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淺談木塑專用木粉的應用
作為木塑復合材料生產的基礎因素之一的木粉制備是一個新的領域。按照《中國木塑生物質復合材料產業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》的描述，未來5年，中國木塑產業(yè)的目標是木塑材料及其制品要達到500萬噸/年的產量。也就是說，與現在的產量相比，我國木塑材料的產量將增長10倍左右。由于目前我國生產的木塑復合材料的質量欠穩(wěn)定，生產成本偏高等因素，大大制約了木塑材料的應用范圍的拓展和高端產品的開發(fā)，不僅影響了企業(yè)的積極性，也使木塑產業(yè)的良性發(fā)展受到一定程度阻礙。解決這個問題，關鍵一點就是要從木塑材料原料制備的源頭抓起，只有這樣，才能打通長期困擾木塑產業(yè)創(chuàng)新和發(fā)展的瓶頸。
木塑專用木粉應用的必要性
木塑復合材料（WPC）是一種新型的綠色環(huán)保復合材料，是將聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物（ABS）等的回收料與加工處理過的廢舊木材、鋸末、枝杈、農作物秸稈或殼皮等植物纖維按照一定比例，添加特制助劑，經高溫高壓處理后制成的人工合成材料。因此，木塑復合材料最能夠體現循環(huán)經濟、低碳經濟、生態(tài)環(huán)保、資源節(jié)約、節(jié)能減排等可持續(xù)發(fā)展先進理念，成為當前最具活力的新型生物質復合材料。木塑復合材料生產的實踐告訴我們：盡管木質纖維和草本纖維都是生產木塑復合材料的基本原料，但是，由于木質纖維和草本纖維的材質不同，其幾何形狀也不同，在生產實際中木質纖維和草本纖維的填充量不同，就可能影響木塑復合材料的力學性能以及生產成本。
北美地區(qū)生產的木塑復合材料基本上都采用目數在20~40目的木粉纖維。由于這類木粉纖維尺寸較大，木粉顆粒非常明顯，不僅影響到了木粉在材料中的均勻性，還導致產品外觀粗糙，降低了材料的美感和裝飾性。日本生產的木塑產品木粉細度可達到100~200目，因此具有細密的質感，外表更加美觀。由于木粉纖維尺寸的降低會使其表面積增大，從而使木粉處理難度增大，對木塑材料生產的工藝條件和設備都提有較高要求。目前國內生產的木塑復合材料大部分對木粉顆粒的要求都在40~80目，這種規(guī)格的木粉纖維一方面比較符合國內的加工設備和工藝技術水平，另一方面產品表面處理比較方便，能使制品具有更加接近木材的質感。值得關注的是，由于木塑復合材料所具有的美學性、良好的力學性能、低維護費用、不易降解、抗白蟻、阻燃性等方面的優(yōu)點，現在越來越得到國內外木材加工和生物質材料領域的重視。所以，要使木塑產品真正躋身優(yōu)秀生物質復合材料制品行列，并且在性價比上具有一定的優(yōu)勢，就必須從木塑原料生產的源頭解決問題。
在多年木粉加工的經驗和基礎上，本公司前不久推出了自行研發(fā)的木粉加工機械設備，既可以加工木本纖維，也可以加工草本纖維，還可以同時生產出顆粒狀和纖維狀木粉，也可以根據木塑復合材料的不同需要，調節(jié)這兩種幾何形狀的木粉目數及其比例，為木塑材料原料研發(fā)的細化和深化，起到了一定的示范性作用。
木塑專用木粉的選擇
木粉是業(yè)界對植物纖維粉料的通稱，是指各類植物纖維經過粗軋、粉粹、研磨和篩選等工序加工成粉狀的物體；此處的植物纖維包括木本纖維和草本纖維。其中，木本纖維諸如木屑、鋸末、刨花、椏枝、邊角料、砂光粉等；草本纖維如稻草、麻稈、棉秸稈、玉米稈、葵花稈、花生殼、甘蔗渣等，以及屬于禾本植物的竹材類，上述材料均為低值或廢棄的自然資源材料，采集量大且獲取相對容易。目前市場上木粉的加工方式主要有分類篩選和機械破碎兩種。
經過振動篩分類篩選出不同目數的木粉，是較傳統(tǒng)的木粉利用方式，主要針對諸如纖維板廠、家具廠的砂光粉及鋸末類的木工下腳料，大部分都屬于顆粒狀木粉。這類木粉雜質較多選擇余地不大，而砂光粉廢料中又多含有不符合木塑材料生產要求的甲醛、苯，以及鉛、鎘、鉻、汞等重金屬有害元素，不宜應用到綠色環(huán)保材料生產中?？墒怯捎谶@類木粉采購價格及加工成本比較低廉，或者由于有些企業(yè)只注重灰分含量的把關，而忽視甲醛、苯、重金屬含量的標準要求，因此，這類木粉很容易被一些生產廠家采購使用，從而導致木塑材料不能達到國家標準的相關質量要求，可見這類未經加工處理只經過篩選獲取的原料不是木塑材料生產使用的理想原料。但目前有些木塑生產企業(yè)往往只考慮成本問題，直接采購這類木粉用于生產，這可能構成木塑行業(yè)發(fā)展的一個隱患。
木粉的幾何形狀主要有3種：顆粒狀、纖維狀和片狀。通過大量生產實踐表明，只有通過機械粉碎，并對粉碎后的原料進行分級篩選后提取的木粉產品，才是木塑專用木粉的理想來源。采用機械破碎法生產的木粉，目前主要有粉碎法和研磨法兩種?，F在市場上采用粉碎機械制備出來的木粉，大部分以粗纖維形狀為主，適合應用在人造板生產等領域；若使用在木塑材料生產中，雖然能夠體現某些木材性質，但是外觀粗糙，后處理比較困難。采用研磨機制備的木粉，大部分以100~300目的顆粒狀木粉為主，適合用在PU等系列產品中做填料；若使用在木塑材料生產中，雖然材質表面光滑，但是產品脆性強，抗拉強度降低，用于結構型材顯然不合適。這些現象表明，在木塑復合材料原料的制備過程中，在相同木粉添加量的情況下，木粉的顆粒尺寸及其含量比例對材料性能及表觀影響十分明顯。
從生產實踐來看，在具有相同物理力學性能的情況下，使用大徑級的木粉顆粒比使用超細徑級木粉顆粒生產木塑復合材料在技術和設備上的要求要相對簡單得多，但材料的質感也相差很多。所以，我們認為木塑專用木粉的生產要考慮到粗、細粉出粉比例，以及不同規(guī)格形狀木粉的混配問題。在木塑材料生產過程中，實現對木粉幾何形狀的選擇使用，使顆粒狀、纖維狀和片狀木粉在木塑復合時恰當地共存，形成“木粉共同體”；同時控制無機物（灰分）比例，對于提高木塑材料整體性能尤為重要。
木塑專用木粉的應用優(yōu)勢
在實際應用中，木粉纖維的粒徑分布、長徑比、密度等因素非常重要。
在PVC發(fā)泡木塑材料生產中，山西格瑞環(huán)保設備有限公司經過反復實驗認識到：在選擇使用木粉時，嚴格選定經過機械粉碎加工的木粉原料，纖維的粒徑分布盡量選擇40目~120目的木粉，木粉中的纖維形狀要按適當比例混配。這樣有較寬的粒徑分布曲線，能在與應力垂直的更大面積上分布吸收沖擊能量；纖維的無規(guī)則堆砌密度較大，基體樹脂單位面積上吸收的沖擊能量較少；同時，這樣的組合熔體指數也較高。該公司生產的木塑產品和同行業(yè)相比，生產成本大大降低，市場競爭優(yōu)勢明顯，產品質量經過國家建筑裝修材料質量監(jiān)督檢驗中心檢驗為：含水率小于0.9%、尺寸穩(wěn)定性不大于0.3%、邵氏硬度（HD）不小于72、吸水厚度膨脹率不大于0.3%、甲醛釋放量不大于0.1mg/L、可溶性鉛不大于15mg/kg、可溶性鎘小于0.5mg/kg、可溶性鉻小于3mg/kg、可溶性汞小于0.5mg/kg，整體性能表現優(yōu)秀。
木塑制品的成型都是在熔融流動狀態(tài)下進行的，因此加工的物料要求有一定的流動性。流動性過小，擠出成型困難；流動性過大，則產生的擠出壓力過小，制品強度不足且成型不完整。生產實踐表明，木塑原料體系的流變性對擠出加工過程和制品的力學性能有著較大的影響。由于草本植物中礦物質含量比木本植物的含量高，因此，草本纖維抗微生物降解性和抗吸濕性比木本纖維更強。如果部分采用草本植物纖維，部分采用木本植物纖維，則可以通過以較長纖維的木本植物纖維以彌補草本植物纖維短小的不足，在擠出過程中能起到一定的潤滑作用，并且纖維的長徑比不一還可以取長補短，在擠出加工過程能夠避免纖維長徑比比例降低帶來的不利影響。因此，使木本纖維和草本纖維按照一定比例混合，其物料的流動性比單獨使用某一類纖維的木塑粒料的流動性要好，并且擠出的產品比單獨使用同一木粉的產品更密實，結構更緊密，表面質感更好。
國內植物纖維的多元化優(yōu)勢
早在20世紀70年代，歐美國家就已經出現使用麥稈、棉稈、玉米稈、亞麻稈等秸稈纖維用于木塑材料的生產。由于在國外制取這些草本纖維的成本遠遠高于木質纖維的成本，后來草本纖維木塑制品主要應用于汽車飾件而非建筑材料上。我國是糧食生產大國，農作物秸稈不僅資源豐富，而且成份穩(wěn)定。對于廢棄木材邊角料的回收再生利用，目前在我國處于同樣重要的位置。我們完全可以在木塑生產中做到因地制宜，因材適用，將木本纖維和草本纖維結合起來開發(fā)利用，使其成為木塑材料的優(yōu)質基礎原料。事實上，我們已經可以通過木本纖維和草本纖維的混合使用，來達到降低生產成本，提高產品質量的目的。根據近幾年木塑企業(yè)采購木粉的現實情況來看，生產PP、PE木塑產品，可以采購30目~80目的混合型木粉；生產PVC木塑產品，可以采購40目~100目的混合型木粉。這樣的原料組配，對木塑產品物理力學性能的提高，以及生產成本的降低，都能起到積極的促進作用。
目前市場上流通的木粉更多的是應用到化工和造紙領域，諸如制革、油漆、涂料等行業(yè)，專門用于木塑材料生產的專用木粉尚為鮮見。如果我們打破傳統(tǒng)的單一木粉的生產觀念，將不同長寬比的纖維材料收集起來混合加工，制備出質量優(yōu)良的專用木粉，用以生產木塑復合材料，這樣既可以節(jié)約生產成本，也可以實現變廢為寶，還能為地方經濟發(fā)展注入活力。
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