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【摘 要】木塑复合材料具有良好的机械性能和物理性能。本文论述了原料、生产工艺等因素对木塑复合材料性能的影响，分析了木塑复合材料性能增强机理，总结了木塑复合材料与其他材料相比具有的优点和特点。
【关键词】木塑复合材料；性能；机理；优点
1.木塑复合材料概述
以木屑和废旧塑料为主要原料，经过高温混炼，再利用不同模具制成适合各种用途的板材、管材和异型材的复合材料，称为木塑复合材料。该材料的研发不仅为工业生产提供了性能良好的新材料，而且也是当代工业基础材料废物利用的最佳科研成果之一，在工业生产上的应用，有“合成木材”的美名。
木屑是木塑复合材料的主要原料之一。目前纳入国家和地方生产计划的林区和大中城市制材加工厂，每年要产生大约250万吨木屑，其中只有一小部分得到利用，大部分被丢弃，造成一定程度的环境污染和原料浪费。废旧塑料是木塑复合材料的另一主要原料。据我国轻工部门统计，2000年全国塑料制品总产量约800万吨。随着我国塑料工业的不断发展，废旧塑料制品将愈来愈多。
研究和开发木塑复合材料的生产和应用，不仅可为国民经济建设增添一种价廉而又具广阔应用前景的新材料，而且能为提高木材的综合利用率和治理废旧塑料制品的污染开避一条新的途径。这种新型复合材料在上世纪八十年代初国外已有研究成果和实际应用，我国开展该项研究则稍迟。自1984年开始立项研究，成果于1987年通过正式技术鉴定，目前已正式推广在生产部门应用，形成批量产品。
2.木塑复合材料性能的影响因素
木塑复合材料以木屑和废旧塑料为主要原材料，通过不同加工工艺成型。在实验过程中，通过调整和改变原材料或成型工艺，将所得到产品的性能进行比较，发现有明显差异。现将木屑、废旧塑料及成型工艺对木塑复合材料性能的影响进行论述。
2.1木屑对材料性能的影响及增强机理
木屑含有大量的短切纤维和木素。木纤维具有较高的机械强度和弹性，木素具有较好的硬度和刚性，它们均可作为改性剂在复合材料中起增强作用。木屑的比表面积和孔隙率都很大，使得木屑与液态树脂基体之间具有很大的接触界面。由于界面之间存在有偶极定向力、诱导偶极力和色散力，异相的复合过程便是依靠这种电场和力场的界面结合力而牢固结合。
木塑复合材料的电镜显示，PVC树脂可渗透到木材细胞腔中，进一步提高复合材料的强度和硬度。由于复合材料是呈结晶态（木纤维） 和无序态（树脂） 的多相状态，使复合材料既具有木纤维的高强度、高弹性，又具有聚合物基体的高韧性、耐疲劳等优点，因此，这种复合材料具有优良的综合性能，即力学强度良好，抗冲击强度高，热伸缩性和吸水性均比木材小，尺寸稳定性好、耐磨、耐化学腐蚀，不虫蛀，非易燃，并具有木材和塑料的双重加工特性，既可锯、刨、钉、油漆，又可挤出、压制、注塑成型。
2.2废旧塑料对材料性能的影响及改性
为降低材料成本，提高废旧塑料回收利用率，研究以废旧PVC塑料作为木塑复合材料的基体。但由于废旧塑料在使用过程中，受到空气中氧气的氧化作用，同时受光和热等外界环境影响，使聚合物分子链断裂而降解，导致废旧塑料力学性能下降。为提高复合材料的力学强度，需对废旧塑料进行改性处理或者在原料配方中加人适量的树脂。经过实验研究发现，当复合材料中PVC含量一定时，增加PVC树脂，复合材料的力学性能提高，或者换句话说，复合材料的力学强度随废旧塑料含量的增加而下降。
2.3成型工艺对材料性能的影响
木塑复合材料可以根据工业生产的实际需要加工成不同材质，如：软材、硬材、片材、板材或者管材、导型材。不同的型材和用途通过不同的成型工艺成型。硬板材通常有层压成型、压制成型和挤出成型三种不同的成型工艺。其中，在压制成型和层压成型过程中材料受到的压力要比挤出成型大。经过压制成型和层压成型的复合板材比挤出成型的板材具有较好的力学性能。从生产角度看，压制成型和层压成型都是间歇式的，而挤出成型则是连续式的，只要挤出成型的复合板材其力学强度足以满足实际需要，则应该选择挤出成型工艺，这对生产管理、提高生产效率都是有益的。
3.木塑复合材料性能增强机理
用扫描电镜对木塑复合材料进行微观形貌观察，发现木塑复合材料中，木细胞与细胞之间以及多数细胞腔中有许多闪光自点—这是PVC颗粒。它说明细胞腔中有PVC浸入、纤维与纤维之间有PVC填允，还可看到细胞腔受成型压力挤压而变形纤维致密，这是天然纤维增强复合材料所共有的特点。此外观察到排列整齐的细胞腔横断面，说明经热压复合工艺后，材料中纤维取向较为一致、定向性较强。
通过观察到的微观形貌，可以做如下增强机理分析：
3.1具有结晶结构的木材纤维素与分子无序排列的PVC共混复合的结果
共混物是以结晶态和无定形态两相存在，因此复合材料可保留这两种高聚物各自性能上的优点，使木塑复合材料具有良好的机械强度和物理性能，特别是兼具有木材和塑料的双重加工特性。
3.2木材纤维素之间的侧面联结力来源于纤维素巨分子的极性羟基之间的氢键力
羟基是亲水性基团，它能吸着空气中的水分子，致使纤维润胀，尤其因吸着水分子而减少纤维素的侧向交联键，导致强度降低。木塑共混复合材料，因纤维与纤维之间有极性聚氯乙烯分子填充，阻碍了水分子对纤维素巨分子间氢键结构的影，从而有效地阻止了水分子对材料机械强度的严重衫响，提高了材料的抗湿性能，获得较好的尺寸稳定性。
3.3树脂浸入细胞腔，提高了材料密度，增强材料硬度和冲击强度
塑化热压使木粉和树脂牢固粘结，原有各种取向的木纤维经成型工艺而呈现较好取向状态，并且使纤维致密，含有大量羟基的木纤维形成氢键结合力，提高结合强度。
4.木塑复合材料的优点和特点
木塑复合材料综合了木材和塑料的优点，并且在集成木材和塑料优点的同时克服了单一材料的不足，具有机械性能好和物理力学性能优的显著特点。此外，原材料价格低廉、成型工艺丰富，可以根据工业需要进行恰当的生产和推广。
【参考文献】
[1]杨庆贤.木/塑复合材料机械性能的评定.高分子材料科学与工程，1993，9（3）：140～143.
[2]李华.锯末/废旧塑料复合材料的开发研究.塑料技术，1990，10（1）：41～44.
[3]Yang Qingxian.The study on wood and Plastic Composite Material and its Reinforced Mechanism.Physics of Materials（IWPM-V），1991，E14-1-6.
【关键词】木塑复合材料；性能；机理；优点
1.木塑复合材料概述
以木屑和废旧塑料为主要原料，经过高温混炼，再利用不同模具制成适合各种用途的板材、管材和异型材的复合材料，称为木塑复合材料。该材料的研发不仅为工业生产提供了性能良好的新材料，而且也是当代工业基础材料废物利用的最佳科研成果之一，在工业生产上的应用，有“合成木材”的美名。
木屑是木塑复合材料的主要原料之一。目前纳入国家和地方生产计划的林区和大中城市制材加工厂，每年要产生大约250万吨木屑，其中只有一小部分得到利用，大部分被丢弃，造成一定程度的环境污染和原料浪费。废旧塑料是木塑复合材料的另一主要原料。据我国轻工部门统计，2000年全国塑料制品总产量约800万吨。随着我国塑料工业的不断发展，废旧塑料制品将愈来愈多。
研究和开发木塑复合材料的生产和应用，不仅可为国民经济建设增添一种价廉而又具广阔应用前景的新材料，而且能为提高木材的综合利用率和治理废旧塑料制品的污染开避一条新的途径。这种新型复合材料在上世纪八十年代初国外已有研究成果和实际应用，我国开展该项研究则稍迟。自1984年开始立项研究，成果于1987年通过正式技术鉴定，目前已正式推广在生产部门应用，形成批量产品。
2.木塑复合材料性能的影响因素
木塑复合材料以木屑和废旧塑料为主要原材料，通过不同加工工艺成型。在实验过程中，通过调整和改变原材料或成型工艺，将所得到产品的性能进行比较，发现有明显差异。现将木屑、废旧塑料及成型工艺对木塑复合材料性能的影响进行论述。
2.1木屑对材料性能的影响及增强机理
木屑含有大量的短切纤维和木素。木纤维具有较高的机械强度和弹性，木素具有较好的硬度和刚性，它们均可作为改性剂在复合材料中起增强作用。木屑的比表面积和孔隙率都很大，使得木屑与液态树脂基体之间具有很大的接触界面。由于界面之间存在有偶极定向力、诱导偶极力和色散力，异相的复合过程便是依靠这种电场和力场的界面结合力而牢固结合。
木塑复合材料的电镜显示，PVC树脂可渗透到木材细胞腔中，进一步提高复合材料的强度和硬度。由于复合材料是呈结晶态（木纤维） 和无序态（树脂） 的多相状态，使复合材料既具有木纤维的高强度、高弹性，又具有聚合物基体的高韧性、耐疲劳等优点，因此，这种复合材料具有优良的综合性能，即力学强度良好，抗冲击强度高，热伸缩性和吸水性均比木材小，尺寸稳定性好、耐磨、耐化学腐蚀，不虫蛀，非易燃，并具有木材和塑料的双重加工特性，既可锯、刨、钉、油漆，又可挤出、压制、注塑成型。
2.2废旧塑料对材料性能的影响及改性
为降低材料成本，提高废旧塑料回收利用率，研究以废旧PVC塑料作为木塑复合材料的基体。但由于废旧塑料在使用过程中，受到空气中氧气的氧化作用，同时受光和热等外界环境影响，使聚合物分子链断裂而降解，导致废旧塑料力学性能下降。为提高复合材料的力学强度，需对废旧塑料进行改性处理或者在原料配方中加人适量的树脂。经过实验研究发现，当复合材料中PVC含量一定时，增加PVC树脂，复合材料的力学性能提高，或者换句话说，复合材料的力学强度随废旧塑料含量的增加而下降。
2.3成型工艺对材料性能的影响
木塑复合材料可以根据工业生产的实际需要加工成不同材质，如：软材、硬材、片材、板材或者管材、导型材。不同的型材和用途通过不同的成型工艺成型。硬板材通常有层压成型、压制成型和挤出成型三种不同的成型工艺。其中，在压制成型和层压成型过程中材料受到的压力要比挤出成型大。经过压制成型和层压成型的复合板材比挤出成型的板材具有较好的力学性能。从生产角度看，压制成型和层压成型都是间歇式的，而挤出成型则是连续式的，只要挤出成型的复合板材其力学强度足以满足实际需要，则应该选择挤出成型工艺，这对生产管理、提高生产效率都是有益的。
3.木塑复合材料性能增强机理
用扫描电镜对木塑复合材料进行微观形貌观察，发现木塑复合材料中，木细胞与细胞之间以及多数细胞腔中有许多闪光自点—这是PVC颗粒。它说明细胞腔中有PVC浸入、纤维与纤维之间有PVC填允，还可看到细胞腔受成型压力挤压而变形纤维致密，这是天然纤维增强复合材料所共有的特点。此外观察到排列整齐的细胞腔横断面，说明经热压复合工艺后，材料中纤维取向较为一致、定向性较强。
通过观察到的微观形貌，可以做如下增强机理分析：
3.1具有结晶结构的木材纤维素与分子无序排列的PVC共混复合的结果
共混物是以结晶态和无定形态两相存在，因此复合材料可保留这两种高聚物各自性能上的优点，使木塑复合材料具有良好的机械强度和物理性能，特别是兼具有木材和塑料的双重加工特性。
3.2木材纤维素之间的侧面联结力来源于纤维素巨分子的极性羟基之间的氢键力
羟基是亲水性基团，它能吸着空气中的水分子，致使纤维润胀，尤其因吸着水分子而减少纤维素的侧向交联键，导致强度降低。木塑共混复合材料，因纤维与纤维之间有极性聚氯乙烯分子填充，阻碍了水分子对纤维素巨分子间氢键结构的影，从而有效地阻止了水分子对材料机械强度的严重衫响，提高了材料的抗湿性能，获得较好的尺寸稳定性。
3.3树脂浸入细胞腔，提高了材料密度，增强材料硬度和冲击强度
塑化热压使木粉和树脂牢固粘结，原有各种取向的木纤维经成型工艺而呈现较好取向状态，并且使纤维致密，含有大量羟基的木纤维形成氢键结合力，提高结合强度。
4.木塑复合材料的优点和特点
木塑复合材料综合了木材和塑料的优点，并且在集成木材和塑料优点的同时克服了单一材料的不足，具有机械性能好和物理力学性能优的显著特点。此外，原材料价格低廉、成型工艺丰富，可以根据工业需要进行恰当的生产和推广。
【参考文献】
[1]杨庆贤.木/塑复合材料机械性能的评定.高分子材料科学与工程，1993，9（3）：140～143.
[2]李华.锯末/废旧塑料复合材料的开发研究.塑料技术，1990，10（1）：41～44.
[3]Yang Qingxian.The study on wood and Plastic Composite Material and its Reinforced Mechanism.Physics of Materials（IWPM-V），1991，E14-1-6.