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塑木材料耐老化研究趋势

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-08-21   浏览次数:441
核心提示:随着塑木复合材料产品在室外领域得到广泛应用,例如作为椅凳、栏杆、栈道板、园林水岸设施与建筑模板等

随着塑木复合材料产品在室外领域得到广泛应用,例如作为椅凳、栏杆、栈道板、园林水岸设施与建筑模板等,不可避免地受到温度、空气、湿度、紫外线(UV) 影响,导致材料光老化,从而出现褪色、开裂、物化性质改变、结构力学性能降低等现象,减少了材料的使用寿命,严重影响了WPCs的推广应用,因此研究塑木复合材料的紫外老化机制与防护措施十分重要。通过对塑木复合材料的紫外老化性能,包括微观结构、表观颜色、力学性能3个方面的研究现状,并结合国内外学者已发表研究成果总结了改善塑木复合材料老化性能的方法,包括成型工艺、木粉预处理、添加化学助剂等。

通过系统梳理总结现阶段塑木复合材料紫外老化性能研究与发展中存在的问题,展望未来高性能塑木复合材料的研究发展重点趋势与应用领域,期望促进塑木复合材料在我国科研、设计、生产中的应用与发展。

1)WPCs中包含的木质素等植物纤维质量占比、具体结构、化学成分的光老化降解是造成 WPCs表观褪色的主要原因。
2)材料老化后微观结构劣化与力学性能的降低原因与机制较为复杂,与内部聚合物基体分子链断裂、基团脱落、外界环境水分的侵入作用以及温度变化等紧密联系。
3)木粉化学改性预处理、添加适宜的植物纤维含量、改变塑料基种类、改善成型方式以及添加受阻胺类光稳定剂和紫外吸收剂等能够有效改善WPCs的耐老化性能,其中添加耐老化助剂成本低且效果显著,被广泛研究应用。
近些年,国内科研人员提出一种新型核 壳结构WPCs,这种无机纳米级材料与传统耐老化助剂相比,不仅具有来源广泛、价格低廉的优点,而且能够改善核壳WPCs的耐紫外老化性能,降低其光氧化降解速度,且在一定范围内,随着添加量的增大,效果愈发显著。
目前,研究趋势中塑木复合材料的紫外老化研究与发展还存在着以下问题亟待解决。WPCs 老化机制及规律仍尚未形成统一理论,WPCs中的木材等植物纤维与树脂聚合物的光降解老化相互影响、相互作用,较为复杂,不是简单的效果叠加,目前国内外文章中针对此方面的研究涉及较少,因此有待更深入地探索与研究。在实际应用环境中,温度和湿度的变化,热氧老化与光氧老化的共同作用以及季节、地域等多重因素均会对老化产生影响, 而大部分研 究者对WPCs 老化研究仅侧重于单一老化环境下,缺乏多因素综合性试验,针对人工加速老化与户外老化试验之间相关性研究较少。
缺乏对WPCs老化行为及寿命预测相关方面的理论研究。可以通过建立不同外界环境、外部条件、材料成分等参数与WPCs老化行为之间的动态数学模型或者推导剩余强度公式等方式对塑木复合材料进行耐久性评价分级。塑木复合材料被引入国内仅20多年,相比混凝土和钢结构等传统材料的研究发展时间较短,目前生产成本仍然较高,导致其市场价格普遍高于纯木材料。因此,如何降低成本,提高生产效率,例如大量使用秸秆、稻壳、废弃塑料等可回收物且能够保证制品的耐老化性等综合性能,提高生产规模、工艺技术水平等,是当下塑木建材行业需要探究、攻克的难题。
塑木复合材料作为一种贴合国家环境保护、合理利用自然资源相关政策,并且可重复利用的生物质材料,正处于高速发展阶段,未来发展大有可为。 针对现阶段塑木复合材料颜色稳定性差,耐老化性能较弱,生产成本高等问题,科研人员正以高性能WPCs为目标,致力于发展更高强度,更加优异的基体相容性能,耐老化性能,更高回收利用率的塑木材料。
在制备生产环节,提高工业化程度,结合人工智能等方式,实现从原料存储、混合搅拌、造粒到共挤成型全生产工序自动化,以此提升精准度和质量,节约人力,大幅提高生产效率。
突破当前使用的设备大部分还是木材或塑料的通用生产设备的限制,改进或研发出为生产塑木所定制的大产量、高效率造粒机等设备,提高产业规模,降低生产成本。可与纳米生物等现代高新技术结合,以此改善塑木材料耐老化性能差等缺点,如研究开发出新型核壳型结构从而降低其光氧化降解速度,提高使用寿命。在加工过程中添加新型化学助剂,改善加工效率,满足材料在抗菌、隔音、隔热、保温、吸能缓冲等方面的性能要求。
随着国家再生资源与循环经济政策以及人民健康环保理念的驱动,相信高性能WPCs的应用领域将从建筑、装饰、仓储、包装等领域进一步扩大,成为科研开发与生产应用中一种常见的可持续复合材料。


 
 
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