隨著木塑復合材料產(chǎn)品在室外領域得到廣泛應用,例如作為椅凳、欄桿、棧道板、園林水岸設與建筑模板等,不可避免地受到溫度、空氣、濕度、紫外線(UV)影響,導致材料光老化,從而出褪色、開裂、物化性質(zhì)改變、結構力學性能降低等象,減少了材料的使用壽命,嚴重影響了塑木的推廣應用,因此研究木塑復合材料的紫外老化機制與防護措施十分重要。在此介紹木塑復合材料的紫外老化性能,包括微觀結構、表觀顏色、力學性能3個方面的研究現(xiàn)狀,并結合國內(nèi)外學者已發(fā)表研究成果總結了改善木塑復合材料老化性能的方法,包括成型工藝、木粉預處理、添加化學助劑等。通過系統(tǒng)梳理,總結現(xiàn)階段木塑復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合材料的研究發(fā)展重點趨勢與應用領域,期望促進木塑復合材料在我國科研、設計、生產(chǎn)中的應用與發(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,內(nèi)部出現(xiàn)分子鍵斷裂現(xiàn)象,引起化學組成及結構變化,導致塑木的物化性能和力學性能發(fā)生相應改變。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、力學性能變化等展開了大量的研究。目前,研究趨勢中木塑復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性研究較少。缺乏對塑木老化行為及壽命預測相關方面的理論研究?？梢酝ㄟ^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)學模型或者推導剩余強度公式等方式對木塑復合材料進行耐久性評價分級。木塑復合材料被引入國內(nèi)僅20多年,相比混凝土和鋼結構等傳統(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、工藝技術水平等,是當下木塑建材行業(yè)需要探究、攻克的難題。木塑復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政策,并且可重復利用的生物質(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,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,以此提升精準度和質(zhì)量,節(jié)約人力,大幅提高生產(chǎn)效率。突破當前使用的設備大部分還是木材或塑料的通用生產(chǎn)設備的限制,改進或研發(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)代高新技術結合,以此改善木塑材料耐老化性能差等缺點,如研究開發(fā)出新型核殼型結構,從而降低其光氧化降解速度,提高使用壽命。

摘選自《木塑復合材料紫外耐老化性能研究進展》陳　航等