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木塑復合材料的耐候性能介紹

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2007-12-16 15:25:27點擊率： 

    


    
  研究清楚地顯示出木質(zhì)復合材料各組分之間復雜的相互作用會影響耐候性、顏色損失、防潮性、防霉性和耐老化性能。 

    

          室外使用的木質(zhì)纖維復合材料，如鋪板、欄柵等并沒有做到其早期壽命長、無需維護的要求。實際上，木填充量高的復合材料鋪板和天然木材一樣，會收縮、膨脹、染污、彎曲、開裂、褪色，也可能發(fā)霉、長出菌類、受水的侵蝕，甚至被白蟻吃掉。 
    

          誰懂得這些？即使木塑復合材料（WPC）的制造商也不一定很清楚，因為這些材料在市場上太新了。木材和天然纖維復合材料的室外用途在 近10到15年間從零增加到超過20億磅/年，但很少甚至沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)或試驗方法理論來研究其耐候和老化效果。 
    

          通過一系列的技術(shù)會議， 近開始有了一些這樣的試驗數(shù)據(jù)。一個特別值得一提的例子是在美國威斯康星州Madison召開的第八屆木塑復合材料會議，這次會議于五月舉行，由Madison的美國農(nóng)業(yè)部森林產(chǎn)品實驗室DA Forest Products Laboratory）和多倫多大學贊助?！坝袔灼浅３錾恼撐拿枋隽? 的試驗結(jié)果，并比較了真實世界的潮濕老化結(jié)果和實驗室結(jié)果，”Kadantposites公司的研發(fā)工程師Tatyana Samoylova說，該公司是位于馬薩諸塞州Bedford的鋪板制造商?！斑@正是我們行業(yè)所需要的?！?
    

          木材和天然纖維復合材料制造者的另一個巨大需求是開拓新市場，使其不再局限于鋪板。2004年十月在巴爾的摩由Principia Partners咨詢公司舉辦的第四次WPC會議就聚焦于新產(chǎn)品開發(fā)，尤其是注塑成型加工、  和 小的復合材料加工方法。（去年十月舉行的第五次WPC會議也有類似的重點）。 
    

          同時2004年三月在法國Bordeaux舉行的第二屆木質(zhì)纖維聚合物復合材料會議主要集中于建筑用途、新型加工技術(shù)和先進的性能標準。這個新的每三年舉行一次的會議由Bordeaux的CTBA（木材與家具技術(shù)中心，Centre Technique du Bois et de I'Ameublement）贊助。 
    

          在美國，美國材料實驗協(xié)會（ASTM）開發(fā)了世界上  個木塑復合材料鋪板的質(zhì)量標準。ASTM D7031，測試方法的概要，在2004年獲得批準作為WPC制造商的指南。今年又公布了ASTM D7032，它設(shè)定了建筑規(guī)范所接受的WPC鋪板和護欄的產(chǎn)品規(guī)格。目前ASTM正致力于制定更多的標準，擴展木材和天然纖維復合材料在更  建筑領(lǐng)域的應用。據(jù)CTBA的研發(fā)經(jīng)理Gilles Labat介紹，歐洲工作者也在解決老化和耐候問題，包括測試吸水性、重量損失、耐候性、老化性、顏色堅牢度、防霉菌、防藻類、防昆蟲的需要。 
    

          人們對全球市場木材和天然纖維復合材料期望很高，Principia公司估計2003年消耗量為17億磅，假定年增長率達到15%，則2005年消耗量高達21億磅。美國市場占了總用量的接近85%，Principia的  合伙人James Morton說。 
    

          因此主要興趣集中于耐候試驗方法和結(jié)果。首先，近期數(shù)據(jù)顯示木質(zhì)纖維的類型、長度、纖維組合、著色劑、偶合劑、潤滑劑和其他添加劑間的相互作用非常復雜。木塑復合材料表現(xiàn)中組分作用的方式并不簡單，也無法預測，并且看起來它們對風化、潮濕老化、霉菌和顏色損失都有影響。 
    

          世界大不同 
    

          木材和天然纖維復合材料的市場和技術(shù)在北美和在歐洲大不相同。北美市場的一半是鋪板或與鋪板相關(guān)的部件，剩下的大多數(shù)也是擠出型材-從船樁到鉛筆。另外還有一些壓縮成型的汽車和建筑部件，注塑成型只占非常小的一部分。而且大多數(shù)復合材料都使用木纖維，填充量很少超過50%，農(nóng)用纖維的使用很有限。 
    

          但在歐洲，木材和天然纖維復合材料的使用更為多樣化，技術(shù)也更先進。據(jù)德國Nova-Institut的  研究結(jié)果，汽車部件是一個大市場，包括注塑和壓縮成型，2003年消耗了3.5億磅。其它大市場包括家具和櫥柜的面板。歐洲主要使用農(nóng)用纖維如劍麻、洋麻、亞麻、大麻纖維、黃麻、棉線，木纖維用得相對較少。歐洲的纖維填充量也高得多-從70%到85%（在汽車部件中  達50%）。 
    

          面板的帶式成型法 
    

           近兩次會議中介紹了一種新型加工方法，無需擠出用木質(zhì)復合材料生產(chǎn)平板。Pallmann Maschinenfabrik公司（美國Pallmann Pulverizers的德國母公司）與德國的Schilling-Knobel公司共同努力，開發(fā)了雙帶式木質(zhì)復合材料加工方法，并在法國的CTBA會議上展示。在這種加工方法中，Pallmann的Palltruder機  步先用木粉或纖維、加上原生或再生HDPE造粒。然后這些被稱作Pallwood的粒料分散到Schilling-Knobel公司提供的PFIX加熱雙帶成型機（以前常用于制造PVC地板）下面一個皮帶上。Schilling-Knobel公司也在為一家大型美國層壓公司和世界其他客戶開發(fā)其他木質(zhì)復合材料產(chǎn)品。它的雙帶成型生產(chǎn)線經(jīng)過測試，可以將60%木材粒料加工為2米寬、8至10毫米厚的片材。 
    

          在去年P(guān)rincipia公司舉辦的WPC會議上，Verset Technologies公司介紹了另一種加熱皮帶技術(shù)，應用于平板部件如板壁的成型。經(jīng)過十余年的開發(fā)，Verset專利的Pressaire加工方法將制材業(yè)原來用于壓制粗紙板的設(shè)備進行改進，并于2003年安裝在華盛頓州Elma的Boise Cascade專業(yè)工廠制造面墻板，但是由于Boise Cascade工廠的重新規(guī)劃，墻板還沒有商業(yè)化。 
    

          Verset加工開始是將回收聚乙烯薄膜和未干燥的木箔或木片在室溫下混合。然后熱空氣通過混合物，一秒左右熔化塑料。混合物開始厚度約為7英寸，經(jīng)過加熱后成為一個2至3英寸厚的熱墊塊。熱墊塊通過皮帶輸送到一個冷壓機，通過它成型為0.25至0.75英寸厚帶內(nèi)成型木材紋理的平板，隨之墻板打底準備油漆。Boise Cascade的在線加工可以連續(xù)運轉(zhuǎn)。 
    

          泡沫狀木纖維 
    

          添加劑、潤滑劑、填料、纖維的類型和尺寸都會影響復合材料的剛性、耐候性、吸水性和顏色堅牢度，但它們之間的相互作用非常復雜，通常不能預計。在Madison會議上，多倫多大學的微孔塑料制造實驗室報道說，例如木纖維的尺寸就會影響生成均勻細密泡孔的能力。 
    

          該大學用HDPE復合材料和CO2成泡，使用了120至200目（25至125微米粒子）、20至60目（250至850微米）等三種尺寸的木纖維。預期 小的纖維會生成  的熔融粘度，因為 小的纖維表面面積 大，但是卻沒有。相反，中等尺寸的纖維獲得了 大粘度。研究者認為可能是小纖維較大的表面面積使其可以釋放更多的揮發(fā)物，這幫助其降低了粘度。另外，較小的木纖維有利于更精細的泡孔結(jié)構(gòu)-可能是因為小纖維更能增強成核作用。 
    

          據(jù)位于East Lansing的密歇根州立大學森林系在Madison會議上報道，分批將木-PVC復合材料和CO2成泡時，抗沖改性劑會加速氣體損失的速率?？箾_改性劑也會阻止體積膨脹（粗略估計20%的木質(zhì)復合材料可以成泡，大多數(shù)以PVC為基礎(chǔ)）。 
    

          老化預測 
    

          預測天氣已經(jīng)夠難了，但預測木纖維的老化反應卻更為困難。Madison會議展示了兩項耐候性老化研究，比較了標準實驗室測試條件和天然或模擬老化條件下的吸濕性，并發(fā)現(xiàn)了一些令人費解和驚奇的結(jié)果。 
    

          美國農(nóng)業(yè)部森林產(chǎn)品實驗室測試了紫外光加上噴水對50%木填充HDPE注塑件的影響。他們發(fā)現(xiàn)紫外光加上噴水給木質(zhì)復合材料造成的損害比單獨的紫外光或浸水要大得多。 
    

          按照標準的ASTM 測試方式，3000周期的紫外光和噴水——每個周期包括102分鐘的紫外光照射，然后是18分鐘的紫外光加噴水——使得測試復合材料的顏色淺了87%。而同樣周期數(shù)，每個周期2小時單獨使用紫外光，顏色只淺約28%。單獨浸在水中的顏色變化也比紫外光/噴水小得多。通過紫外光加噴水，復合材料的密度也從1.08降到1.05g，而如果是單獨紫外光，密度僅降到1.07 g。暴露在紫外光和噴水環(huán)境后，復合材料板也變薄了，而單獨的紫外光并不會改變厚度。研究得出結(jié)論，紫外光加上水實際上會洗掉一層木質(zhì)素，使木材降解。 
    

          這次會議上，位于密蘇里州Lamar的Epochposite Products公司討論了一項正在進行的耐候性研究的初期測試結(jié)果（12個月），比較了其EverGrain壓縮成型鋪板（聚烯烴中加入50%木粉）自然和加速老化的顏色堅實度。Epoch公司比較了自然老化8個月（ASTM G7）和1200小時的氙弧加速老化（ASTM G155）。測試涉及了兩種鋪板顏色，紅杉和雪松，標準染料對特殊濃縮顏料，混合金屬氧化無機顏料，顏料加抗氧劑和紫外穩(wěn)定劑。 
    

          Epoch公司 初發(fā)現(xiàn)濃縮顏料可以提高老化性和顏色堅牢度。紫外/抗氧化劑穩(wěn)定作用不能防止顏色變化，但肯定可以提高表面完整性和耐候性，混合金屬氧化顏料完全不能提高顏色堅牢度。 初的數(shù)據(jù)也顯示在化合前對木粉著色只能提高雪松色的顏色堅牢度，而對紅杉色沒有作用。使用二次加工的HDPE會引起表面降解，但不會影響顏色老化。 
    

          研究也揭示了自然室外使用和標準ASTM實驗室測試其吸水性之間的巨大差異。Marek Gnatowski，加拿大塑料咨詢公司Polymer Engineering Co.,的研究總監(jiān)在Madison報道說，根據(jù)ASTM D1037 24小時浸漬實驗鋪板樣品吸<
                        
    
                    
                    
    
                    
                    
    
                    
    
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