孫慶輝

(廣東理工學(xué)院建設(shè)學(xué)院，廣東 肇慶 526000)

1 發(fā)展木塑復(fù)合材料的意義

受工業(yè)快速發(fā)展的影響，我國甚至全球都面臨環(huán)境污染和能源短缺問題，此問題的出現(xiàn)也更加引起了全球人們的關(guān)注[1]。造成此情況的出現(xiàn)主要是森林資源的嚴(yán)重砍伐造成日漸枯竭，頻頻出現(xiàn)自然災(zāi)害，如沙塵暴頻發(fā)、泥石流山體滑坡現(xiàn)象等。為此，必須保護(hù)生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)持“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略。對木材的使用提出了兩個要求:1)采伐方面：尋找合適的木材替代品，降低木材采伐量；2)利用率方面：木材在加工成產(chǎn)品時25%～30%邊角料都成了“廢棄物”，如何把這些“廢棄物”再利用，提高木材利用率是值得思考的問題[2]。

在這種形式下，木塑復(fù)合材料產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，它的代木作用對節(jié)省木材資源起到了不容忽視的作用，在現(xiàn)代景觀設(shè)計中廣泛應(yīng)用。木塑料復(fù)合材料這種新產(chǎn)品充分體現(xiàn)了可再生資源高效利用和循環(huán)利用，它的出現(xiàn)緩解當(dāng)下木材資源短缺問題、廢物循環(huán)利用困難問題、環(huán)境污染嚴(yán)重問題等，具有十分重要的意義。

木塑復(fù)合材料是一種利用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等熱塑性塑料與木屑、稻殼、秸稈等資源豐富的天然植物纖維材料通過一定工藝制成的一類新型復(fù)合材料。從生物質(zhì)資源利用的角度來看，開發(fā)木塑復(fù)合材料顯得尤為重要。生物質(zhì)的利用主要有兩種方式，即生態(tài)環(huán)境材料(生物質(zhì)材料)和可再生能源(生物質(zhì)能源)。將木材及其加工殘?jiān)?、秸稈等生物質(zhì)材料與熱塑性塑料、橡膠、合成纖維及其廢棄物等高分子材料復(fù)合，制備高性能的木塑復(fù)合材料，是高效利用生物質(zhì)資源的有效途徑。由生物質(zhì)纖維或粉末制成的木塑料復(fù)合材料產(chǎn)品可在棄置后循環(huán)再用。對于經(jīng)多次循環(huán)再造后降解嚴(yán)重的木塑料復(fù)合材料物料，可用作燃料或裂解原料以生產(chǎn)能源?？梢?，生物質(zhì)→木塑料復(fù)合材料(循環(huán)利用)→生物質(zhì)能，這種生物質(zhì)資源利用模式是一種集約型、長產(chǎn)業(yè)鏈、高附加值、高效率的利用模式，完全符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會的要求[3]。

2 木塑復(fù)合材料的主要類別

木塑料復(fù)合材料的生產(chǎn)加工技術(shù)多樣，如擠出成型技術(shù)、熱壓成型技術(shù)、模壓制作技術(shù)。

多種原料和多種加工工藝的搭配與調(diào)整，使最后的成品也有著諸多變化和種類[4]。

2.1 以塑料原料劃分的木塑復(fù)合材料

在制作木塑復(fù)合材料中需要使用一些熱塑性塑料作為原料，生產(chǎn)中常用的塑料是原生或回收的聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)等，將不同類型的塑料基與生物質(zhì)纖維植物(木粉、秸稈、麻等)相結(jié)合，并進(jìn)行加工處理，便可獲得不同類型的木塑復(fù)合材料。

目前，大部分現(xiàn)代園林景觀中的建筑部件、雕塑、鋪板等使用的木塑復(fù)合材料都是利用回收或新制的PVC，PP作為原料較多，據(jù)統(tǒng)計2010年—2020年與2002年相比，木/PVC的需求量增加了200%，木/PP復(fù)合材料需求量增加了130%，木/PE的需求量增加了40%。

2.2 以纖維原料劃分的木塑復(fù)合材料

目前木塑復(fù)合材料所使用的纖維原料基本都是生物質(zhì)纖維，與礦物纖維相比，生物質(zhì)纖維原料具有來源廣、價格低、重復(fù)加工、天然再生、可生物降解、密度低、長徑比大、比表面積大等特點(diǎn)。此外，生物質(zhì)纖維作為熱塑性塑料的增強(qiáng)材料也表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能，例如：比強(qiáng)度高、硬度低、對加工設(shè)備磨損小等優(yōu)點(diǎn)。

1)木材纖維增強(qiáng)木塑復(fù)合材料：木纖維原料來源于天然的木材，木材在加工產(chǎn)品后剩余物都可再次加工出相應(yīng)長短不同的木纖維甚至還可以直接使用，例如，細(xì)顆粒、鋸末、鋸屑、砂光粉[5]。但不同樹種的木材纖維對復(fù)合材料的強(qiáng)度有很大的影響，并且它們的形態(tài)、大小、對復(fù)合材料的強(qiáng)度均有影響，要求細(xì)長木材纖維占大多數(shù)，通常采用云杉、冷杉、松木等針葉樹材為主，也可少量混用闊葉樹材。

2)非木材植物纖維增強(qiáng)木塑復(fù)合材料：非木材纖維植物原料是指除木材以外的能夠提供纖維的植物材料。它們主要包括草莖類、禾本科類和竹材類。使用非木材纖維植物生產(chǎn)木塑復(fù)合材料在技術(shù)上是可行的。常用非木材纖維植物原料包括麥秸、稻草、稻殼等。非木質(zhì)纖維植物多為一年生植物，具有產(chǎn)量高、種植面積大、易收集、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。非木材植物纖維作為生產(chǎn)原料也有著以下問題需要注意：a.非木材植物纖維原料多指農(nóng)作物秸稈類材料，由于質(zhì)地疏松，因而堆積體積較大，儲存相對不方便；b.非木材植物纖維原料的纖維形態(tài)、化學(xué)組成雖和木材基本相似，但幾種元素還是要高于木材，如含糖量、低分子量的碳水化合物，可能對產(chǎn)品的性能有一定的影響，這就需要通過針對性的配方來彌補(bǔ)這些不足之處；c.纖維中灰分含量問題，非木材植物纖維的灰分含量遠(yuǎn)高于木材，個別秸稈纖維甚至高達(dá)19%，灰分中的SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))又多在60%以上，導(dǎo)致纖維間的膠結(jié)性降低，需要通過對非木材植物纖維原料改性處理。

總之，非木纖維植物原料用于木塑復(fù)合材料生產(chǎn)時，應(yīng)根據(jù)原料的特點(diǎn)，從生產(chǎn)工藝、偶聯(lián)劑的選擇、設(shè)備等方面采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

3 木塑復(fù)合材料的性能

木塑復(fù)合材料的性能取決于構(gòu)成材料自身的性能、組分之間的相互作用情況、產(chǎn)品設(shè)計形式以及使用環(huán)境。為了改善木塑復(fù)合材料的性能，科學(xué)家和制造商一直在努力改進(jìn)更新生產(chǎn)技術(shù)和制造工藝。例如在技術(shù)方面，微孔發(fā)泡技術(shù)，這種技術(shù)使得材料的韌性更大、使用壽命更長，并且熱穩(wěn)定性更好；在設(shè)計形式方面，利用新型的共擠出工藝，在產(chǎn)品表面制作保護(hù)膜，這樣可以提高耐潮濕和抗菌性。此外，還可以通過添加試劑來增強(qiáng)木塑復(fù)合材料性能。

3.1 一般物理力學(xué)性能

木塑復(fù)合材料與木材(實(shí)木)相比：木塑復(fù)合材料其剛性基本都小于木材。因目前木塑復(fù)合材料產(chǎn)品生產(chǎn)中常用的熱塑性塑料為PE,PP,PS,PVC，不同的塑料基賦予材料性能也會有一定的差異。所以木塑復(fù)合材料的剛性取決于采用塑料基種類[6-7]。

表1列舉了園林景觀設(shè)計中常用的木材和幾種木塑復(fù)合材料力學(xué)性能的對比。從抗彎曲強(qiáng)度、彈性模量、密度和吸水率四方面進(jìn)行比較，木塑復(fù)合材料無論是抗彎曲強(qiáng)度還是彈性模量都低于天然木材，但是，吸水率很小，這可以減少真菌因吸水而引起的生長、厚度膨脹和收縮等使用問題。與天然木材相比，木塑復(fù)合材料通常具有更好的尺寸穩(wěn)定性和抗真菌腐蝕性[8]。所以，木塑復(fù)合材料的物理性能要優(yōu)越于木材。在三種木塑復(fù)合材料中PVC/WF彈性模量相對較高，達(dá)到45.45 MPa，彈性模量5.2 GPa和天然木材相差不大。

表1 木塑復(fù)合材料與天然木材(實(shí)木)板物理力學(xué)性能的對比

3.2 耐老化性能

材料的老化過程主要有氣候老化、熱老化、生物降解。

1)氣候老化方面：氣候因素主要包括溫度、水、大氣污染等。木塑復(fù)合材料因利用新型的共擠出工藝，空氣中的水分、溫度變化很難對木塑復(fù)合材料造成破壞，原因在于產(chǎn)品表面制作了一層保護(hù)膜，保護(hù)膜可以提高耐潮濕和抗菌性，使得木塑復(fù)合材料具有較好的耐老化性能。

2)熱老化方面：在園林景觀設(shè)計中，各種材料常年暴露在陽光下，紫外線對各種材料的使用壽命影響非常大。暴露于紫外線下的任何材料表面都會發(fā)生變化，即產(chǎn)生光降解，導(dǎo)致表面變色出現(xiàn)老化。木塑復(fù)合材料因在生產(chǎn)過程中考慮到光降解導(dǎo)致材料老化速率加快，故通過添加紫外線吸收劑(著色劑)，有效地起到固色作用。通過實(shí)驗(yàn)測試分析，添加試劑木塑復(fù)合材料試件老化1 500 h后其光反射強(qiáng)度基本沒有任何變化，起到抗老化性能。

3)生物降解方面：傳統(tǒng)的園林景觀木質(zhì)材料都是通過壓縮或浸漬處理解決生物降解問題，不過隨著時間的推移，防腐劑的失效率慢慢降低，甚至還會對周圍環(huán)境造成污染，最終出現(xiàn)降解。因此木塑復(fù)合材料被認(rèn)為是一種理想的替代產(chǎn)品。木塑復(fù)合材料中的塑料和木材成分按一定比例混合。由于木塑復(fù)合材料是連續(xù)的塑料相，木材顆?？梢员缓芎玫胤忾]起來，沒有水分或真菌。塑料基質(zhì)的拒水性及其固有的高抗腐蝕性能提供足夠的抗生物降解性。隨著技術(shù)的進(jìn)步，木塑復(fù)合材料防止生物降解的手段也有了更好的處理方法。在制作過程中加入防腐化學(xué)劑。通過對比綜合性能較好的Borogard ZB防腐劑，在抗生物降解等方面其表現(xiàn)最好。通過相應(yīng)實(shí)驗(yàn)測試分析，將其應(yīng)用于50%～70%木含量的PE/WF復(fù)合材料鋪板，質(zhì)量損失從10%～20%降到1.1%，添加防腐的PE/WF復(fù)合材料鋪板表面沒有出現(xiàn)木纖維被真菌腐朽后留下的空洞。

3.3 其他性能

隨著木塑復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，人們越來越需要全面了解它的多方面性能，如蠕變、流變性、防火性等，以改進(jìn)制造工藝、滿足不同使用場合的要求。

4 木塑復(fù)合材料在園林景觀中的應(yīng)用

近年來，木塑復(fù)合材料進(jìn)入新的市場，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，越來越多地在各個領(lǐng)域取代其他傳統(tǒng)材料。由此可見，木塑復(fù)合材料開始深入到建筑行業(yè)，家居裝飾行業(yè)、園林景觀行業(yè)等，在園林景觀行業(yè)尤為興盛。在園林景觀設(shè)計中，木塑復(fù)合材料產(chǎn)品主要運(yùn)用到地面鋪裝、雕塑小品、景觀設(shè)施、景觀建筑等地方。

4.1 景觀棧道鋪板設(shè)計應(yīng)用

木塑復(fù)合材料鋪板在現(xiàn)代園林景觀設(shè)計中廣泛應(yīng)用，如景觀棧道鋪裝、庭院鋪裝、濕地公園觀景平臺、立面景墻等，尤其是景觀棧道近些年廣泛應(yīng)用。這種木塑復(fù)合鋪板之所以在現(xiàn)代園林景觀棧道中占有一席之地，是因?yàn)檫@種復(fù)合鋪板常年暴露在戶外，受紫外線、潮濕等自然環(huán)境因素影響，不容易出現(xiàn)變形、開裂、霉變、蛀蝕、褪色等問題，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，并且還具有天然木材的親和性，給整個場地增添趣味。

以廣東理工學(xué)院校園中硯湖園景觀棧道中的應(yīng)用為例，該地區(qū)坐落于肇慶市，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量約1 650 mm，尤其是在悶熱潮濕的夏季，實(shí)木鋪板在這種環(huán)境中常年受環(huán)境影響容易出現(xiàn)霉變腐爛、蟲蛀等現(xiàn)象。而木塑復(fù)合材料鋪板有獨(dú)特的抗老化優(yōu)勢，此復(fù)合材料的應(yīng)用不僅為校園護(hù)工后期維護(hù)提供了便利，更為校園增添了一條美麗的綢帶。

木塑復(fù)合材料鋪板的形式多樣，從產(chǎn)品的形態(tài)來看，有實(shí)心型、空心型，本案選材采用實(shí)心型鋪板，實(shí)心型鋪板強(qiáng)度高，在自然環(huán)境的影響下，抗老化性能更好，比較適合運(yùn)用到棧道的地面鋪裝。并且板材表面加工出逼真的木材紋理和材色，使人感到溫暖、親近感(見圖1)。

4.2 護(hù)欄設(shè)計應(yīng)用

在園林景觀設(shè)計中護(hù)欄的設(shè)計也是非常重要的一個環(huán)節(jié)，目前護(hù)欄設(shè)計所用的材料有石材、防腐木、金屬、玻璃等，護(hù)欄形式多種多樣，復(fù)雜形式的護(hù)欄利用以上幾種材料在加工時可能會出現(xiàn)工序多、效果不好、成本高等問題。而木塑復(fù)合材料加工工藝豐富，復(fù)雜的造型也可以通過模具一次成型，硬度非常高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，深受園林景觀行業(yè)喜歡。木塑料復(fù)合材料護(hù)欄產(chǎn)品可定制多種顏色，更加人性化。

木塑復(fù)合材料護(hù)欄的款式也非常豐富，應(yīng)用場所的不同，選擇的型材規(guī)格搭配也不盡相同。例如：在河道附近，對安全要求比較嚴(yán)苛，建議采用大一些的立柱搭和橫梁型材搭配，讓塑木護(hù)欄的整體強(qiáng)度更大。120×120塑木立柱搭配90×90塑木橫梁和46×76塑木方通；柱頂?shù)降匕迤矫嬉陨?.2 m，下橫梁離地面平面往上0.1 m～0.15 m為宜，上橫梁高度在地板平面往上0.9 m～1.1 m為宜。塑木護(hù)欄的強(qiáng)度全部依靠立柱的穩(wěn)固度，較大的立柱型材可以讓塑木護(hù)欄安全性提升一個檔次，同時靚麗的紅木色搭配草木水景完美融合(見圖2)。

4.3 景觀設(shè)施設(shè)計應(yīng)用

花箱在園林景觀設(shè)計中是一項(xiàng)不可或缺的一點(diǎn)，起到畫龍點(diǎn)睛的作用，早期的花箱大多是用木材所制作，經(jīng)不住紫外線和風(fēng)雨的洗禮，日久天長就出現(xiàn)老化腐朽現(xiàn)象。為了滿足道路景觀需求，可選用木塑復(fù)合材料花箱，這種材料具有一定的抗老化能力，不容易出現(xiàn)腐朽、霉變、開裂現(xiàn)象，減輕了園林維護(hù)工人的工作壓力。另外木塑復(fù)合材料花箱還能有效的防止蟲蟻的破壞，在公園很多孩子容易被美麗的花朵吸引，會離花箱很近，普通木材花箱時間久了出現(xiàn)發(fā)霉，里面會出現(xiàn)蟲蟻，很不衛(wèi)生，而木塑復(fù)合材料花箱有效的防止這一缺陷(如圖3所示)。

5 結(jié)語

木塑復(fù)合材料作為園林景觀設(shè)計中使用的一種新型材料，其兼具木材和塑料雙重特性，具有抗老化性、綠色環(huán)保、施工方便等性能，廣泛的應(yīng)用于園林景觀設(shè)計中。木塑復(fù)合材料的廣泛使用不僅解決了森林資源的短缺問題，還能打造優(yōu)美、愜意、和諧的人居環(huán)境。總而言之，木塑復(fù)合材料具備很強(qiáng)的實(shí)用性和宜人性。但是，木塑復(fù)合材料在園林景觀應(yīng)用中還存在不夠完善的地方，例如PVC/WF復(fù)合材料、PE/WF復(fù)合材料、PP/WF復(fù)合材料選擇使用場所不當(dāng)、對這些材料后期維護(hù)方式不當(dāng)?shù)?。期望能夠?qū)崿F(xiàn)木塑料復(fù)合材料在園林景觀設(shè)計中合理的有效運(yùn)用，充分發(fā)揮其材料多方面的優(yōu)勢，創(chuàng)造一個美麗的景觀生活環(huán)境。