木塑復合材料的制備及其在室內裝飾的應用

郭小曼

(合肥濱湖職業技術學院 建筑工程與設計學院，合肥230601)

木塑復合材料兼具塑料和木材的特性。作為一種綠色環保材料，木塑復合材料在建筑室內外裝飾裝修工程中應用較為廣泛。比如在圖書館外墻改擴建時應用木塑復合材料，一方面能夠滿足設計師理念，另一方面也能夠獲得較好的裝飾效果[1]。對新型材料的應用進行探索與研究，有利于室內家居行業的可持續發展，更有助于緩解能源短缺的問題[2]。文獻[3]對木塑復合材料的主要組分進行總結，分析了木塑復合材料主要組分定量分析方法的優缺點。文獻[4]介紹了木塑復合材料常用的老化測試方法及測試過程中的影響因素。文獻[5]對木塑復合材料的配方進行研究，并測試了樣品的各項性能指標。

1 木塑復合材料的制備方法及性能分析

1.1 制備原料及設備

木塑復合材料制備所需要的主要原料如表1所示。

表1 實驗原料

木塑復合材料制備所需要的主要設備如表2所示。

表2 制備及實驗設備

木塑復合材料制備所需要的主要配方如表3所示。

表3 基本配方

1.2 木塑復合材料的制備方法

1.2.1 木粉預處理

(1)木粉預干燥處理。主要步驟為：將鋸末置于高速萬能粉碎機中，粉碎1～3 min；將粉末置于恒溫鼓風干燥箱(溫度設置80 ℃)干燥12 h；冷卻至室內溫度，采用電動振篩機篩選，獲得40～160目7類目的干燥木粉，并分別密封于塑料袋中[6]。

(2)木粉改性處理。設計兩種改性方法：采用硅烷偶聯劑與C2H5OH混合溶液(1∶4)，噴灑在木粉上，并將木粉置入高速混合機攪拌均勻；采用鈦酸酯偶聯劑噴灑木粉上，將木粉置入高速混合機攪拌均勻[7]。

1.2.2 木塑復合材料加工

(1)預混合。采用佳佳機械的SHR-10型高速混合機進行自動卸料，在較短時間內均勻混合木料。

(2)混煉。采用揚州精卓的LG-200型雙輥筒煉塑機進行混煉，通過熔融后均勻混合無物料；對冷卻后的樣品切割成片[8]。

(3)層壓成型。采用江蘇力威的YA71-45型塑料制品液壓機對樣品進行熱壓。

(4)樣條制備。采用北京中航的WZY-240型萬能制樣機、上海樂傲試驗的XFX型啞鈴型制樣機和深圳新三思的QYJ1251型缺口制樣機進行樣條制備。

1.3 木塑復合材料樣品的力學性能測試

測試木塑復合材料樣品的彎曲程度、沖擊強度和拉伸強度等力學性能指標。

(1)彎曲強度

彎曲強度計算公式如下：

(1)

式中：δf為樣本彎曲強度(MPa)；p為破壞荷載(N)；l為樣本橫截面長(m)；b為樣本橫截面寬(m)；h為樣本橫截面厚(m)。

(2)沖擊強度

沖擊強度計算公式如下：

(2)

式中：δi為樣本沖擊強度(kJ/)；W為沖擊荷載(kJ)；d為樣本橫截面厚(m)。

(3)拉伸強度

拉伸強度計算公式如下：

(3)

式中：δt為樣本拉伸強度(n/)；P為最大荷載(N)。

1.4 不同參數對木塑復合材料性能的影響

木質種類、顆粒直徑、含量、偶聯劑種類及用量、加工助劑用量等。

(1)不同木質種類對木塑復合材料性能的影響如圖1所示。采用楊木粉制備的木塑復合材料，在沖擊強度和彎曲強度上略高于鋸末粉。

圖1 不同木質種類對木塑復合材料性能的影響

圖2 不同木粉粒徑下木塑復合材料的沖擊強度

(2)不同木粉粒徑對木塑復合材料性能的影響如圖2和圖3所示。隨著木粉粒徑的增大，木塑復合材料的沖擊強度逐漸降低，而彎曲強度呈現先上升后降低的變化特征。

(3)不同木粉含量下木塑復合材料彎曲強度如圖4所示。隨著木粉含量的增加，木塑復合材料彎曲強度逐漸降低。

圖3 不同木粉粒徑下木塑復合材料的沖擊強度

圖4 不同木粉含量下木塑復合材料的彎曲強度

(4)不同偶聯劑含量下木塑復合材料性能測試結果如表4所示。當采用硅烷偶聯劑A151時，隨著其含量的增加，沖擊強度、拉伸程度呈現先增加后降低的變化特征，而彎曲強度呈現先增加后降低、再緩慢增加的變化特征；采用鈦酸酯偶聯劑時，力學性能指標呈類似變化特征且數值較采用硅烷偶聯劑時的力學指標大。

表4 偶聯劑含量對木塑復合材料性能的影響

(5)DOP對木塑復合材料性能測試結果如表5所示。隨著DOP含量的增加，沖擊強度和彎曲強度相應增加，而拉伸程度相應降低。

表5 DOP含量對木塑復合材料性能的影響

(6)CPE對木塑復合材料性能測試結果如圖5和圖6所示。隨著CPE含量的增加，木塑復合材料的沖擊強度和彎曲強度相應增加，而拉伸程度相應降低。

圖5 不同熱壓溫度下木塑復合材料的彎曲強度

圖6 不同熱壓溫度下木塑復合材料的彎曲強度

(7)在120 ℃、140 ℃、160 ℃、180 ℃和200 ℃等5種熱壓溫度條件下進行木塑復合材料的制備，分析不同熱壓溫度對木塑復合材料性能的影響，測試結果如圖7、圖8和圖9所示。隨著熱壓溫度的增加，木塑復合材料的沖擊強度、彎曲強度和拉伸強度均呈現先增加后降低的趨勢，如160 ℃時，木塑復合材料的力學性能指標最大。

圖7 不同熱壓溫度下木塑復合材料的彎曲強度

圖8 不同熱壓溫度下木塑復合材料的彎曲強度

圖9 不同熱壓溫度下木塑復合材料的彎曲強度

2 木塑復合材料在室內裝飾的應用

作為一種代木材料，木塑復合材料具有較好的防水性能、抗菌防腐性能、力學性能和吸音性能。可作為廚房地板、衛生間吊頂、裝飾線條、踢腳線等。

2.1 木塑復合材料在室內裝飾應用優勢

(1)貼近自然的美。木塑復合材料強調人與自然和諧發展的理念，木質觸感和外觀能夠給予人們一種貼近自然的體驗，擁有回歸自然的感覺。

(2)制備及二次加工方法簡單。木塑復合材料包括木粉預處理和木塑復合材料加工工序，且二次回收加工方法簡單。

(3)節能環保。木塑復合材料制品不含甲醛、無油漆涂料，但可以通過著色劑制作出色彩多樣的款式，給予人們以無毒環保的綠色環境。

2.2 室內裝飾中木塑復合材料的應用場景

室內裝飾中木塑復合材料的應用場景主要有門窗、地板、踢腳線、隔音墻板和裝飾線條等。

(1)采用木塑復合材料制作的吊頂和地板，尺寸穩定、防水、防潮且不變形，防蟲蛀，整體維護成本低。

(2)用于裝飾線條，有較好的安裝性能，造型多樣，色彩豐富、裝飾感強。給人以美的體驗，且環保無污染。

(3)用于室內門或鋁材復合門窗，簡約大方，耐用。

(4)木塑復合材料的吸音板，具有吸音降噪功能，給人安靜的環境。

木塑復合材料的典型應用場景如圖10和圖11所示。

圖10 門窗和地板

圖11 踢腳線和吸音板

3 結語

木塑復合材料是一種綠色環保材料，對木塑復合材料的制備方法進行研究，并分析了不同木質種類、木粉粒徑、木粉含量、偶聯劑含量、增塑劑和熱壓溫度等類型或用量參數對木塑復合材料力學性能的影響。實驗結果表明：采用楊木粉制備的木塑復合材料，在沖擊強度和彎曲強度上略高于鋸末粉；隨著木粉粒徑的增大，制品的沖擊強度逐漸降低，而彎曲強度呈現先上升后降低的變化特征；隨著木粉含量的增加，制品的彎曲強度逐漸降低；隨著硅烷偶聯劑含量的增加，制品的沖擊強度、拉伸程度呈現先增加后降低的變化特征，而彎曲強度呈現先增加后降低、再緩慢增加的變化特征；隨著DOP含量的增加，制品的沖擊強度和彎曲強度相應增加，而拉伸程度相應降低；隨著熱壓溫度的增加，制品的沖擊強度、彎曲強度和拉伸強度均呈現先增加后降低的趨勢，在160℃時其力學性能最好。因此，室內裝飾采用木塑復合材料作為現代室內裝飾材料，在滿足室內生活需要和美感的同時，還具有防水、防潮、隔音等功能，其應用前景很好。