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辐射法制备木塑复合材料

  木塑复合材料WPC(wood-plastic composites)是一种主要由木材或者纤维素为基础材料与塑料(或多种塑料)制成的复合材料。聚合过程可采用化学法(触媒法)或辐射法。WPC分两种,一种是木纤维、木粉、刨花、锯末、植物纤维与热塑性塑料如PE、PP、PVC等混合,经过挤出成型或热压成型技术制成;另一种为用有机单体浸渍木材,再通过辐射或热聚合制成。

  美国木塑材料(WPC)辐射加工起源于上世纪60年代中叶,地板是主要产品。该产品以硬度高、耐磨而著称。1967年国际原子能机构在曼谷召开了大型国际会议,WPC被列为和平利用原子能研究项目,赫尔辛基召开了第二次有关WPC的国际会议。从1990年至2000年,在木塑复合材料领域,美国市场增长率都保持在10%以上,尤其是近5年增长特别快。2002年,北美和欧洲消费的木塑复合材料达到68万吨,并预计到2010年前将以14%和19%的速度增长,远远高于同期塑料工业的总体增长率。有预测称,到2011年,美国木塑需求达到54亿美元。目前,美国有两家大公司采用辐射法制备WPC产品。

  我国对WPC的研究始于20世纪50、60年代,1965年林业部在上海北京等地组织了有关WPC技术合作会议,既有化学法,也有辐射法。据不完全统计,截至2005年年底,中国直接从事木塑复合材料研究开发、生产的企事业单位已逾150家,从业人员数万人,生产能力大幅度提高,木塑制品年产量已接近10万吨,年产值可超过8亿元人民币。但目前我国工业化生产的主要是木纤维等与塑料混合后挤出或模压成型的WPC,辐射浸渍整块木板并未规模化生产。中国是一个森林资源比较匮乏的国家,森林覆盖率只有18.21%,与世纪25%的水平相差甚远。同时,我国是一个木材需求大国。今后随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高,木材的需求量将逐年增大。目前,国家发改委已将“木基复合材料的技术开发”归入《产业结构调整指导目录(2005)》的鼓励类项目。国务院办公厅也在2005年年底向国家发改委等十二个部门下发了《关于加快推进木材节约和代用工作的意见》,国家正通过政策引导、技术支持的方式,鼓励发展木材节约和代用,这对辐射法制备木塑材料WPC是一个很好的契机。

  辐射WPC性能显著提高,WPC力学强度比木材大,弯曲强度高4-5倍,硬度高4-6倍,抗压强度、抗剪切强度、耐磨强度也均有提高,美国一家公司以MMA为单体经γ射线辐照后制得的桌子,其桌面耐磨强度比大理石高5倍。辐射WPC具体性能优势如下:①尺寸稳定性好;②WPC的吸水性、吸湿性比木材大大降低,具有较好的尺寸稳定性;③可在单体中添加阻燃剂,聚合后制品具有阻燃性;④具有良好的表面光滑性和各种鲜艳色彩;⑤能保持木材固有的纹理;⑥具有较好的耐磨和耐候性;⑦具有良好的加工性能。

  辐射法制备WPC工艺如下:

  (1)流程:原木→毛坯→干燥处理→抽真空→浸渍→辐照→成品再加工。

  (2)整修工厂主要分成以下几个区:毛坯处理区、单体储存区、浸渍区、废液回收区、辐照区、成品储存加工区、控制区。①毛坯处理区:先将尺寸合适的毛坯表面处理,打磨除掉残渣;再在烘房内干燥处理,使木材的含水率控制在8%-10%,最后放在箱架中备用。主要设备:烘房、箱架和小推车。②单体储存区:地下单体储罐、染料储存设备、缓冲罐和传输管道。用于储存和传输单体。③浸渍区:首选将木材置于产品箱中,再将多个产品箱放入浸渍罐,接通气体和单体传输系统;然后将产品箱中的气体抽出,保持一定时间真空,真空度控制在设定值;通入单体,然后再通入氮气加压至设定值,保持一段时间;放掉多余单体;最后再充入氮气,将产品箱移出,通过悬挂链运到辐照区。主要设备:氮气钢瓶、耐压浸渍罐、产品箱、抽真空系统、单体传输系统。④废液回收区:浸渍过的单体应该统一回收,进行再处理,以便再次利用。⑤辐照区:一种是水下辐照,板源,在低剂量率下辐照,选取不同剂量率或者选取一定剂量率辐照,大约10小时;另一种为水淋辐照,采用十字型源。两种方式都要尽量除去辐照区的氧和臭氧。主要设备:钴源、轨道或悬挂链、防火花装置、排臭氧装置、水循环冷却装置。⑥成品储存加工区:辐照后的产品,置于储存区,进行表面处理及再加工。⑦控制区:自动化控制。

  经辐射法制成的木塑复合材料硬度高、耐磨性好、吸湿性小、抗腐蚀、尺寸稳定、加工后表面光滑,可保持木材的天然纹理和色泽,制成的产品使用时维护费用低,能够满足各种用途。

  辐射法制备木塑复合材料的生产技术可利用速生、易得的木材如桦木、杨木等低档木材经过辐射塑化处理来代替昂贵的优质木材,有助于解决优质木材缺乏的难题,这实质是核技术与林产业交叉融合发展起来的高技术产业,应用前景广泛,值得在我国进行大力推广和实现工业化生产。


  (北京三强核力辐射工程技术有限公司    李春松)

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