隨著木塑復合材料產品在室外領域得到廣泛應用,例如作為椅凳、欄桿、棧道板、園林水岸設與建筑模板等,不可避免地受到溫度、空氣、濕度、紫外線(UV)影響,導致材料光老化,從而出褪色、開裂、物化性質改變、結構力學性能降低等象,減少了材料的使用壽命,嚴重影響了塑木的推廣應用,因此研究木塑復合材料的紫外老化機制與防護措施十分重要。在此介紹木塑復合材料的紫外老化性能,包括微觀結構、表觀顏色、力學性能3個方面的研究現狀,并結合國內外學者已發表研究成果總結了改善木塑復合材料老化性能的方法,包括成型工藝、木粉預處理、添加化學助劑等。通過系統梳理,總結現階段木塑復合材料紫外老化性能研究與發展中存在的問題,展望未來高性能木復合材料的研究發展重點趨勢與應用領域,期望促進木塑復合材料在我國科研、設計、生產中的應用與發展。
塑木在自然環境中的空氣、溫度、濕度、紫外線等作用下不斷發生熱氧老化和光氧老化反應,內部出現分子鍵斷裂現象,引起化學組成及結構變化,導致塑木的物化性能和力學性能發生相應改變。近年來,研究者們為探明塑木紫外老化制,對其老化后微觀形貌、色差變化、力學性能變化等展開了大量的研究。目前,研究趨勢中木塑復合材料的紫外老化研究與發展還存在著以下問題亟待解決。塑木老化機制及規律仍尚未形成統一理論。
塑木中的木材等植物纖維與樹脂聚合物的光降解老化相互影響、相互作用,較為復雜,不是簡單的效果疊加,目前國內外文章中針對此方面的研究涉及較少,因此有待更深入地探索與研究。在實際應用環境中,溫度和濕度的變化,熱氧老化與光氧老化的共同作用以及季節、地域等多重因素均會對老化產生影響,而大部分研究者對塑木老化研究僅側重于單一老化環境下,缺乏多因素綜合性試驗,針對人工加速老化與戶外老化試驗之間相關性研究較少。缺乏對塑木老化行為及壽命預測相關方面的理論研究。可以通過建立不同外界環境、外部條件、材料成分等參數與塑木老化行為之間的動態數學模型或者推導剩余強度公式等方式對木塑復合材料進行耐久性評價分級。木塑復合材料被引入國內僅20多年,相比混凝土和鋼結構等傳統材料的研究發展時間較短,目前生產成本仍然較高,導致其市場價格普遍高于純木材料。因此,如何降低成本,提高生產效率,例如大量使用秸稈、稻殼、廢棄塑料等可回收物且能夠保證制品的耐老化性等綜合性能,提高生產規模、工藝技術水平等,是當下木塑建材行業需要探究、攻克的難題。木塑復合材料作為一種貼合國家環境保護、合理利用自然資源相關政策,并且可重復利用的生物質材料,正處于高速發展階段,未來發展大有可為。針對現階段木塑復合材料顏色穩定性差,耐老化性能較弱,生產成本高等問題,科研人員正以高性能塑木為目標,致力于發展更高強度,更加優異的基體相容性能,耐老化性能,更高回收利用率的木塑材料。在制備生產環節,提高工業化程度,結合人工智能等方式,實現從原料存儲、混合攪拌、造粒到共擠成型全生產工序自動化,以此提升精準度和質量,節約人力,大幅提高生產效率。突破當前使用的設備大部分還是木材或塑料的通用生產設備的限制,改進或研發出為生產木塑所定制的大產量、高效率造粒機等設備,提高產業規模,降低生產成本。可與納米生物等現代高新技術結合,以此改善木塑材料耐老化性能差等缺點,如研究開發出新型核殼型結構,從而降低其光氧化降解速度,提高使用壽命。
摘選自《木塑復合材料紫外耐老化性能研究進展》陳 航等
