塑木復合材料兼具木質纖維和塑料的優(yōu)點,同時又克服了一些限制導致木材與塑料廣泛使用的缺點,如木材的易腐爛、易被蟲蛀、吸水脫水導致尺寸的變化以及塑料的高成本和易老化等。其次在外觀方面,不同于塑料給人的廉價感,塑木復合材料擁有可設計的木制外觀,可根據不同的使用情況進行改變;在物理性能方面,塑木復合材料有著優(yōu)秀的尺寸穩(wěn)定性,并可根據不同狀況設計適合的配方,使其擁有多種多樣的良好的物理性能;同時擁有熱塑性塑料的容易成型的特點,可以大批量低成本生產,擁有類似木材的二次加工性能。

與塑料老化機理不同,WPC老化機理中,外界因素除光、氧和熱對老化性能的影響,水依然起到了至關重要的作用。植物纖維固有的易吸水性會導致WPC性能降低:首先,它降低了纖維和基質之間的界面粘附。在淋雨階段,水會使植物纖維與PVC界面結合瓦解,從而減小界面粘合強度,導致植物纖維與PVC間發(fā)生低效應力轉移。植物纖維的親水行為導致難以獲得纖維/基質之間的良好粘附,這限制了塑木復合材料產品的廣泛應用。其次,水會促進并加速光降解的發(fā)生,并且纖維素吸水膨脹進而使界面產生微裂紋,聚合物基體中的微裂紋可以使水分和光線更容易滲入,導致WPC老化程度和范圍向縱深發(fā)展,引起力學性能的迅速劣化;最后,毛細管效應可以通過纖維/基質界面輸送水。這些現(xiàn)象會引起WPC的變形或性質變化,例如膨脹、塑化甚至降解。WPC材料表面在老化過程會受到水的沖洗,其降解層和木質成分抽出物剝落,因此表面持續(xù)裸露而損失質量,從而導致降解速度加快。復合材料吸水膨脹會削弱材料的界面結合力,導致復合材料在受到外力荷載時,界面不能很好的傳遞應力,從而降低了材料的力學性能。其次,復合材料吸水產生的微裂縫為紫外線和水的進入提供了通道,導致裂紋發(fā)育迅速,使得復合材料的力學性能迅速劣化。另一方面,水分可能帶走PVC沒有包覆完整的填料,形成空洞,造成性能下降。
塑木復合材料中植物纖維和無機填料含量對材料的性能有較大影響。對于植物纖維作為以PVC為基體的復合材料填充料時,由于植物纖維內大量的?OH互相作用引起團聚現(xiàn)象加劇,導致材料易產生缺陷造成應力集中現(xiàn)象,因此復合材料力學性能隨著植物纖維含量增加呈現(xiàn)降低規(guī)律;而無機填料填充生物質復合材料的研究,大多數是采用碳酸鈣和粉煤灰作為填充料,由于無機填料表面積小,表面極性大,易產生無機微粉團聚導致復合材料應力集中現(xiàn)象;且有相關研究表明:在改性劑含量不變時,適宜的減少無機微粉的含量,能夠改善填充料與聚合物的界面形容性,從而提高復合材料機械性能,因此復合材料內聚力隨著無機微粉增加而呈現(xiàn)降低規(guī)律。目前在實際生產中,為進一步控制真菌對材料的危害,大多通過添加各類有毒有害的殺菌劑和防霉劑,解決塑木復合材制品的發(fā)霉問題。但殺菌劑防霉劑等化學產品大多存在高毒性高殘留等問題,與塑木復合材料環(huán)保性能不相符合;同時摻入的各類有機和無機防霉劑,有的容易受熱分解失效,有的價格昂貴會額外增加塑木復合材制品的成本,不利于其市場競爭。此外,隨著塑木復合材產業(yè)的快速發(fā)展,越來越多的塑木復合材制品被用于室內家居、工藝制品等,對材料自身的環(huán)保性能也提出了更高的要求。因此,采用新的環(huán)保方式解決塑木材料的發(fā)霉問題迫在眉睫。最新進展表明,我們能夠利用一些特定的無毒害微生物在一定的人為環(huán)境下析出有和水泥同樣功能的礦物膠著物,從而使得砂土得以固化和減少透水性,產生這種功能的材料被稱為生物水泥。微生物誘導固化其關鍵在于利用微生物分解有機物,生成陰離子,再與環(huán)境中的金屬陽離子結合從而生成沉淀結晶。環(huán)境中的巴氏芽孢桿菌,在鈣源和尿素的共同作用下形成沉淀結晶,結晶具有一定的膠結作用,改變材料微觀結構,提高微結構之間的連接作用,表現(xiàn)為材料力學性能的提高和微觀結構的密實度提升。由于生成的沉淀具有膠結作用,因此可廣泛應用于土體固化、混凝土損傷修復、文物修復等領域。
