木塑复合材料在园林建设中的应用综述★

孙庆辉

(广东理工学院建设学院，广东 肇庆 526000)

1 发展木塑复合材料的意义

受工业快速发展的影响，我国甚至全球都面临环境污染和能源短缺问题，此问题的出现也更加引起了全球人们的关注[1]。造成此情况的出现主要是森林资源的严重砍伐造成日渐枯竭，频频出现自然灾害，如沙尘暴频发、泥石流山体滑坡现象等。为此，必须保护生态环境，坚持“可持续发展”战略。对木材的使用提出了两个要求:1)采伐方面：寻找合适的木材替代品，降低木材采伐量；2)利用率方面：木材在加工成产品时25%～30%边角料都成了“废弃物”，如何把这些“废弃物”再利用，提高木材利用率是值得思考的问题[2]。

在这种形式下，木塑复合材料产品应运而生，它的代木作用对节省木材资源起到了不容忽视的作用，在现代景观设计中广泛应用。木塑料复合材料这种新产品充分体现了可再生资源高效利用和循环利用，它的出现缓解当下木材资源短缺问题、废物循环利用困难问题、环境污染严重问题等，具有十分重要的意义。

木塑复合材料是一种利用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等热塑性塑料与木屑、稻壳、秸秆等资源丰富的天然植物纤维材料通过一定工艺制成的一类新型复合材料。从生物质资源利用的角度来看，开发木塑复合材料显得尤为重要。生物质的利用主要有两种方式，即生态环境材料(生物质材料)和可再生能源(生物质能源)。将木材及其加工残渣、秸秆等生物质材料与热塑性塑料、橡胶、合成纤维及其废弃物等高分子材料复合，制备高性能的木塑复合材料，是高效利用生物质资源的有效途径。由生物质纤维或粉末制成的木塑料复合材料产品可在弃置后循环再用。对于经多次循环再造后降解严重的木塑料复合材料物料，可用作燃料或裂解原料以生产能源。可见，生物质→木塑料复合材料(循环利用)→生物质能，这种生物质资源利用模式是一种集约型、长产业链、高附加值、高效率的利用模式，完全符合发展循环经济、建设节约型社会的要求[3]。

2 木塑复合材料的主要类别

木塑料复合材料的生产加工技术多样，如挤出成型技术、热压成型技术、模压制作技术。

多种原料和多种加工工艺的搭配与调整，使最后的成品也有着诸多变化和种类[4]。

2.1 以塑料原料划分的木塑复合材料

在制作木塑复合材料中需要使用一些热塑性塑料作为原料，生产中常用的塑料是原生或回收的聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)等，将不同类型的塑料基与生物质纤维植物(木粉、秸秆、麻等)相结合，并进行加工处理，便可获得不同类型的木塑复合材料。

目前，大部分现代园林景观中的建筑部件、雕塑、铺板等使用的木塑复合材料都是利用回收或新制的PVC，PP作为原料较多，据统计2010年—2020年与2002年相比，木/PVC的需求量增加了200%，木/PP复合材料需求量增加了130%，木/PE的需求量增加了40%。

2.2 以纤维原料划分的木塑复合材料

目前木塑复合材料所使用的纤维原料基本都是生物质纤维，与矿物纤维相比，生物质纤维原料具有来源广、价格低、重复加工、天然再生、可生物降解、密度低、长径比大、比表面积大等特点。此外，生物质纤维作为热塑性塑料的增强材料也表现出良好的力学性能，例如：比强度高、硬度低、对加工设备磨损小等优点。

1)木材纤维增强木塑复合材料：木纤维原料来源于天然的木材，木材在加工产品后剩余物都可再次加工出相应长短不同的木纤维甚至还可以直接使用，例如，细颗粒、锯末、锯屑、砂光粉[5]。但不同树种的木材纤维对复合材料的强度有很大的影响，并且它们的形态、大小、对复合材料的强度均有影响，要求细长木材纤维占大多数，通常采用云杉、冷杉、松木等针叶树材为主，也可少量混用阔叶树材。

2)非木材植物纤维增强木塑复合材料：非木材纤维植物原料是指除木材以外的能够提供纤维的植物材料。它们主要包括草茎类、禾本科类和竹材类。使用非木材纤维植物生产木塑复合材料在技术上是可行的。常用非木材纤维植物原料包括麦秸、稻草、稻壳等。非木质纤维植物多为一年生植物，具有产量高、种植面积大、易收集、价格低廉等优点。非木材植物纤维作为生产原料也有着以下问题需要注意：a.非木材植物纤维原料多指农作物秸秆类材料，由于质地疏松，因而堆积体积较大，储存相对不方便；b.非木材植物纤维原料的纤维形态、化学组成虽和木材基本相似，但几种元素还是要高于木材，如含糖量、低分子量的碳水化合物，可能对产品的性能有一定的影响，这就需要通过针对性的配方来弥补这些不足之处；c.纤维中灰分含量问题，非木材植物纤维的灰分含量远高于木材，个别秸秆纤维甚至高达19%，灰分中的SiO2含量(质量分数)又多在60%以上，导致纤维间的胶结性降低，需要通过对非木材植物纤维原料改性处理。

总之，非木纤维植物原料用于木塑复合材料生产时，应根据原料的特点，从生产工艺、偶联剂的选择、设备等方面采取相应的技术措施。

3 木塑复合材料的性能

木塑复合材料的性能取决于构成材料自身的性能、组分之间的相互作用情况、产品设计形式以及使用环境。为了改善木塑复合材料的性能，科学家和制造商一直在努力改进更新生产技术和制造工艺。例如在技术方面，微孔发泡技术，这种技术使得材料的韧性更大、使用寿命更长，并且热稳定性更好；在设计形式方面，利用新型的共挤出工艺，在产品表面制作保护膜，这样可以提高耐潮湿和抗菌性。此外，还可以通过添加试剂来增强木塑复合材料性能。

3.1 一般物理力学性能

木塑复合材料与木材(实木)相比：木塑复合材料其刚性基本都小于木材。因目前木塑复合材料产品生产中常用的热塑性塑料为PE,PP,PS,PVC，不同的塑料基赋予材料性能也会有一定的差异。所以木塑复合材料的刚性取决于采用塑料基种类[6-7]。

表1列举了园林景观设计中常用的木材和几种木塑复合材料力学性能的对比。从抗弯曲强度、弹性模量、密度和吸水率四方面进行比较，木塑复合材料无论是抗弯曲强度还是弹性模量都低于天然木材，但是，吸水率很小，这可以减少真菌因吸水而引起的生长、厚度膨胀和收缩等使用问题。与天然木材相比，木塑复合材料通常具有更好的尺寸稳定性和抗真菌腐蚀性[8]。所以，木塑复合材料的物理性能要优越于木材。在三种木塑复合材料中PVC/WF弹性模量相对较高，达到45.45 MPa，弹性模量5.2 GPa和天然木材相差不大。

表1 木塑复合材料与天然木材(实木)板物理力学性能的对比

3.2 耐老化性能

材料的老化过程主要有气候老化、热老化、生物降解。

1)气候老化方面：气候因素主要包括温度、水、大气污染等。木塑复合材料因利用新型的共挤出工艺，空气中的水分、温度变化很难对木塑复合材料造成破坏，原因在于产品表面制作了一层保护膜，保护膜可以提高耐潮湿和抗菌性，使得木塑复合材料具有较好的耐老化性能。

2)热老化方面：在园林景观设计中，各种材料常年暴露在阳光下，紫外线对各种材料的使用寿命影响非常大。暴露于紫外线下的任何材料表面都会发生变化，即产生光降解，导致表面变色出现老化。木塑复合材料因在生产过程中考虑到光降解导致材料老化速率加快，故通过添加紫外线吸收剂(着色剂)，有效地起到固色作用。通过实验测试分析，添加试剂木塑复合材料试件老化1 500 h后其光反射强度基本没有任何变化，起到抗老化性能。

3)生物降解方面：传统的园林景观木质材料都是通过压缩或浸渍处理解决生物降解问题，不过随着时间的推移，防腐剂的失效率慢慢降低，甚至还会对周围环境造成污染，最终出现降解。因此木塑复合材料被认为是一种理想的替代产品。木塑复合材料中的塑料和木材成分按一定比例混合。由于木塑复合材料是连续的塑料相，木材颗粒可以被很好地封闭起来，没有水分或真菌。塑料基质的拒水性及其固有的高抗腐蚀性能提供足够的抗生物降解性。随着技术的进步，木塑复合材料防止生物降解的手段也有了更好的处理方法。在制作过程中加入防腐化学剂。通过对比综合性能较好的Borogard ZB防腐剂，在抗生物降解等方面其表现最好。通过相应实验测试分析，将其应用于50%～70%木含量的PE/WF复合材料铺板，质量损失从10%～20%降到1.1%，添加防腐的PE/WF复合材料铺板表面没有出现木纤维被真菌腐朽后留下的空洞。

3.3 其他性能

随着木塑复合材料应用领域的不断扩大，人们越来越需要全面了解它的多方面性能，如蠕变、流变性、防火性等，以改进制造工艺、满足不同使用场合的要求。

4 木塑复合材料在园林景观中的应用

近年来，木塑复合材料进入新的市场，应用领域不断扩大，越来越多地在各个领域取代其他传统材料。由此可见，木塑复合材料开始深入到建筑行业，家居装饰行业、园林景观行业等，在园林景观行业尤为兴盛。在园林景观设计中，木塑复合材料产品主要运用到地面铺装、雕塑小品、景观设施、景观建筑等地方。

4.1 景观栈道铺板设计应用

木塑复合材料铺板在现代园林景观设计中广泛应用，如景观栈道铺装、庭院铺装、湿地公园观景平台、立面景墙等，尤其是景观栈道近些年广泛应用。这种木塑复合铺板之所以在现代园林景观栈道中占有一席之地，是因为这种复合铺板常年暴露在户外，受紫外线、潮湿等自然环境因素影响，不容易出现变形、开裂、霉变、蛀蚀、褪色等问题，物理化学性能稳定，并且还具有天然木材的亲和性，给整个场地增添趣味。

以广东理工学院校园中砚湖园景观栈道中的应用为例，该地区坐落于肇庆市，属于亚热带季风气候，年平均降雨量约1 650 mm，尤其是在闷热潮湿的夏季，实木铺板在这种环境中常年受环境影响容易出现霉变腐烂、虫蛀等现象。而木塑复合材料铺板有独特的抗老化优势，此复合材料的应用不仅为校园护工后期维护提供了便利，更为校园增添了一条美丽的绸带。

木塑复合材料铺板的形式多样，从产品的形态来看，有实心型、空心型，本案选材采用实心型铺板，实心型铺板强度高，在自然环境的影响下，抗老化性能更好，比较适合运用到栈道的地面铺装。并且板材表面加工出逼真的木材纹理和材色，使人感到温暖、亲近感(见图1)。

4.2 护栏设计应用

在园林景观设计中护栏的设计也是非常重要的一个环节，目前护栏设计所用的材料有石材、防腐木、金属、玻璃等，护栏形式多种多样，复杂形式的护栏利用以上几种材料在加工时可能会出现工序多、效果不好、成本高等问题。而木塑复合材料加工工艺丰富，复杂的造型也可以通过模具一次成型，硬度非常高、安全性好等优点，深受园林景观行业喜欢。木塑料复合材料护栏产品可定制多种颜色，更加人性化。

木塑复合材料护栏的款式也非常丰富，应用场所的不同，选择的型材规格搭配也不尽相同。例如：在河道附近，对安全要求比较严苛，建议采用大一些的立柱搭和横梁型材搭配，让塑木护栏的整体强度更大。120×120塑木立柱搭配90×90塑木横梁和46×76塑木方通；柱顶到地板平面以上1.2 m，下横梁离地面平面往上0.1 m～0.15 m为宜，上横梁高度在地板平面往上0.9 m～1.1 m为宜。塑木护栏的强度全部依靠立柱的稳固度，较大的立柱型材可以让塑木护栏安全性提升一个档次，同时靓丽的红木色搭配草木水景完美融合(见图2)。

4.3 景观设施设计应用

花箱在园林景观设计中是一项不可或缺的一点，起到画龙点睛的作用，早期的花箱大多是用木材所制作，经不住紫外线和风雨的洗礼，日久天长就出现老化腐朽现象。为了满足道路景观需求，可选用木塑复合材料花箱，这种材料具有一定的抗老化能力，不容易出现腐朽、霉变、开裂现象，减轻了园林维护工人的工作压力。另外木塑复合材料花箱还能有效的防止虫蚁的破坏，在公园很多孩子容易被美丽的花朵吸引，会离花箱很近，普通木材花箱时间久了出现发霉，里面会出现虫蚁，很不卫生，而木塑复合材料花箱有效的防止这一缺陷(如图3所示)。

5 结语

木塑复合材料作为园林景观设计中使用的一种新型材料，其兼具木材和塑料双重特性，具有抗老化性、绿色环保、施工方便等性能，广泛的应用于园林景观设计中。木塑复合材料的广泛使用不仅解决了森林资源的短缺问题，还能打造优美、惬意、和谐的人居环境。总而言之，木塑复合材料具备很强的实用性和宜人性。但是，木塑复合材料在园林景观应用中还存在不够完善的地方，例如PVC/WF复合材料、PE/WF复合材料、PP/WF复合材料选择使用场所不当、对这些材料后期维护方式不当等。期望能够实现木塑料复合材料在园林景观设计中合理的有效运用，充分发挥其材料多方面的优势，创造一个美丽的景观生活环境。