木塑复合材料于20世纪中叶开始商业化应用,90年代美国和加拿大等国家实现木塑复合材料的规模化工业生产,形成相关的技术与产品标准,如ASTM D7031-11、ASTM D7032-17等。美国年产量万吨以上的生产企业约有50家,已形成完整的产业链。80年代,中国林业科学研究院、东北林业大学、南京林业大学、福建农林大学等单位开展木塑复合材料制备与应用研究,加速了木塑复合材料在中国的产业化进程。
制备木塑复合材料的热塑性聚合物为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)等。热塑性聚合物以连续相形式分布于复合材料内,起到黏接纤维的作用。生物质纤维原料与热塑性聚合物混合造粒后通过挤出、模压、注塑等成型工艺,用于生产各种板材、型材或制件。木塑复合材料中生物质纤维原料占复合材料质量的比例通常为35%~70%。中国木塑复合材料主要分为PE木塑复合材料和PVC木塑复合材料两大类,主要标准有《木塑装饰板》(GB/T 24137—2009)、《木塑地板》(GB/T 24508—2009)、《塑木复合材料产品物理力学性能测试》(GB/T 29418—2012)、《建筑模板用木塑复合板》(GB/T 29500—2013)。
木质纤维中的水分会劣化产品性能并引起霉变,加工过程中也易出现“架桥”“抱杆”现象,通常采用木粉预先干燥、强制喂料、料筒多阶排气等方法解决。在木塑复合材料螺杆挤出成型过程中,螺杆构型与流道设计决定最终产品的质量,合理的螺杆组合可以在保证塑化效果的同时强化熔体输送,而适宜的熔体流量分配与合理的冷却定型工艺则直接决定产品尺寸稳定性。
木塑复合材料兼有塑料和木质材料的特性,机械强度优于木质材料,又具有可锯、可钉、可刨的木质材料加工性能,广泛应用于户外园林(步道、护栏、立柱、栈道、凉亭、座椅、花架等)、家居及装饰材料(地板、踢脚线、墙板、衣柜、挂板、百叶窗等)、运输托盘等领域。稳定与拓展原料供应是木塑复合材料产业发展的基础。微发泡、包覆共挤和钢塑共挤等技术的应用是实现产品轻量化、高仿木、高强度及功能拓展的主要途径。