木塑复合材料的制备及其在室内装饰的应用

郭小曼

(合肥滨湖职业技术学院 建筑工程与设计学院，合肥230601)

木塑复合材料兼具塑料和木材的特性。作为一种绿色环保材料，木塑复合材料在建筑室内外装饰装修工程中应用较为广泛。比如在图书馆外墙改扩建时应用木塑复合材料，一方面能够满足设计师理念，另一方面也能够获得较好的装饰效果[1]。对新型材料的应用进行探索与研究，有利于室内家居行业的可持续发展，更有助于缓解能源短缺的问题[2]。文献[3]对木塑复合材料的主要组分进行总结，分析了木塑复合材料主要组分定量分析方法的优缺点。文献[4]介绍了木塑复合材料常用的老化测试方法及测试过程中的影响因素。文献[5]对木塑复合材料的配方进行研究，并测试了样品的各项性能指标。

1 木塑复合材料的制备方法及性能分析

1.1 制备原料及设备

木塑复合材料制备所需要的主要原料如表1所示。

表1 实验原料

木塑复合材料制备所需要的主要设备如表2所示。

表2 制备及实验设备

木塑复合材料制备所需要的主要配方如表3所示。

表3 基本配方

1.2 木塑复合材料的制备方法

1.2.1 木粉预处理

(1)木粉预干燥处理。主要步骤为：将锯末置于高速万能粉碎机中，粉碎1～3 min；将粉末置于恒温鼓风干燥箱(温度设置80 ℃)干燥12 h；冷却至室内温度，采用电动振筛机筛选，获得40～160目7类目的干燥木粉，并分别密封于塑料袋中[6]。

(2)木粉改性处理。设计两种改性方法：采用硅烷偶联剂与C2H5OH混合溶液(1∶4)，喷洒在木粉上，并将木粉置入高速混合机搅拌均匀；采用钛酸酯偶联剂喷洒木粉上，将木粉置入高速混合机搅拌均匀[7]。

1.2.2 木塑复合材料加工

(1)预混合。采用佳佳机械的SHR-10型高速混合机进行自动卸料，在较短时间内均匀混合木料。

(2)混炼。采用扬州精卓的LG-200型双辊筒炼塑机进行混炼，通过熔融后均匀混合无物料；对冷却后的样品切割成片[8]。

(3)层压成型。采用江苏力威的YA71-45型塑料制品液压机对样品进行热压。

(4)样条制备。采用北京中航的WZY-240型万能制样机、上海乐傲试验的XFX型哑铃型制样机和深圳新三思的QYJ1251型缺口制样机进行样条制备。

1.3 木塑复合材料样品的力学性能测试

测试木塑复合材料样品的弯曲程度、冲击强度和拉伸强度等力学性能指标。

(1)弯曲强度

弯曲强度计算公式如下：

(1)

式中：δf为样本弯曲强度(MPa)；p为破坏荷载(N)；l为样本横截面长(m)；b为样本横截面宽(m)；h为样本横截面厚(m)。

(2)冲击强度

冲击强度计算公式如下：

(2)

式中：δi为样本冲击强度(kJ/)；W为冲击荷载(kJ)；d为样本横截面厚(m)。

(3)拉伸强度

拉伸强度计算公式如下：

(3)

式中：δt为样本拉伸强度(n/)；P为最大荷载(N)。

1.4 不同参数对木塑复合材料性能的影响

木质种类、颗粒直径、含量、偶联剂种类及用量、加工助剂用量等。

(1)不同木质种类对木塑复合材料性能的影响如图1所示。采用杨木粉制备的木塑复合材料，在冲击强度和弯曲强度上略高于锯末粉。

图1 不同木质种类对木塑复合材料性能的影响

图2 不同木粉粒径下木塑复合材料的冲击强度

(2)不同木粉粒径对木塑复合材料性能的影响如图2和图3所示。随着木粉粒径的增大，木塑复合材料的冲击强度逐渐降低，而弯曲强度呈现先上升后降低的变化特征。

(3)不同木粉含量下木塑复合材料弯曲强度如图4所示。随着木粉含量的增加，木塑复合材料弯曲强度逐渐降低。

图3 不同木粉粒径下木塑复合材料的冲击强度

图4 不同木粉含量下木塑复合材料的弯曲强度

(4)不同偶联剂含量下木塑复合材料性能测试结果如表4所示。当采用硅烷偶联剂A151时，随着其含量的增加，冲击强度、拉伸程度呈现先增加后降低的变化特征，而弯曲强度呈现先增加后降低、再缓慢增加的变化特征；采用钛酸酯偶联剂时，力学性能指标呈类似变化特征且数值较采用硅烷偶联剂时的力学指标大。

表4 偶联剂含量对木塑复合材料性能的影响

(5)DOP对木塑复合材料性能测试结果如表5所示。随着DOP含量的增加，冲击强度和弯曲强度相应增加，而拉伸程度相应降低。

表5 DOP含量对木塑复合材料性能的影响

(6)CPE对木塑复合材料性能测试结果如图5和图6所示。随着CPE含量的增加，木塑复合材料的冲击强度和弯曲强度相应增加，而拉伸程度相应降低。

图5 不同热压温度下木塑复合材料的弯曲强度

图6 不同热压温度下木塑复合材料的弯曲强度

(7)在120 ℃、140 ℃、160 ℃、180 ℃和200 ℃等5种热压温度条件下进行木塑复合材料的制备，分析不同热压温度对木塑复合材料性能的影响，测试结果如图7、图8和图9所示。随着热压温度的增加，木塑复合材料的冲击强度、弯曲强度和拉伸强度均呈现先增加后降低的趋势，如160 ℃时，木塑复合材料的力学性能指标最大。

图7 不同热压温度下木塑复合材料的弯曲强度

图8 不同热压温度下木塑复合材料的弯曲强度

图9 不同热压温度下木塑复合材料的弯曲强度

2 木塑复合材料在室内装饰的应用

作为一种代木材料，木塑复合材料具有较好的防水性能、抗菌防腐性能、力学性能和吸音性能。可作为厨房地板、卫生间吊顶、装饰线条、踢脚线等。

2.1 木塑复合材料在室内装饰应用优势

(1)贴近自然的美。木塑复合材料强调人与自然和谐发展的理念，木质触感和外观能够给予人们一种贴近自然的体验，拥有回归自然的感觉。

(2)制备及二次加工方法简单。木塑复合材料包括木粉预处理和木塑复合材料加工工序，且二次回收加工方法简单。

(3)节能环保。木塑复合材料制品不含甲醛、无油漆涂料，但可以通过着色剂制作出色彩多样的款式，给予人们以无毒环保的绿色环境。

2.2 室内装饰中木塑复合材料的应用场景

室内装饰中木塑复合材料的应用场景主要有门窗、地板、踢脚线、隔音墙板和装饰线条等。

(1)采用木塑复合材料制作的吊顶和地板，尺寸稳定、防水、防潮且不变形，防虫蛀，整体维护成本低。

(2)用于装饰线条，有较好的安装性能，造型多样，色彩丰富、装饰感强。给人以美的体验，且环保无污染。

(3)用于室内门或铝材复合门窗，简约大方，耐用。

(4)木塑复合材料的吸音板，具有吸音降噪功能，给人安静的环境。

木塑复合材料的典型应用场景如图10和图11所示。

图10 门窗和地板

图11 踢脚线和吸音板

3 结语

木塑复合材料是一种绿色环保材料，对木塑复合材料的制备方法进行研究，并分析了不同木质种类、木粉粒径、木粉含量、偶联剂含量、增塑剂和热压温度等类型或用量参数对木塑复合材料力学性能的影响。实验结果表明：采用杨木粉制备的木塑复合材料，在冲击强度和弯曲强度上略高于锯末粉；随着木粉粒径的增大，制品的冲击强度逐渐降低，而弯曲强度呈现先上升后降低的变化特征；随着木粉含量的增加，制品的弯曲强度逐渐降低；随着硅烷偶联剂含量的增加，制品的冲击强度、拉伸程度呈现先增加后降低的变化特征，而弯曲强度呈现先增加后降低、再缓慢增加的变化特征；随着DOP含量的增加，制品的冲击强度和弯曲强度相应增加，而拉伸程度相应降低；随着热压温度的增加，制品的冲击强度、弯曲强度和拉伸强度均呈现先增加后降低的趋势，在160℃时其力学性能最好。因此，室内装饰采用木塑复合材料作为现代室内装饰材料，在满足室内生活需要和美感的同时，还具有防水、防潮、隔音等功能，其应用前景很好。