》中,列入优先发展的68项主题中,生物质(木塑)复合材料与五个领域的5个主题相关联,在前沿技术和基础研究中分别占有一席之地在刚通过的《国民经济和社会发展十一五规划纲要》中,新型复合材料又荣幸列入借国家新经济政策东风,全国性的“木塑热”逐渐兴起据不完全统计,截止到2005年年底,全国直接或间接从事木塑复合材料研发、生产和配套的企事业单位已逾150家,包括国有、民营、独资、合股和合资多种类型,从总量上看,国有或国有控股企业占有一定优势现木塑产业从业人员数万人,生产能力大幅度提高,木塑制品年产销量已接近10万吨,年产值可超过8亿人民币从企业的地地域分布看,东部远远超过中、西部,其中以珠三角和长三角地区的木塑企业最为集中;以工艺水平论,东部个别企业技术较为领先;南方企业则占有产品数量和市场的绝对优势目前行业内主要技术代表企业的试验样品已达到或超过国际先进水平,其余诸多企业也逐渐凸显出自己产品的特色此外,国内一些行业外的大型企业亦跃跃欲试,欲在木塑领域一试身手据悉,一些跨国集团也在密切__中国木塑产业的动态虽然说目前中国木塑产业的真正潜力还未完全挖掘出来,但其发展前景值得我们拭目以待不过,目前国内对木塑产业的一些投资及规划有一些过热倾向,如果没有有力的自主创新技术支撑,简单的外延扩大仍然不利于木塑产业的健康成长应该引起我们重视的是与国外对于木塑复合材料的研究和__相比,国内的研发还处于初始阶段,而且研究力量分散,缺乏足够的研究经费尽管这些年来国内也有不少关于木塑的研究论文或成果的报道,但真正能够转化为产业化的科研成果为数极少,根本形不成规模效应现在国内木塑行业同时经历着国外的三个发展阶段,但主要产品还是各类托盘、包装箱、铺垫板等低档产品,附加值不高,生产能力有限,实际产量过万吨的企业基本没有此外,受技术、资金、设备和市场__能力的诸多限制,导致多数企业产品品种单
一、生产效率低,且生产成本高,质量稳定性差,从而制约了市场的__过程因此,木塑复合材料在国内的整体发展速度并不十分理想
三、木塑复合材料的应用前景
(一)木塑复合材料的基本性能木塑复合材料的基本性能分为力学性能和实用性能两大部分,其最大特征在于它同时具备了木质材料和合成塑料两中不同材质的基础材料的双重优点木塑复合材料同塑料相比,无论是硬度、刚度等力学性能方面,还是在防止老化、变形等实用性方面,都有相当程度的提高木塑材料也可仿木制成各种类型的型材,而且具有较强的__性能,可锯、可刨、可钉、能弯曲和粘连,有着和天然木材一样的质感和性能,加入着色剂、覆膜或复合表层可以制成各种色彩绚丽、几可乱真的仿木、代木制品木塑材料既避免了天然木材耐用性差、易燃、易潮、易腐、易蛀、易滋生霉菌及不耐酸等缺点;又避免了单纯塑料易变形老化、高温蠕变、低温脆性等不足之处,具备了水浸不涨,干燥不裂,高温不变,低温不脆,遇火不燃,虫蛀不烂,经久耐用等优势从环保角度而言,木塑材料的生产和使用都不会向周围环境散发危害人类健康的挥发物,它减缓和避免了塑料废弃物的毒害,也免除了农作废弃物焚烧给环境带来的污染其本身还可回收二次利用,因此木塑制品又是一种生态自洁的环保型材料下面是国内通用型木塑复合材料与类似材料的一个简单性能比较,主要数据采自中国林业科学研究院木材工业研究所的研究报告 比较项目单位木塑材料天然木材中密度板密度g/cm_
1.00-
1.
200.35-
0.
700.53-
0.70吸水率48h增重%
0.
8055.
3022.30耐腐性失重量%
0.7032-耐磨性g/100r
0.10--抗拉强度MPa
27.00-
33.00顺
54.6弦
0.9径
2.
511.2-
17.7抗弯强度MPa
40.00-
57.
8063.
7029.40-
39.20抗弯弹性模量GPa
3.00-
4.
1012.
002.10板面握钉力N47806800-甲醛释放量Mg/L
0.
10.3E1≤
1.5
(二)、木塑复合材料的分类承前所述,由于木塑材料工艺技术的不断提高和日臻完善,其品种不断增加,早期被局限的领域已有较大突破,其分类也有不同方法
1. 按使用塑料区分可分为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS塑料及塑化木质材料等等
2. 按使用场所区分可分为户外园林系列和室内装饰系列两大分支,以及一些特殊制品
3. 按实际用途区分可分为结构类、装饰类、包装类和特型类几大类型
4. 按产品形态区分可分为线材、型材、板材、片材和异型材等多种系列
5. 按制造工艺区分可分为低发泡、中发泡、空心结构及实心材料等等
(三)、木塑复合材料的应用领域木塑复合材料的适用范围几乎可以涵盖所有原木、塑料、塑钢、铝合金及其它相似复合材料现在的使用领域;已开始涉及到的木塑材料应用范围包括墙裙、窗套、套门、楼板、连廊、隔断、顶棚、包边、栅栏、栈桥、桑拿房、休息亭、汽__、船甲板、家具饰件、水上通道、露天座椅、楼梯踏步、露天平台、建筑模板、集装箱铺板、运动场座椅、轻轨隔音墙、多功能墙隔板、高速公路隔音墙等;可以说木塑材料已开始渗入建筑、家装、家具、汽车、交通、物流、包装、园林、市政、环保、体育,甚至军事领域,辐射面和影响力正逐年扩大,应用前景十分广阔据悉,2004年雅典___已使用部分木塑材料;北京奥组委对此材料也一直比较__如果条件合适,我们还可望在2008年___场馆里见到中国木塑制品的身影在美国已经开展了利用木塑复合材料制造高速公路护栏、立柱、隔音板等公路安全防护体系的研究试验结果表明用截__为200-500mm的木塑复合材料制造的高速公路护栏立柱,其断裂强度超过截__为150-200mm的花旗松高速公路护栏立柱据了解由于天然木材不耐海生物腐蚀,易开裂和翘曲、寿命短,美国海军每年用于维修、更换码头的木材费用高达
2.5亿美元因为木塑复合材料有着明显的性能优势,美国海军为此启动了一个为期5年,总金额达1000万美元的木塑复合材料替代天然木材的__项目,由美国华盛顿州立大学承担,拟以大尺寸的木塑复合材料制成的立柱替代天然木材立柱用于海港和码头的建设和维护,以延长码头立柱的使用寿命、降低维护费用该项研究已经开展,并取得良好效果
(四)、木塑复合材料的市场分析从国外市场看,据美国Principa Partners公司《2003年天然和木纤维塑料复合材料》报道天然木纤维塑料复合材料是塑料工业中市场增长最开的部分2002年北美和欧洲的市场继续扩大,需求量达
68.04万吨,营业额为
7.5亿美元2004年仅北美市场木塑材料用量已超过50万吨,预计年以后其需求量将继续以两位数的速率递增据淤灌专家预计,美国木塑铺板市场销售将从2001年的
4.1亿美元提高到2006年的
9.0亿美元;而木塑栅栏市场将从2001年的
1.63亿美元提高到2006年的
3.15亿美元;木塑门窗市场也将从2001年的
0.65亿美元提高到2006年的
1.35亿美元在美国,木塑市场近年来的年均增长率均超过13%,仅木塑板市场的年销售额就已超过6亿美元目前,各种类型的木塑复合材料制品除在美国、___、__等国广泛使用外,德国、英国、荷兰、奥地利、意大利、澳大利亚、韩国、__等国家和地区也已在积极跟进,已逐步形成有个较为完整的产业系统木塑复合材料的各种优势已吸引了各国__部门、大专院校、研究机构、军方以及企业的大量资金和研发投资在国内,目前木塑复合材料市场还不十分成熟,投入使用的木塑产品大多为低端低值产品,而且品种、数量均很有限但是,随着循环经济观念的建立,已经越来越____的资源消耗,国内的木塑企业已经意识到自己的差距,已及由此可能带来或丧失的巨大商机所以,相当一部分企业欲奋起直追,努力改变中国木塑产品的形象,抓住机遇开拓中国木塑市场,届时中国木塑材料挟其优良表现,完全可能在国内外市场与外国企业一决高低譬如目前方兴未艾的家装行业就是耗材大户,根据___统计表明,仅国内一年的门窗用材就达4亿m3另据杭州的调查,仅该市园林景观用材料,一年就可达10万吨以上从市场应用的需求分析,国内木塑企业最有可能在以下领域开始规模性拓展
1、建筑材料包括基材、墙材、地板和装饰材等系列;
2、户外设施包括栅栏、地板、立柱、扶手等几大类产品;
3、物流运输主要有包装箱、集装箱板、轻、重型托盘等等;
4、交通设施譬如隔栏、隔板、护墙、标示牌等等;
5. 家具用品譬如衣柜、橱柜、茶几、花架等客观的看,我股的天然木材资源在日益减少,而对木质制品的需求量却在与日俱增,一个巨大的需求终究会使国内木塑材料市场大门打开具有关专家分析中国到2010年以后可以达到800亿产值的大市场并且,木塑项目符合国家几项经济政策一是环保,__过程环保,最终制品环保;二是循环经济,废品和用过的产品可以再进行生产__三是,解决三农,使用秸杆增加农民收入为此,该产品是一项利国、利民、造福子孙的好产品这一未来前景和发展趋势,具有极大的潜力和吸引力,是每一个__环保,__未来,有责任心的有识之士都为之奋斗的大事业
四、中国的木塑产业展望《中华人民___国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》指出围绕信息、生物、____、重大装备、新能源等产业发展需要的需求,重点发展特种功能材料、高性能结构材料、纳米材料、复合材料、环保节能材料等产业群,建立和完善新材料创新体系为此,今后木塑发展方向是
1、原料通用化根据原料分类、使用性能和用途把木塑工业原料分成几个大类,以便各企业生产、使用及保证产品质量
2、装备专业化尽快改变当前木塑生产仅凭感性沿用塑料设备的状况,改进、完善木塑制品生产装备,使其专业化、系列化、规范化和标准化,樗妗母素产业得劲部、促进木塑产业的进步(赛旺公司已经走在前列,__了三项专利的木塑专用设备
3、产品高端化以木塑制品的良好__性能为依托,制造性能良好、做工精细、形态复杂、表面美观的型材以及适用范围大的__板材,使木塑制品性价比更具国内外的竞争优势
4、研发市场化现在我们需要的是市场有需求、性能有特色、使用有长处、__有优势的产品,特别期待科研成果转化,促进木塑产品与市场接轨只有这样, 才能不断扩大木塑市场的市场占有率,进而真正成为市场的新宠
5、使用广泛化主要是指木塑制品的品种、质量上的突破后的大____和使用,使之常态化、普遍化,并成为一般人群所乐意接受的木塑制品体现了源于自然、优于自然、用于自然和归于自然的循环产品生命特征,符合“资源-产品-废弃物-再生资源”的反馈式循环过程,可以有效地利用资源和保护环境,实现了国家所倡导的“以尽可能小的资源消耗和环境成本,获得尽可能大的经济效益和社会效益,从而使经济系统与自然生态系统的物质循环过程相互和谐,促进资源永序利用” 我们今后要加快技术自主创新的步伐,迅速增加__品种和提高产品品质,千方百计叩开市场的大门在国家有关政策的帮助扶持和主管部门的科学指导下,合理利用、节约利用,综合利用和循环利用好木塑复合材料,把木塑产业(800亿)市场做强做大,减少森林砍伐,节能减排,利民强国,造福子孙。