隨著木塑復(fù)合材料產(chǎn)品在室外領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,例如作為椅凳、欄桿、棧道板、園林水岸設(shè)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(dǎo)致材料光老化,從而出褪色、開裂、物化性質(zhì)改變、結(jié)構(gòu)力學(xué)性能降低等象,減少了材料的使用壽命,嚴(yán)重影響了塑木的推廣應(yīng)用,因此研究木塑復(fù)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(fù)合材料的紫外老化性能,包括微觀結(jié)構(gòu)、表觀顏色、力學(xué)性能3個方面的研究現(xiàn)狀,并結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者已發(fā)表研究成果總結(jié)了改善木塑復(fù)合材料老化性能的方法,包括成型工藝、木粉預(yù)處理、添加化學(xué)助劑等。通過系統(tǒng)梳理,總結(jié)現(xiàn)階段木塑復(fù)合材料紫外老化性能研究與發(fā)展中存在的問題,展望未來高性能木復(fù)合材料的研究發(fā)展重點趨勢與應(yīng)用領(lǐng)域,期望促進(jìn)木塑復(fù)合材料在我國科研、設(shè)計、生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展。
塑木在自然環(huán)境中的空氣、溫度、濕度、紫外線等作用下不斷發(fā)生熱氧老化和光氧老化反應(yīng),內(nèi)部出現(xiàn)分子鍵斷裂現(xiàn)象,引起化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)變化,導(dǎo)致塑木的物化性能和力學(xué)性能發(fā)生相應(yīng)改變。近年來,研究者們?yōu)樘矫魉苣咀贤饫匣?對其老化后微觀形貌、色差變化、力學(xué)性能變化等展開了大量的研究。目前,研究趨勢中木塑復(fù)合材料的紫外老化研究與發(fā)展還存在著以下問題亟待解決。塑木老化機制及規(guī)律仍尚未形成統(tǒng)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(fù)雜,不是簡單的效果疊加,目前國內(nèi)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(yīng)用環(huán)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(jié)、地域等多重因素均會對老化產(chǎn)生影響,而大部分研究者對塑木老化研究僅側(cè)重于單一老化環(huán)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(guān)性研究較少。缺乏對塑木老化行為及壽命預(yù)測相關(guān)方面的理論研究。可以通過建立不同外界環(huán)境、外部條件、材料成分等參數(shù)與塑木老化行為之間的動態(tài)數(shù)學(xué)模型或者推導(dǎo)剩余強度公式等方式對木塑復(fù)合材料進(jìn)行耐久性評價分級。木塑復(fù)合材料被引入國內(nèi)僅20多年,相比混凝土和鋼結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)材料的研究發(fā)展時間較短,目前生產(chǎn)成本仍然較高,導(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)規(guī)模、工藝技術(shù)水平等,是當(dāng)下木塑建材行業(yè)需要探究、攻克的難題。木塑復(fù)合材料作為一種貼合國家環(huán)境保護、合理利用自然資源相關(guān)政策,并且可重復(fù)利用的生物質(zhì)材料,正處于高速發(fā)展階段,未來發(fā)展大有可為。針對現(xiàn)階段木塑復(fù)合材料顏色穩(wěn)定性差,耐老化性能較弱,生產(chǎn)成本高等問題,科研人員正以高性能塑木為目標(biāo),致力于發(fā)展更高強度,更加優(yōu)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(chǎn)環(huán)節(jié),提高工業(yè)化程度,結(jié)合人工智能等方式,實現(xiàn)從原料存儲、混合攪拌、造粒到共擠成型全生產(chǎn)工序自動化,以此提升精準(zhǔn)度和質(zhì)量,節(jié)約人力,大幅提高生產(chǎn)效率。突破當(dāng)前使用的設(shè)備大部分還是木材或塑料的通用生產(chǎn)設(shè)備的限制,改進(jìn)或研發(fā)出為生產(chǎn)木塑所定制的大產(chǎn)量、高效率造粒機等設(shè)備,提高產(chǎn)業(yè)規(guī)模,降低生產(chǎn)成本。可與納米生物等現(xiàn)代高新技術(shù)結(jié)合,以此改善木塑材料耐老化性能差等缺點,如研究開發(fā)出新型核殼型結(jié)構(gòu),從而降低其光氧化降解速度,提高使用壽命。
摘選自《木塑復(fù)合材料紫外耐老化性能研究進(jìn)展》陳 航等
