美國材料試驗協會標準(ASTM)對塑木復合材料(WPC)給出的定義是“一種主要由木材或者纖維素為基礎材料與塑料(也可以是多種塑料)制成的復合材料”。由于WPC兼有木材和塑料的優點,所以具備一系列獨特的優良性能,如比木材有更好的耐老化性、耐吸水性和耐翹曲性,有類似木材的外觀和二次加工性能;比塑料硬度高,具有熱塑性塑料的加工性,用一般的塑料加工設備或稍加改造后便可進行成型加工;值得一提的是,WPC的原料可以采用廢塑料和廢木材,其本身也可回收再利用,因此在保護環境和森林資源等方面具有良好的社會效應和生態效應。
盡管WPC具有以上優點,但是諸如密度大、成本高、脆性大及韌性差等缺陷導致其在某些工業領域的應用受到限制,不能作為較好的木質替代品。近年來,隨著WPC的工業化進展,研究者們通過在WPC中加入發泡劑,使其內部形成具有連續均勻分布的微孔結構的塑木發泡復合材料。因材料內部存在良好的泡孔結構可以鈍化裂紋尖端,阻止裂紋的擴展,從而可有效地克服上述材料的不足之處。如今,塑木發泡復合材料出色的性價比和較好的比強度使其在汽車內飾、運動器材、航天、園林及室內裝潢等方面得到了廣泛的應用。
目前塑木發泡復合材料的成型方法主要有模壓成型、擠出成型和注射成型等。其中模壓成型和擠出成型已取得了階段性的成果,而注射成型是一個嶄新的研究領域,還處于探索階段,目前國內外研究的人較少。但是注射成型的塑木復合發泡制品已經凸顯出其優點,如與擠出成型的塑木復合發泡制品相比,其制品的外觀和質感更酷似木材,具有更低的吸水率,注塑發泡成型過程中由于保壓時間和冷卻時間大大縮短,故生產效率較高。此外,注塑級WPC高溫流動性能好、加工性能好、成本低、表面光澤度高,具有較好的強度及韌性,被廣泛用于形狀復雜的制品生產。塑木發泡復合材料的發泡工藝就是在木質纖維和塑料的熔融料中分散氣體,然后將其冷卻、定型而得到具有連續均勻微孔結構制品的過程。WPC注塑發泡成型的發泡工藝類似于其它泡沫塑料,仍可用物理發泡法和化學發泡法制得。
塑木發泡復合材料的設計思想來源于泡沫塑料的成型原理。塑料的發泡成型,首先應在塑料熔體中形成大量均勻細密的氣泡核,然后再膨脹為具有所要求的泡體結構,最后,通過冷卻固化定型將泡體結構固定下來,最終得到泡沫塑料制品。在WPC的注塑發泡成型過程中,木質纖維和塑料混合物在注塑機中由于外熱和螺桿剪切的聯合作用而熔融塑化并混合,混合物中的化學發泡劑受熱分解產生的氣體或直接從機筒注入的物理發泡劑在高壓下溶解在混合物熔體中并達到飽和狀態,進一步混合均勻,最后從噴嘴射出,因壓力驟降而發泡,在材料內部形成均勻細密的泡孔結構,最后通過冷卻固化定型,得到最終發泡制品類似于一般泡沫塑料的成型過程,WPC的注塑發泡過程基本可分為3個階段:氣泡核的形成、泡孔的增長、泡孔的穩定。
目前,注射成型技術已經開始應用于WPC的生產,采用注射成型方法制成的塑木發泡復合材料能夠改善現有塑木制品應用中存在的諸如表面質量差、尺寸形狀不能滿足實際使用要求等缺陷,可以進一步節約能源,降低生產成本,能夠開發具有更高附加值和功能性的新一代塑木產品,從而促進WPC新一輪發展高潮的到來。
