為了充分利用木質(zhì)纖維可再生、碳中性、低成本和來源豐富的優(yōu)勢，通過提高木質(zhì)纖維含量可達到降低WPCs生產(chǎn)成本的目的，從而提高其在市場上的競爭力以及環(huán)境友好性。市售擠出成型的WPCs中填充量可高達70wt.%，然而此類WPCs中依然含有高達30wt.%的熱塑性聚合物，不可避免會帶來剛性較弱、易蠕變和熱膨脹系數(shù)大等問題，嚴重制約了 WPCs在尺寸穩(wěn)定性要求較高的領域中應用，尤其WPCs作為戶外鋪板、墻板等建筑材料使用時，受長期載荷的影響發(fā)生蠕變及受溫度變化發(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象，這都嚴重影響了WPCs的在長期使用過程中的耐久性。在現(xiàn)有基礎上，繼續(xù)提高木質(zhì)纖維含量，則是一條有效的解決策略，高含量的木質(zhì)纖維不僅增強了消費者的視覺和觸覺感受，而且?guī)砹四静奈鼭窠馕龅忍匦裕瑢M一步拓寬木塑復合材料的應用具有重要意義。
WPCs的臨界木粉含量則取決于加工方式，注塑成型要求WPCs熔體具有高流動性，并且與擠出成型和熱壓成型相比需要更高的溫度與壓力，因而其木質(zhì)纖維含量往往不超過60wt.%，熱壓成型時不需要高流動性，文獻報道可實現(xiàn)超過84wt.%填充量的WPCs制備(利用各類熱固性膠黏劑制備的人造板不在討論之列)，然而熱壓過程中沒有單向流動，木質(zhì)纖維與聚合物基體表現(xiàn)出隨機取向，較差的混合塑化過程不可避免地導致均勻性較差和缺陷較多等問題，因而往往伴隨著較弱的力學性能和長期耐久性，并且其生產(chǎn)更是難以實現(xiàn)連續(xù)化。擠出成型則是目前WPCs產(chǎn)業(yè)最常用的加工方式，與其他方法相比，擠出成型生產(chǎn)效率高、可連續(xù)化生產(chǎn)、混煉均勻、塑化效果好，此外木質(zhì)纖維沿擠出方向具有一定的取向，在擠出方向可獲得更好的增強效果。然而進一步提高擠出成型WPCs的木質(zhì)纖維含量十分困難，這主要受限于高木質(zhì)纖維填充體系下的WPCs熔體粘度過高，使得WPCs熔體在擠出加工過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定流動甚至熔體破裂現(xiàn)象，并且有限的聚合物基體難以完全包覆木質(zhì)纖維，現(xiàn)有的常用工藝和設備較難連續(xù)且穩(wěn)定地制備高填充WPCs。此外，對高填充WPCs熔體的類固體流變行為認識十分有限，缺乏系統(tǒng)的流變理論，這也是限制高填充WPCs發(fā)展的重要原因之一。然而木質(zhì)纖維之間有通過離子鍵、氫鍵、范德華力以及物理纏結(jié)等相互作用結(jié)合在一起形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的潛力，因此，選擇合適的聚合物基體和添加劑并控制加工工藝，理論上可以進一步提高WPCs的填充量。
在改進配方工藝和成型模具等基礎上，采用擠出成型的方式成功制備了填充量為75-90wt.%的超高填充聚丙烯基木塑復合材料(UH-WPCs)，其5wt.%為滑石粉，木質(zhì)纖維分別選取了最具代表性的速生楊木和毛竹為原料。在實現(xiàn)UH-WPCs制備的基礎上，基于木質(zhì)纖維相比熱塑性聚合物更低的溫度敏感性，科研人員研究了填充量和兩種木質(zhì)纖維對UH-WPCs在不同使用溫度下的力學、蠕變及熱膨脹性能的影響，此外基于UH-WPCs中高木質(zhì)纖維含量對濕度和溫度的敏感性差異，研究了溫度、濕度和水分對其尺寸穩(wěn)定性及各向異性的影響。
(1)結(jié)論是， 隨著木質(zhì)纖維填充量的增加，超高填充木塑復合材料(UH-WPCs)的線性熱膨脹系數(shù)(LCTE)明顯降低，蠕變應變呈先下降后上升的趨勢，拉伸模量、彎曲模量隨填充量增加呈先上升后下降的趨勢，而拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度則是逐漸降低；
(2)UH-WPCs力學性能和蠕變表現(xiàn)出強烈的溫度依賴性，升高溫度力學強度和模量明顯降低，沖擊韌性提高，蠕變應變明顯增大；
(3) 溫度、濕度和含水率變化均會導致UH-WPCs尺寸變化，且呈現(xiàn)明顯的各向異性，其中濕度對UH-WPCs尺寸變化的影響遠大于溫度。
摘編自《超高填充聚丙烯基木塑復合材料高低溫性能》
