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[复合材料] 木塑复合材料的“天然”吸引力

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木塑复合材料的“天然”吸引力

近年来,受益于人们对循环经济兴趣的与日俱增,以及对回收利用的充分重视,木塑复合材料和其他天然纤维塑料复合材料的应用也愈发广泛。

一段时间以来,木塑复合材料(WPCs)一直是户外生活和工业空间中木材的直接替代品,并且越来越受欢迎。复合装饰板和覆层产品不仅具有天然材料的美感,而且能够同时提供显著增强的耐候性和其他性能。近年来,随着人们越来越青睐具有“天然”内容的材料,因而,木材或天然纤维复合材料的使用,正从建筑领域扩展到许多其他应用领域。

这尤其适用于以回收材料为基础的产品。根据奥地利研究机构WoodKPlus的说法,当前WPCs或使用更通用的术语天然纤维复合材料(NFC)的市场显示出巨大的潜力。大多数研究预木塑复合材料的“天然”吸引力测,未来几年的复合年增长率将超过10%。生物基复合材料和工艺部门负责人安德里亚斯·海德尔博士说:“增长的主要原因包括对这些材料的更多认识和对更多可回收材料的使用,以及全世界众多的生物经济战略。”

他说:“加工机械新发展的主要驱动力包括实现良好材料性能和高挤出产量所需的关键工艺参数-主要是螺杆设计,必须针对多种配方以及对材料进行有效脱气进行优化。在材料方面,效率是主要驱动力。为了满足循环经济的需求,具有耐用性和可循环使用的再生材料,被越来越多地使用。共挤是使用更多回收材料(例如作为芯材)的一种解决方案,但是在市场上尚不容易找到。基质聚合物是用于传统木塑材料的标准聚合物,如PE、PP和PVC。对于NFC来说,工业和家庭可降解的生物聚合物的使用正在增长。”海德尔表示,WPC和NFC的产量很高,产品质量也很高。

“我们对欧洲市场上的商用木塑做了一个全面的基准测试,显示了广泛的材料性能。测试表明,木塑复合材料的主要问题仍然是产品质量和抗水分吸收能力。通过不同的聚合物生产工艺,例如注塑成型、热成型和3D-FLM(熔融层建模)打印,所处理的NFC的情况又有所不同。比如,可以通过化学和物理发泡解决轻型应用的密度问题,并通过应用3D-FLM打印来提高资源效率。”

然而,WPC和NFC的弱点仍然是冲击强度和吸水能力,特别是对于户外应用。海德尔说:“我们试图通过使用不同类型的纤维,甚至在化合物中使用一种以上纤维的混合配方,来克服这些问题。循环经济是目前热门话题,因此就存在如何回收和再利用这些材料的问题,因为这些材料含有更多的成分。越来越多的家庭应用要求可分解性。对于这个问题,可以通过使用可降解生物聚合物和生物基添加剂来解决。”

然而,必须考虑到,这些材料在分解之前也应该运行几个循环,因为生产它们需要大量的能量。

最后,对于注塑成型和3D-FLM打印,目前人们对材料加工方式和性能的模拟非常感兴趣,但仍有些问题尚未解决。”WoodKPlus公司表示,他们已经开发出物理和化学发泡配方,以生产用于注塑成型的挤压型材和颗粒。在与合作伙伴合作模拟加工步骤方面也取得了一些成功,但如果没有适当的校正系数,这些还远远不够。

一款包装板条箱

德国的弗劳恩霍夫WKI(木材研究所)最近开发了一种用于运输和储存蔬菜的板条箱,该板条箱由高达25%的木纤维组成。研究人员声称,新的板条箱在不增加生产成本的情况下更具可持续性,更轻巧、更坚固。这个项目旨在替代传统的由聚丙烯制成的板条箱,并尽可能利用了高比例的可再生原材料。木材和纤维素纤维都符合这一标准,在地区范围内就很容易得到,而且相对便宜。将来,他们打算将材料研究和注塑技术方面的专业知识转移到其他产品上。

另外,木纤维制成的板条箱重量上更轻。“如果我们考虑蔬菜板条箱的整个生命周期,大部分碳排放不是在材料生产过程中或处理过程中产生的,而是在使用阶段由于反复运输而产生的。弗劳恩霍夫WKI的克里斯托夫·哈伯曼说:“运输较轻的蔬菜板条箱将是一个优势,因为它将产生更少的二氧化碳。”

在这种材料的开发过程中,哈伯曼和他的团队不仅考虑到了环境因素,而且还改进了许多应用性能,例如堆叠能力和回弹力。“我们是材料研究和创新注塑工艺方面的专家,这两方面都是非常有影响的因素。借助计算机模拟,例如强度模拟,我们能够优化生产时间和产品质量。蔬菜箱是一个很好的例子。通过木纤维的使用,可提高板条箱的强度和刚度。通过减少箱壁厚度,增加内部体积。用户可以从较低的运输成本中获益。”

研究人员检查了板条箱的整个生命周期。哈伯曼说:“如果我们在处理材料成分时也考虑到进一步的使用和回收,我们才能在包装行业内实现真正的可持续性。在这一点上,木材纤维比玻璃纤维更适合,玻璃纤维在某种程度上会与聚丙烯结合在一起。用木纤维增强塑料制成的蔬菜板条箱可以熔化,再制成新的运输容器。”

这种新材料的优点不仅限于蔬菜板条箱;预见了许多其他可能的通用应用。研究所表示:“我们的测试非常成功,从理论上讲,所获得的知识可以应用于所有类型的可重复使用的容器和运输箱,以及所有类型的注塑模具零件。”此外,这种材料也可以用于一次性产品,比如洗发水瓶。在未来,消费者可以购买有机包装的有机洗发水。

添加剂的选择

添加剂对提高木塑复合材料的工艺和加工性能至关重要,也影响着木塑复合材料的持续发展和更广泛的应用。活跃在这一领域的公司包括Struktol,该公司已经扩大了其润滑剂生产线,并引入了一种新的偶联剂和添加剂,用于增强木塑复合材料市场的丙烯酸耐候强化树脂化合物。

据称,新的StruktolTPW813偶联剂比传统产品更具优越性。除了提供良好的抗弯曲性能外,在降低吸水率方面特别有效,从而使产品更加耐用,能够承受更多的湿润和冻融循环。TPW813可与任何类型的润滑剂配合使用,尤其与Struktol公司的下一代高效润滑剂/加工助剂TPW617配合得很好。

Struktol公司还开发了木塑装饰材料的全套产品线。其中包括StruktolTPW420,这是一种全丙烯酸耐候强化树脂化合物,具有良好的耐用性、耐刮擦性、对基材的附着力、可加工性和低光泽表面。StruktolTPW230是TPW420的母粒版本,设计用于与PE树脂一起使用。

Struktol正在进一步开发其丙烯酸耐候强化树脂系列生产线,新化合物具有“柔软的触感”表面。该公司表示,这些柔软触感化合物具有优异的防滑性能,摩擦系数大大增加。该复合材料的应用重点将放在扶手、泳池边甲板、楼梯、坡道和其他需要改善抓地力和手感的柔软表面上。它们可以配备或不配备稳定的套件。

StruktolTPW720是一种丙烯酸耐候强化树脂的添加剂,可以根据客户的具体要求进一步修改丙烯酸耐候强化树脂的性能,如光泽度和耐划伤性。陶氏公司开发了AmplifySiSiliconeEnhancedPolymerSystems(SEPS),这是一种提高产品性能的硅-聚乙烯混合技术。这款产品专为木塑复合材料铺装而设计,是陶氏化学公司预计在其新的SEPS平台下推出的一系列产品中的首批产品之一,据说是为了满足木塑复合材料行业对创新和可持续替代品的需求。

陶氏消费者解决方案公司业务总裁MauroGregorio表示:“陶氏的AmplifySiPE1000使制造商能够在木材复合材料制造过程中作出更经济的选择,比如各种回收塑料和更高水平的填料。通过将这种产品与木塑复合板结合,制造商可以更容易地为可回收塑料带来新的生命,对可持续发展和产品再利用做出巨大贡献。AmplifySiPE1000还降低了与制造过程相关的能源成本和碳足迹。”

据陶氏化学表示,AmplifySiPE1000可实现更高的生产量、更低的熔体温度和更少的热降解,制造商还可以期望看到更高的生产率、更低的废品率以及木塑复合板的拉伸强度和挠曲强度的整体改善。除装饰外,AmplifySiSEPS还可用于码头、栏杆、墙包层、壁板、围墙、窗户型材、汽车和许多其他应用。

Gregorio说:“这一新的产品系列推动了许多行业的可持续性和创新,为我们的客户提供了独特的价值主张,并有助于促进向循环经济的过渡。”

除了具有机械性能和耐久性之外,WPCs在室内和公共建筑中经常需要有效的防火保护。Budenheim公司开发了一种新型环保木塑复合材料阻燃剂——Budit620。它被描述为一种无卤阻燃系统,专门为天然纤维增强塑料设计,据称在防火性能方面能够满足较高的要求。

毕克助剂BYK已经开发了用于木材塑料复合材料的Scona改性剂,以加强木材纤维在热塑性基体中的物理结合。据说,它可以达到更高的负载水平,同时保持良好的机械性能和抗冲击要求的应用,包括甲板和室外面板。

Americhem最近与一家木塑复合围栏生产商合作,由于产品退化导致产品的颜色过度褪色,该公司正努力在深色空间中获得良好的耐候性能。Americhem表示,它将客户的配方从一种混合物改为100%的AmerichemeCap技术,其颜色与他们目前销售的产品相匹配。它使用了nGrain模拟木纹和eCap高性能预着色丙烯酸耐候强化树脂化合物,可用于雪松、绿色、黑色、棕色和红木饰面。Americhem表示,这一转变使围栏生产商增加了销量,使其产品具有更好的耐候性,并为其产品线增添了更多的色彩。

产品创新

木塑制品的生产商也在推出自己的创新产品。总部位于美国的MoistureShield去年推出了其DiamondDefense全聚合物系列产品。该公司表示,DiamondDefense能够抵抗刮痕、污渍和褪色造成的损坏,从而使室内硬木具有室外环境所需的强度。视觉线具有多样化的外观和不同的色选择,包括烟灰、西班牙皮革、砂岩、大教堂石头和摩卡奇诺。有些产品现在还提供了CoolDeck技术选项,与传统的封顶复合板相比,CoolDeck技术可最大限度地减少35%的热吸收,以获得更舒适的甲板。

英国生产商NeoTimber在其生产线上增加了带密封的空心板材。该公司的Advanced系列产品被描述为第二代复合材料,其基础是Essential空心产品,该产品将复合材料芯包裹在高度耐用的四面聚合物封盖中。四面密封可以提供全方位的保护和耐候性,但也意味着该板材是可逆的,在表面一侧上具有地道的压花木纹,在板了另一侧上则带有沟槽。

据说,这种先进板材与市场上其他产品的不同之处在于它采用了空心管设计,而且芯部收缩率较低,与其他制造商的高达80%相比减少了40%。NeoTimber市场总监托比&#8226;艾伦(TobyAllen)表示:“我们在中空系列(theEssential)上取得了巨大成功,我们非常希望将这种设计理念复制到我们的封顶装饰系列中。”

“我们相信,通过仅移除板内的一小部分材料,并以循环增量的方式进行操作,该板仍然比市场上的其他板坚固得多。这是一个完美的折衷方案:提供一个负担得起的选择,同时又要足够结实,能够应付家庭生活的日常压力。”

追踪木塑装饰的趋势

美国的Trex公司称,如今人们对户外生活空间的渴望从未像现在这样强烈,户外活动的吸引力似乎越来越强,房主们在户外空间上投入了更多的时间和金钱。

该公司确定了几个正在影响北美户外生活的市场趋势,包括:

◆混合材料——将木塑材料与混凝土、柳条、铝、铜和石头等传统材料一起使用,能够创造出更多的视觉趣味。

◆工业灵感——木塑材料支持向时尚的当代设计加速转变,包括大面积的玻璃、光滑的表面和干净的线条。

◆户外用餐——在户外就餐和烹饪的愿望为木塑材料创造娱乐空间带来了新的机遇。

◆个人隐私——木塑材料允许使用简单的窗帘,从而最大限度地保护隐私。

◆花园储藏空间——提高或升高的木塑材料板可以提供一个额外的空间存储花园设备。

Trex系列的最新产品是TrexCladding,据称提供了一种免维护、耐褪色和耐染色的硬木铺板替代品。该系列产品在公司的方形边缘Transcend层板基础上开发而来,并创造了一个开放的联合立面。Transcend板由95%的回收塑料和回收的木材废料制成。


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