對于塑料的增強(qiáng)來說,除了傳統(tǒng)的玻璃、芳香尼龍纖維和碳纖維以外,天然纖維正得到越來越多的應(yīng)用。在許多情況下,木纖維和木屑填充的塑料可以是天然木料或中密度纖維板的不錯替代物,它們也能開辟更為廣闊的市場。木纖維與熱塑性塑料一起被利用,以生產(chǎn)多種多樣的型材產(chǎn)品。木料的比例可高達(dá)90%。
圖1. 木塑復(fù)合物的應(yīng)用有家具、窗座和各種帶
任何所期望的剖面都能由一個生產(chǎn)步驟通過擠出生產(chǎn)出來,無需任何后加工,這意味著在生產(chǎn)中也可以實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)勢(圖1)。本文對這種有意思的材料組合進(jìn)行綜述,幾年以來它已經(jīng)有了全新的提升。
昔乃添加物,今為主成分
在加工熱塑性聚合物時(shí),木料和其它天然纖維與無機(jī)填充物和增強(qiáng)纖維相比,具有很多的優(yōu)點(diǎn)。它們更輕,粘著可能性更低,當(dāng)然材料是可更新的。例如,木屑可用作填充物來削減材料成本,但它也能用來改善強(qiáng)度或不受溫度影響的尺寸穩(wěn)定性。不利的方面是重量有所增多。
木料與熱塑性塑料的結(jié)合不是新玩意,但依靠新技術(shù),木料已經(jīng)由簡單的添加劑,發(fā)展到承擔(dān)起主成分的角色,具有全新的性能和可能性。木料擠出在美國已經(jīng)被利用有幾十年了,但與塑料擠出和全木料加工相比,并未贏得一個很大的市場規(guī)模。八十年代初期,以汽車業(yè)的內(nèi)飾件開始了商業(yè)性應(yīng)用,從那時(shí)起不斷發(fā)展。首次國際性木塑復(fù)合材料研討會于1991年在美國麥迪遜舉行。從1990年到2000年,美國市場壯大約在135%左右,特別是在最近五年發(fā)展顯著。
歐洲人擠出木纖填充型熱塑料可追溯到1977年。然而在那時(shí)木料含量僅為30%。在時(shí)間進(jìn)程中,這個比例有了大幅的攀升。
“液體木料”這個用語有時(shí)被錯誤地用于成型木料。液體木料被用來描述利用木質(zhì)素作為基本成分的材料。將木質(zhì)素與天然纖維混合在一起并加熱產(chǎn)生出能承受進(jìn)一步加工的纖維復(fù)合材料。
圖2. 陽臺板、欄桿、籬笆、地板等的應(yīng)用
木料面臨的新競爭
木料擠出將兩種材料的優(yōu)點(diǎn)非常有效地結(jié)合在一起。在木料的正面性能和塑料技術(shù)中用到的各種經(jīng)濟(jì)型加工方法之間獲得了一種協(xié)合作用。然而,必須考慮到木纖材料型材的性能不能與聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)材料的性能相比。也就是說,就窗框型材用PVC的顯赫地位而言,木纖材料不會改變什么。木料擠出更多的定位于迄今被木料或中密纖維板等傳統(tǒng)材料所涉及的市場。
木纖型材的表面可以被鑲飾、涂漆或噴涂粉末。而且,這種產(chǎn)品可以象木頭一樣被釘釘、打螺絲、鉆孔或刨平,或者象熱塑性塑料一樣被定形和成型。木料型材的應(yīng)用范圍有著巨大的區(qū)別。典型應(yīng)用有建筑業(yè)中的裝飾件和百葉窗板、籬笆、房頂?shù)匕宓龋▓D2)。隔音是另一個潛在用途。例如木纖型材已經(jīng)被用于整扇門、門框和線纜導(dǎo)管。還有傾向于色彩變化的趨勢。
低水平的動態(tài)提高
木料擠出現(xiàn)在的年增長率達(dá)到了25%左右,北美市場是最為重要的。這里約有20家制造商正在一個快速發(fā)展的市場中競爭,并主要是從事戶外應(yīng)用的產(chǎn)品。
但是在已有生產(chǎn)能力和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能之間做出區(qū)別。例如美國在1998年有10萬噸材料被擠出,而已有生產(chǎn)能力約40萬噸。整個美國木塑復(fù)合物市場只占整個木料生產(chǎn)的1%以下。
與美國的生產(chǎn)率相比,日本的絕對產(chǎn)出率看起來要很一般。歐洲和德國已有生產(chǎn)能力的數(shù)據(jù)只是很粗糙的指導(dǎo)性數(shù)值。
不貴的原料
各種木質(zhì)原材料之間可以有著很大的區(qū)別,例如在它們的實(shí)際形態(tài)、拉伸強(qiáng)度或百分含量等方面。
材料成本與加工量、配方、當(dāng)然還有材料本身有關(guān)系。所以不可能做出任何泛泛評論,但是這些產(chǎn)品的競爭力仍可靠這些例子表現(xiàn)出來:
◆ 木纖特別適合于擠出,價(jià)格約為0.2歐元/公斤;
◆ PP約1歐元/公斤,添加劑約2-5歐元/公斤;
◆ 所以每公斤復(fù)合料的整體價(jià)格低于0.5歐元/公斤。
熱固料和熱塑料(尤其是PE和PP)是與木粉結(jié)合物的傳統(tǒng)基材。但是有大量以淀粉基材為基礎(chǔ)的新成果,看起來特別適合于戶內(nèi)用途(圖3)。
圖3. 擠出型材
(待續(xù))
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