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木塑行业发展历史及市场前景和应用分析

时间:2020-10-22 11:01 作者: 鸭脖官网

  是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料,主要以废旧塑料和树枝树杈、稻壳、农业秸秆等植物纤维为原材料,制成的产品广泛用于包装、园林、运输、建筑、家装、车船内饰等场所。其融合了的双重优点,具有环保、防水、耐腐、防虫、阻燃、可循环利用等多项优势,是一种极具发展前途的

  二国外发展历史:早在几十年前,美国就开始了木塑复合材料的研究和挤出,但由于加工技术不成熟,与塑料和纯木材制品相比,有很多性能缺陷,木塑复合材料一直没有迅猛的发展。随着工业技术水平的突破,新的加工工艺使得木塑复合材料的使用性能大幅度提高,木塑制品的市场迅速打开。大规模的工业化木塑复合挤出始于80年代,随着汽车工业的迅猛增长,汽车内饰件的需求空前加剧,随后木塑复合材料一直保持稳定增长。随着市场的进一步开拓与挖掘,木塑复合材料越来越多的应用于房地产业,公共设施等方面。1991年,国际木塑复合材料会议在美国召开。在90年代的十年间,美国的木塑行业获得了长足的发展,每年的增长都在百分之十以上。经过十多年的发展,美国已经有50多家年产量在万吨以上的木塑企业,其中最大的几家公司已在纽约证券交易所上市,形成了一个从产品开发、原材料收集、设备制造、模具研发、制成品生产到行情营销的完整工业。欧洲木塑工业总体发展不如北美地区,但近年来有加快走向。木塑企业不多,产量和科技水平与中国企业相称,但其拥有强盛的装备制造能力,发展潜力不可小视。欧洲人对木塑材料的要求比较细腻,对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,但使用科技和商品行情还不甚成熟,有高速增长的空间。日本由于地理原因和环境保护意识,木塑材料的使用比较普遍,产品质量亦较优良。日本的木塑研发机构,经过十多年的努力研发出高品质的木塑材料。其产品具有自然的木材色泽和质感,已在房屋建设和内装饰领域得到广泛应用,是目前世界上品质最高的产品之一,代表了木塑材料替代天然木材的质量水平和发展趋势。

  国外的发展现状:北美是目前世界上木塑市场最大的地区,据专项报告显示,2001年仅北美地区的年耗材量就在32万吨以上。预计2005年以前会以两位数的速率增长,2005年的用量将是2001年用量的两倍以上。其中,美国在行业研发和市场开拓上一直走在前列。在欧洲,木塑复合材料的发展增长强劲,技术已经达到共挤阶段,在家具制造行业,一直保持持续增长,即将占据主导地位。此外,日本的发展也处于国际领先水平。

  三我国木塑行业的发展历史及现状:在国家循环经济政策的鼓励和企业潜在效益需求的双重推动下,国内木塑行业兴起还不足10年时间。截止2005年止,全国木塑企业在150家左右,这些企业大多技术水平落后,还处于木塑工业的初级阶段。截止到2009年底,国内集结在木塑产业链上的主流企业已达300余家。特别重要的是,在各方力量的共同努力下,国内木塑材料/制品的制造水平已跃居世界前列,取得了与欧美发达国家木塑企业进行平等对话的权利。随着政府的大力推广与社会观念的更新,木塑行业将会越老越热。我国现有木塑工业从业人员数万人,木塑制品年产销量已接近10万吨,年产值超过8亿元人民币。木塑企业集中分布在珠三角和长三角地区,东部远远超过中、西部。东部个别企业工艺水平较为领先,南方企业则占有产品数量和行情的绝对优势。行业内重要科技代表企业的试验样品已达到或超过世界先进水平。一些行业外的大型企业和跨国集团也在密切关注中国木塑工业的动态。

  四 我国木塑行业的市场前景:中国的天然木材资源日益减少,木质制品的行情需求量却与日俱增。巨大的行情需求和科技突破必然会不断拓宽木塑材料的行情通道。从行情需求角度分析,木塑最有可能在建筑材料、户外设施、物流运输、交通设施、家具用品等领域开始规模性拓展。

  五 木塑产品的应用领域 :托盘、包装箱等包装制品,铺板、铺梁等仓储制品,凉亭、座椅等城建用品,房屋地板等建材用品,汽车内装饰、管材等其它产品。

  木塑复合材料是经过预处理的木质纤维或木粉与热塑性塑料树脂和其它材料复合而成的一种新型材料。具有如下优点:(1)耐酸碱、耐化学品、耐盐水性好;(2)可以在低温下使用;(3)耐紫外光;(4)不腐烂、不开裂或翘曲等;(5)机械性能好、价格便宜、加工方便、可回收;(6)无甲醛等有害气体释放等。木塑复合材料是一种应用广泛、附加值高的新型环境友好材料,四现代材料工业发展的主要方向之一。

  国外对木塑复合材料的研究起步较早,技术开发和应用发展迅速。为了降低成本,提高可再生资源利用的比例,高比例木质纤维(木粉)的木塑复合材料在近几年发展起来。木质成分含量的增加,给制备工艺和界面相容性的提高增加了难度,所以,如何改善木质填充物与塑料基体间的界面相容性成为该材料的关键技术之一。

  国内对木塑复合材料的研究起步较晚,但发展十分迅速,取得了一些阶段性的成果。目前国内工业化生产PP/木粉和PE/木粉复合材料技术已趋成熟,生产PVC/木粉复合材料技术也处于起步阶段。但如何在保证拉伸、弯曲和冲击强度等物理机械性的同时,降低生产成本,扩大原材料的供应范围,满足大规模工业生产的需要等技术方面的课题,还没有得到很好解决。

  木塑复合材料既具有热塑性塑料的易成形性,又有类似木材的二次加工性,如可切割、能粘接、可涂饰,且具有抗虫蛀、耐老化、吸水性小、可重复利用等优点,故应广泛应用于各个领域。

  木塑复合材料目前在国际上应用最广的产品是托盘。北美地区托盘用量每年高达2亿多个,日本托盘用量每年约600万个,其中木塑托盘产品已经占到近一半市场。中国物流与采购联合会托盘专业委员会预测,近几年内,我国木托盘的平均使用量将会突破8000万个/年,木塑托盘也将占据一定市场份额。

  目前,木塑复合材料铁路轨枕因成本偏高用量不大,但却很有前景。如何进一步降低成本,已成为是否能推广应用的关键。

  木塑复合材料在建筑行业主要用做回廊板、窗户和门板、混凝土水泥模板等,其中发展最为迅速的是回廊板。虽然这种回廊板比加压处理的木材价格高,但它不需要太多维护,不易开裂,有良好的环境亲和性。

  建筑门窗是另一个重要应用领域,木塑异型材在隔热保温、防腐、装饰等方面都优于传统建材。PVC是生产窗户构件最常用的热塑性原料,也有用其他塑料的,如Certain-teed公司将PVC的芯子与填充了木材的PVC表层一起挤出,产品表层可涂饰或染色;国内一家木塑门窗企业生产的木塑门窗采用了ACR改性PVC和国际先进的软硬复合成塑挤出技术,产品充分体现了木材与塑料两种材料的优点。

  园林庭院方面主要用于制造室外桌椅、庭院扶手及装饰板、露天地板、废物箱等。

  在汽车内装饰方面,美国“福特”,德国“奔驰”、“奥迪”、“宝马”,日本“丰田”,法国“雪铁龙”,瑞典“沃尔沃”等名牌轿车的内装饰基材,均在不同程度水暖工使用了木塑复合材料。从近几届国际汽车博览会推出的轿车零部件产品看,采用木塑复合材料制造轿车内装饰件基材,已经成为此类产品发展的趋势。

  木塑复合材料的加工成型要求主辅材料品质良好,工艺配方和模具设计合理,挤出设备及其辅助设备具有优良的性能。其工艺条件随着挤出机的结构、主辅材料质量、材料配比等的不同而不同。塑料基料在成型过程中受热和剪切力的作用,容易发生老化而引起材料降解,致材料脆性增大,强度下降;木质填料在成型过程中易被烧焦,也会使材料失去使用价值。因此,木塑复合材料成型的工艺条件以及原料的处理是工艺技术的关键。

  目前,工业化生产中所采用的主要成型方法有:挤出成型、注射成型和热压成型。由于挤出成型加工周期短、效率高、工艺简单,因此应用更广泛。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。该工艺又可分为单一挤出和复合挤出两种。复合挤出是在木塑板材的外表同步挤出一层纯塑料表层,成为特殊场合使用的木塑板材。

  配方是决定木塑复合材料性能的关键。根据塑料和木粉木纤维的特点以及木塑复合材料的使用要求及其成型加工工艺要求,设计配方时主要考虑:(1)木粉/木纤维:提高复合材料的刚度,并使之有木质感;(2)加强剂:提高复合材料的强度;(3)偶联剂:提高木粉/木纤维和基体树脂之间的界面结合力;(4)稳定性和抗氧化剂:减缓塑料和木粉/木纤维在加工过程中的降木塑复合材料应用与研究进展—改善复合界面相容性的方法

  木质材料主要是由纤维素、半纤维素和木素组成的不均匀、各向异性的天然高分子复合材料,同时含有多种抽提物等成分,因此界面特性十分复杂。由于纤维素、半纤维素和木素等含有大量的极性。因此,在研制木质纤维—塑料复合材料时,需要解决是最大问题是如何使亲水的极性木质表面与疏水的非极性塑料基材界面之间具有良好的相容性,从而使木质材料的表面层与塑料的表面层之间达到分子间融合,产生比原来单一材料更加优良的性能。为达到这一目的,国内外在这方面开展了很多研究工作。

  改进两种不同性质的界面融合性的一种方法是加入界面融合剂。其原理是界面融合剂中的一些组份与其中的一种聚合物相融,另一些组份与另一种聚合物相融,最终达到两聚合物之间的融合。这种方法同样可以用在木塑复合材料体系中,以改善木材填充物与聚合物基材之间的粘和性能。虽然用这种方法不能使两种材料达到完全的融合,但可以降低界面的能量,从而使木材与塑料聚合物之间的界面间达到较好粘和。

  对塑料基材进行的化学改性方法有,在自由基存在条件下用顺丁烯二酸酐(MA)对聚乙烯进行加成反应,将MA上的极性基团引入到非极性的聚乙烯分子中,使改性后的聚乙烯具有一定的极性。在与木材复合时,用这种改性聚乙烯可提高木塑复合材料的力学强度。但这种改性方法在聚乙烯分子链上极性基团的接枝率较低,并在改性过程中容易产生MA或聚乙烯的自聚,在接枝共聚反应中存在许多反应,从而影响改性效果。

  其中物理方法由于放电处理,如低温等离子放电、溅射放电、电晕放电等。低温等离子放电处理主要引起化学修饰、聚合、自由基产生等变化。等离子体的作用包括质子的获得以及不稳定基团的生成,从而使醇、醛、酮、羧酸等的官能团发生变化;溅射放电处理主要引起物理方面的变化,比如表面变得粗糙等,以增强界面间的粘结性能;电晕放电是通过改变纤维素分子的表面能来降低复合材料的熔融粘度。放电处理可以降低纤维聚合物熔体的粘度以改善复合材料的力学性能。

  其它的方法还有拉伸、压延、混纺等,用来改变纤维的结构和表面性质,以利于复合过程中纤维的机械交联。

  化学方法主要是在木材表面通过对极性官能团进行酯化、醚化、接枝共聚等进行改性处理,使其生成费极性化学官能团并具有流动性,使木材表面与塑料表面相似,以降低塑料与木质材料表面之间的相斥性,达到提高界面粘合性的目的。木材是醚化包括甲基醚化和羟乙基醚化等。木材的甲基醚化,一般是通过甲基氯与经过碱处理的木材反应;羟乙基醚化是木材与环氧乙烷或2-氯乙醇在碱存在添加下反应。

  化学处理是通过化学反应减少木材表面基数目,在木材/聚合物之间建立物理和化学键交联。通过在木粉/木纤维表面形成一层憎水性薄膜从而提高其与聚合物的相容性和促进木粉/木纤维的均匀分散。目前常用的有采用偶联剂、增容剂和单体预浸渍聚合等方法。

  目前有超过40种的偶联剂用于木塑复合材料制备。这些偶联剂可分为三类:有机类、无机类和有机无机杂化类。常用的有机偶联剂包括异氰酸酯、酸酐、酰胺、酰亚胺、硅烷、环氧化物、丙烯酸盐、有机酸等,一般偶联剂的添加量为木粉的添加量的1%~8%。

  偶联剂能使塑料与木粉/木纤维表面间产生强的界面结合,同时能降低木粉/木纤维吸水性,提高木粉/木纤维与塑料间的相容性与分散性,是复合材料力学性能提高。如硅烷偶联剂可以提高塑料与木粉/木纤维的粘结力,改善木粉/木纤维的分散性,减少吸水性,而碱性处理木粉/木纤维则只能改善木粉/木纤维分散性,不能改善木粉/木纤维吸水性及与塑料的粘结性。

  在解释硅烷作为偶联剂提高复合材料的性能的几种理论中,最普遍被接受的是化学键理论。这个理论认为,具有双官能团与聚合物连接,在复合材料的界面上形成由共价键连接的连续体。许多因素影响偶联剂的结构,进而影响复合材料的力学性能,这些因素包括硅烷的结构、干燥条件等。除硅烷的化学结构外,溶剂的分散性能、引发剂等都会引起各种化学反应以及界面间的物理作用。

  另外,对于同一种偶联剂,不同的热塑性聚合物对复合材料性能的影响不同,影响程度与聚合物本身的结构有关。

  对塑料或木粉/木纤维进行接枝处理是一种有效的改性方法,即在引发剂作用下,马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等单体引发生成游离基,与合成高聚物或与木质材料表面接枝共聚,提高相容性。主要的官能性单体有马来酸酐(MA),丙烯酸(AA),缩水甘油基甲基丙烯酸(GMA)等。

  阎昊鹏用H2O2引发苯乙烯单体分别接枝不同木粉及其三大主要成分。研究表明,在引发剂作用下,虽然木材中的纤维素和半纤维素不与苯乙烯反应,但由于木素与苯乙烯接枝共聚,改性后木材表面能降低,有利于提高木-塑相容性。

  王澜用LDPE-g-MAH接枝物来改善木粉与聚乙烯之间的相容性,结果表明,LDPP-g-MAH接枝物的加入改善了木粉与聚乙烯之间的相容性。随其加入量的增加,材料的力学性能逐步提高,当它的加入量为总量的20%-30%时,材料的强度达到最高值。

  碱化处理是用碱金属溶液对木粉进行处理。其效果主要取决于碱金属溶液的类型及溶液的浓度。木粉表面常吸附一些灰尘杂质,且木粉含小分子化合物。在混炼过程中,这些小分子物质会渗出到木粉表面,从而在界面处形成弱边界层,削弱界面相互作用。在对木粉/木纤维的碱化处理过程中,这些杂质均可被碱消耗或者被淋洗掉,不仅减少了弱边界层的影响,而且有利于融合剂的活性基团与木粉表面羟基反应。

  据报道,木质纤维填料在碱金属溶液中浸泡48小时后,未处理前的球状抽提物将消失,而形成许多空腔。这些空腔增强了聚合物与木粉填料的“锁紧力”。由于一些化学键的断裂,使复合材料的表面变得粗糙,这也增强了界面间的相容性。

  李兰杰研究表明,在融合剂(HMA100)超过总量2%后,碱化处理的木粉填充复合材料的拉伸强度比未碱化处理的高。

  通过对木粉/木纤维进行乙酰化处理,可降低木粉/木纤维表面的极性和亲水性,提高其与非极性基体树脂的相容性和分散性。

  九 木塑复合材料的环保性能和其较木材而言的加工性能优势,使得这种材料越来越受到人们的青睐,市场前景也看好。

  木塑复合材料应用于包装行业主要是托盘(东南亚地区也称卡板)、包装箱、集装器具等。仅以托盘为例,北美地区托盘用量高达2亿多个,木塑托盘产品已经占到近一半市场。据日本托盘协会(JRP)统计,日本托盘用量每年约600万个。中国物流与采购联合会托盘专业委员会预测,近几年内,我国木托盘的平均使用量将会突破每年8000万个,其中木塑托盘也将会越来越受到青睐,必将占据一定市场份额。

  木塑复合材料因具有耐潮、耐腐、防虫蛀等特点,主要应用于仓储行业使用的货架铺板、枕木、铺梁、地板等。在我国,仓储行业应用木塑复合材料虽然起步较晚,但在2002

  年上半年,应用于制药业、粮储业的木塑仓储铺板用量已达到8万多平方米,应用于军事领域的木塑枕木使用量也高达 20 万 m 。

  木塑复合材料制成的凉亭、坐椅、花盆、垃圾桶等,具有防水、防潮、防腐特点,而且寿命长、价格低,在北美地区使用普遍。加拿大温哥华市的花园、路边坐椅70%

  以上使用的都是木塑复合材料。在我国,随着建设节约型社会口号的提出,在这些方面木塑复合材料取代木材的趋势也愈加明显。

  近年来,北美地区应用木塑复合材料制作的房屋、室外地板、阳光房、码头、护栏等产品愈来愈多,加工制造这类产品每年实现的产值就高达上亿美元。著名的美国咨询公司Freedonia集团预计,2006年前美国木塑复合材料需求年均增长率为13%,2006 年总产值将达20亿美元,增长较快的为各种板材、窗框、门框和栅栏、围墙市场。其中用量最大的板材市场,从 2001 年的4.10亿美元增加为2006年的9亿美元,靠不断改进性能和公众对高压处理木材利弊认识的提高,栅栏和围墙同期从1.63亿美元提高为3.15亿美元,而窗框和门框也将从2001年仅0.65亿美元,提高到2006年1.35亿美元。

  随着人们对木塑复合材料认识不断提高,木塑复合材料技术水平不断升级,产品的应用领域近年来不断扩大,汽车内装饰、复合管材、铁路枕木、车厢箱板、电缆护管、井盖等产品研发,已从论证阶段步入应用测试阶段,相信在不远的将来,木塑复合材料产品的应用领域仍将进一步扩大。如在汽车上的应用,美国“福特”,德国“奔驰”、“奥迪 ”、“ 高 尔 夫 ”、“ 宝 马 ”, 日 本“丰田”,法国“雪铁龙”,瑞典“沃尔沃”等名牌轿车的内装饰基材,均不同程度上使用了 WPC材料。从近几届国际汽车博览会推出的轿车零部件产品来看,采用 W P C材料制造轿车内装饰件基材,已经成为此类产品发展的趋势。返回搜狐,查看更多


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