木塑复合材料是将塑料与植物纤维以一定比例混合，应用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点，经高温高压后成型的一类基础性材料。其中，植物纤维可由木材的边角料或木屑、竹屑及农业剩余物，如植物秸秆、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、蔗糖渣等低附加值的物质加工制造，有效的缓解当今国内木材资源紧缺的现状。
1 木塑复合材料的特点
木塑复合材料是植物纤维与塑料的有机结合，兼顾了植物纤维和塑料两种材料的特性，扬长避短，有效的满足了相关领域的材料需求。该材料的主要特点：（1）材料力学强度提高，表面硬度和耐磨性能明显改善；（2）尺寸稳定性好，不裂纹、不翘曲，吸水性和吸湿性能明显降低；（3）耐热性能提高；（4）表面性状显著改善，无需涂饰，具有独特的光泽；（5）耐腐蚀性好，不怕虫蛀，不易吸湿变形。（6）耐候性好；（7）重复加工性能好, 可锯、可刨、粘结、用钉子或螺钉固定，并且容易维修；（8）可重复使用和回收利用, 也可生物降解，环境友好。总之，该材料可归结为原料资源化、产品可塑化、使用环保化、成本经济化和回收再生化五大特色，是一种资源节约型、环境友好型材料。
2 我国发展木塑复合材料的意义
“环保、防污染”成为21世纪的主题。森林作为地球生物圈的重要组成部分，具有重要的生态效益、经济效益和社会效益。但在过去的几十年中，人类对森林资源的不合理采伐和经营已经造成了全球森林资源的严重匮乏，生态环境的严重破坏。为了解决目前的环境境况，世界各国纷纷提出了各种措施来限制森林的采伐，致使森林工业中可利用的木材资源越来越少。中国是一个典型的少林国家，人均森林蓄积量大大低于世界人均水平。有资料表明：我国有森林面积1377亿公顷，森林蓄积量1013亿立方米，居世界第五位。但人均消费水平仅0.22立方米，与发达国家人均116立方米的消费水平差距相当大。从林业结构上看，我国成熟林生长量少，每年仅为11亿立方米(占森林生长量的26%)，真正能采伐的用材林生长量不足1亿立方米，而且小径材较多，占蓄积量的70%以上，品种单一。同时，由于地域广阔，森林资源存在分布不均的特点，给林产工业中原料的使用造成了严重的困难。木塑复合材料正是迎合国内的资源紧缺现状，满足了国内其他行业对人造板材的需求，具有广阔的发展潜力和市场前景。
近年来，环境污染受到前所未有的重视，特别是塑料的白色污染问题已越来越受到人民的关注。地球是一个生态循环系统，它属于地球上的所有生物，并非人类独享。地球生态环境的破坏必将危及到人类及地球上生物的生存。塑料与地球环境污染之间存在一定的关系。就塑料袋而言，它给人民的生活带来便利的同时，也给人类带来了最为头痛的白色污染。国家经贸委出台的《再生资源回收利用“十五”规划》中提到，在“九五”期间，我国累计回收利用废塑料1000多万吨，每年约有1400万吨的废纸及大量的废塑料没有回收利用。此外，我国每年生产建筑、装潢等木材废料在800万吨以上，林木采伐和木材加工产生的枝杈、碎片等废物在1000万吨以上，农村每年产生的秸秆约2亿吨、稻壳约3500万吨[2]。如能以经济合算的工艺将我国目前尚不能形成规模处理的废旧材料制成高附加值的木材复合材料，一方面可以使废旧塑料、废旧木材再利用，减少污染；二可以节省木材。所以，根据目前国内的现状，开发木塑复合材料具有重大的理论价值和现实意义。
3 木塑复合材料的分类
从木塑复合材料的基体与功能体结合方式考虑，可将其分为以下三类：
（1）实体木材—塑料复合材料；此类材料以基体与功能体之间或功能体在基体内部的化学合成反应为主要特征。
（2）木纤维（木粉）—塑料复合材料；此类材料以木质纤维材料为基体与高分子量塑料直接复合，其结合方式以两种材料表面（或界面）物理结合为主。
（3）木材—塑料合金复合材料。
2.1 实体木材—塑料复合材料
将实体木材或单板用一种聚合物的单体或预燃物浸注，然后再使其在木材中聚合。一般来说，这种聚合物不能进入木材的细胞壁，而是存在于细胞腔内。此种聚合材料比原有材料具有更高的强度、刚度、耐磨性及其它一些优良的物理性能。可制成地板、乐器、运动设备及装饰材料等。
2.2 木纤维（木粉）—塑料复合材料
此种材料的制造工艺是将木纤维或木粉与塑料充分混合，在混合过程中塑料熔化形成制品。当木材组分低于50%时，称为木质填料塑料；而木材组分高于60%时，则称为热塑性树脂增强型复合材料。该种复合材料的某些物理力学指标优于纯木材制品，可再成型为各种模压制品，在包装、家具、房屋建筑及汽车内饰件等领域具有广泛的应用前景。
2.3 木材—塑料合金复合材料
木材—塑料合金复合材料要求木材高分子与塑料的完全融合，具有类似于金属材料以及共混高分子材料所达到的那种状态。该种复合材料首先要对木材的化学组分进行改性，使其能溶于某些溶剂之中或与高分子塑料之间相互均匀分散。
3 国内外发展概况
3.1 国外发展概况
木塑复合材料于1907年问世，并于上世纪90年代在美国和加拿大兴起[1]，其主要原料为各类聚烯烃废弃塑料制品（如聚乙烯PE 、聚丙烯PP 、聚氯乙烯PVC等）和各类植物纤维废弃物（如木纤维、剑麻纤维、黄麻纤维等）。早在1907年LeoH Bend博士就利用热固性酚醛树脂与木粉复合制得了木塑复合材料[6]，1916年用作变速器的球形柄是该技术的第一个工业产品。但由于木粉和塑料之间的相容性差，所以该技术并没有得到推广。1963年，Bridgeford 发明了一种催化反应系统，改善了木材纤维和塑料之间的相容性。1965年在纽约举行的专题讨论会上，美国的耶尔发表了在单体中引入化学引发剂，用催化加热法制造木塑复合材料的论文[7]。1966年美国AMF公司 Bouling 分部建成了世界上第一条催化加热法生产木塑复合材料的生产线，浸渍单体为甲基丙烯酸甲酯，产品主要应用于制作台球杆。1968年，美国ARCO化学公司采用γ射线生产的木塑复合材料问世，用其制作镶木地板。同年，Meyer第一次将偶联剂引入到木材纤维和塑料的复合过程之中。偶联剂的出现使木材纤维和高聚物的界面特性得到了很大的改善，复合材料的物理和力学性能得到明显提高。1973年Sonnesson Plast AB 公司销售商品名为Sonwood的PVC/木粉复合材料。该材料是由木粉和PVC复合制成片状，然后挤塑成型。同期，意大利Bausano公司和ICMA San Giorgio公司开始从事木粉填充塑料配混料加工设备工作，并用异向锥型双螺杆机生产50%木粉和50%PP的热成型板材。1983年，美国Woodstock公司采用意大利技术生产汽车内衬件，最后成为福特汽车的内衬板材[8—9]。1990年初，Trex公司开始生产由50%左右木纤维与聚乙烯组成的实体WPC，制成铺盖板、林园风景用木、野餐桌、工厂地板等。1993年Anderson公司开始生产木粉增强PVC的法式门底槛。1996年几家美国公司开始用木材纤维与塑料混合生产颗粒型原料。1997 年，Doroudiani S 等成功将HDPE与牛皮纸浆、木粉进行混合，经过造粒，注射成样条[10]。近几年，奥地利维也纳的辛辛那提挤出公司生产出了的最新一代的Fiberex系列的锥形挤出成型挤出机，主要利用定型和真空技术，以水冷替代通常的气冷，使定型速度获得巨大增长。此外，日本EIN Engineering公司开发出了专门用于医院、诊所、候诊室、厕所等场所的抗菌木塑复合材料技术[11]。1991年在威斯康星州麦迪逊召开了有关木纤维—塑料复合材料的第一次国际会议。之后，隔年在北美和木塑复合材料市场有所增长的地方召开。该国际会议的目的是把塑料工业界和林产工业界的研究人员和行业代表集中到一起，共享WPC领域的思路和技术。
3.2 国内发展概况
在我国，20 世纪80 年代中期，福建林学院杨庆贤等开始对木粉和废旧塑料的复合进行了初步的探索研究[12]，这是我国在木塑复合材料研究方面迈出的第一步。随后，中国林科院木材工业研究所开始对木材纤维和PP纤维复合材料的研究。我国华东化工学院和上海木材应用技术研究所对塑料、合成塑脂与南方阔叶树材的复合进行了研究[13]，并取得成效。上海交通大学高分子材料研究所用马来酸酐接枝聚丙烯作为偶联剂应用于纸粉或纤维素填充的PP体系中，并对提高材料相容性的机理进行了分析[14]。四川大学的杨鸣波等人使用了一种含酯键的表面活性剂处理秸秆粉，制备秸秆/PVC木塑复合材料。廖兵等以氢氧化钠和丙烯腈接枝改性木纤维对PVC/木纤维复合材料的力学性能的影响进行了研究。中科院广州化学所的廖兵[15]等人采用化学改性方法，研究接枝上有机氰乙基后对PVC/木纤维复合材料力学性能的影响。华南热带农产品加工设计所刘惠伦等研究了剑麻短纤维和环氧化天然橡胶（ENR）/PVC共混比对剑麻短纤维补强，ENR/PVC复合材料性能的影响[16]。昆明理工大学的刘如燕[17]等研究了不同界面处理剂对废弃物复合材料性能的影响，并使用现代测试方法（红外光谱）对其进行初步探讨。北京化工研究院在木粉填充塑料挤出成型的工艺、配方、专用设备、制品模具设计等方面已取得了较大突破。北京工商大学、唐山塑料研究所、国防科技大学、广东工业大学等也在木粉改性填充塑料方面进行了研究开发。我国台北学者也同步开展了WPC 的研究，但他们对木粉和废弃塑料复合材料的研究较早，力图通过WPC来解决台北的废塑料问题。
在生产应用上，加拿大未来技术有限公司于1998 年将木塑复合技术全面在我国推出，在北京成立了技术开发中心，全面开展木塑复合材料的研发和生产。安徽蒙城县铝塑型材有限公司与蒙城县铝塑研究所合作，投建了国内首条木塑复合材料的大型生产线，且该项成果已申请了国家专利。无锡市南丰塑业有限公司研制成功的组合型木塑托盘通过了由中国包装协会组织的技术鉴定，并申请了国家专利。广东森林建材有限公司在充分吸收国外成功经验的基础上，经一年多的努力，成功研制出了以木粉为填充料的合成木型材（简称，森林），彻底打破了合成木材不够高档的定论，生产出来的制品已经达到了以假乱真的程度；其生产成本低于木制品，但在使用性能上却远超过木制品。北京化工大学在木塑复合材料——步法挤出成型生产技术上已形成相对完整的工艺生产路线[18]；此外，江苏、山东、浙江等地也有企业在对木塑复合材料的生产工艺及专用设备进行研究 [19]。
总之,木塑复合材料的发展方向是开拓更多的应用领域，发展轻质(发泡) 、高性能(结构用) 、高纤维含量产品，开发各种木塑复合材料加工技术(挤出、挤压、注射和模压等)，研制不同纤维与多种塑料的复合材料及可降解木塑复合材料。
4 木塑复合材料的应用前景
相关专家认为：未来木塑复合材料有着绝对的产品优势，优势来自于它能延长材料的使用寿命，使材料具有更佳的外观质量。加工天然木材在技术、工作量和成本上，都已达到了极限。但木塑复合材料是利用空心物体生产出更轻、更耐用、更美观的新型材料和产品。据美国Principia Partners 咨询公司研究预测，到2007 年世界木塑复合材料市场将超过14亿美元，且在2010年前将保持良好增长势态[20]。总之，木塑复合材料有其巨大的发展潜力和应用前景。
目前，木塑复合材料的应用以非结构材料居多，归结为以下几种：
（1）建筑材料：用作室内外各种铺板、建筑模板、防潮隔板、楼梯板、门窗、门、扶手、路板等。
（2）工业材料：用于不适合用金属构件以及要求耐腐朽、耐药性较强的场所。此外，还用于纺织梭、纺织木管、铁道枕木、木工刨床台面板、汽车的底板，以及仪表板和顶板等。
（3）家具、工艺用材：用于家具、镶嵌装饰板、装饰条、天花板、壁板、门拉手、器具把柄等。使用着色的WPC制作纸刀、钢笔、打火机部件等。
（4）文化体育用品：乐器材、音响柜厨、西式弓、枪托、高尔夫球棒等。
（5）园林方面：用作室外桌椅、庭院扶手及装饰板、露天铺地板、废物箱等。
（6）包装材料：如容器、包装板、货物托盘等。
随着生产技术水平的提高，木塑复合材料在结构材料中的应用将进一步增加，特别是作为建筑结构材料。此外，2005年国家发改委等部门联合下发的《关于组织实施资源综合利用关键技术国家重大产业技术开发专向的通知》，把废旧塑料再生加工和WPC列为重点开发内容。该政策也为我国WPC产业的发展提供了强有力的保障。专家预测，今后几年，中国WPC将会以年均30％～50％的速度增长，这无疑为广大塑料制品的加工企业，特别是塑料型材加工企业提供了难得的发展机遇。相关企业应结合自身实际，早做准备，以便在未来庞大的WPC市场中占有一席之地。
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[10] Doroudiani S , Kortschot M T. Annu Tech Conf ANTEC Conf Proc , 1997 , (2) : 2046
[11] 尹以高，钟圣兆，夏成林.塑木复合材料的研究与应用[J].合成材料老化与应用，2003（02）
[19] 雷湘军，孙振国.具有发展前途的木塑复合材料[J].国外塑料，2005（12）：32-35
作者简介：
徐伟涛，男，1979年生。北京林业大学木材科学与技术学科硕士研究生。
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