美國木塑復(fù)合材料市場研究與分析

　  就像他們吹捧的原材料性能一樣，木塑復(fù)合材料（WPC）①生產(chǎn)線在經(jīng)濟(jì)處于最嚴(yán)重低迷的時候，仍舊充分顯示了其旺盛的生命力。美國的市場需求幾乎覆蓋了各類WPC產(chǎn)品（占總WPC產(chǎn)品三分之二份額），有可能該需求到2013年，年需求量將從2.2％降至1％，但是弗里多尼亞集團(tuán)②（位于美國俄亥俄州克里夫蘭市）2009年的市場分析報告卻顯示，WPC的需求將每年上升9.5個百分點(diǎn)。該報告表示，“壽命更長，低維護(hù)費(fèi)用和尺寸穩(wěn)定性高，不開裂、不翹曲等優(yōu)點(diǎn)”無疑使得越來越多的消費(fèi)者關(guān)注此種材料。

　　隨著美孚石油公司對舊塑料袋回收方法的研究，該公司能夠?qū)⒒厥站垡蚁┖弯從┙Y(jié)合起來，生產(chǎn)一種可以用作裝飾板的復(fù)合材料。該部門后來發(fā)展為Trex，成為北美木質(zhì)復(fù)合材料的領(lǐng)先者。也是在九十年代的早中期，Strandex公司提供WPCs預(yù)制型材，擠出后無需另外的磨銑，公司現(xiàn)在繼續(xù)提供這個技術(shù)的許可。耐用和低維護(hù)的特性已成為WPC甲板，欄桿、柵欄、窗戶和其它WPC產(chǎn)品**的賣點(diǎn)。上述兩點(diǎn)優(yōu)勢對于WPC產(chǎn)品來說是至關(guān)重要的，因為比起其競爭對手：常規(guī)生產(chǎn)的壓力處理木材產(chǎn)品，顧客通常要為WPC產(chǎn)品多支付10％~20％的費(fèi)用。目前，WPC已經(jīng)發(fā)展成為一個十億美元的產(chǎn)業(yè)，僅北美市場就有超過30多家極具競爭力的生產(chǎn)商。

　　許多WPC產(chǎn)品已進(jìn)入第二個十年服務(wù)期，然而其高韌性和低維護(hù)最近面臨新的挑戰(zhàn)，WPC產(chǎn)品的先驅(qū)Trex在2009年7月經(jīng)歷了一場訴訟官司：兩名消費(fèi)者起訴Trex公司，稱其WPC板材類產(chǎn)品表皮脫落，而公司并未采取適合的補(bǔ)救措施。Trex總裁兼CEORonKaplan在一份聲明中表示，最好的解決辦法是避免這場昂貴和費(fèi)時的訴訟，而不是承認(rèn)這些指控。

　　雖然通過此案能夠多多少少為評價產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)提供一些參考，但實(shí)際上該案例是值得我們深思的。消費(fèi)者始終對生產(chǎn)商的索賠期望很高。來自俄勒岡州立大學(xué)JefferyMorrell教授表示，“如果WPC產(chǎn)品開始出現(xiàn)一些耐候性問題的時候，這個行業(yè)將在未來不得不改變其營銷策略?！痹谶@個過程中，生產(chǎn)商和相關(guān)研發(fā)人員也不是無所事事的。目前，針對提高WPC產(chǎn)品耐久性的研究工作主要集中在四個方面：不退色性；防劃性；抗污性；防霉性。另一個目標(biāo)，是提高WPC板材產(chǎn)品的剛度。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)將有利于擴(kuò)大銷量及市場份額。

　　如何提高防水防霉性能

　　由于WPC產(chǎn)品大多數(shù)被用于戶外環(huán)境（需長期經(jīng)歷日曬、雨淋和冰凍的氣候變化考驗），因此在研究人員進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的過程中，通常要考慮產(chǎn)品要適應(yīng)最惡劣的氣候環(huán)境，尤其在產(chǎn)品使用壽命內(nèi)，要保證產(chǎn)品不出現(xiàn)氣候變化造成的質(zhì)量問題。WPC產(chǎn)品是一種具有一定吸水性的材料（木屑）和疏水性材料（塑料）與各類顏料和添加劑在一起混合而成的復(fù)雜材料。在WPC行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，木材填料添加比例通常為40％~60％。這樣能夠增加產(chǎn)品的剛度和抗蠕變性。木材填料的價格在大致0.1美元/磅，但是從整體生產(chǎn)考慮，WPC還是比同類全塑產(chǎn)品降低了生產(chǎn)成本。木屑的類型（硬木或軟木）能夠最終影響WPC產(chǎn)品的耐候性能，每個降解聚合物都有其自身的特性。WPC中75％是由聚乙烯（PE）制成。目前少數(shù)但是將是未來的趨勢是，生產(chǎn)商采用聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）代替原有的聚乙烯原料，這樣的產(chǎn)品更為堅固耐用，加工過程更為復(fù)雜。但同時也存在缺點(diǎn)：聚丙烯和聚氯乙烯卻比聚乙烯更容易表面受到氧化。

　　Morrell說，“WPC產(chǎn)品防潮性能非常好，特別是與木材相比。但是隨著時間的推移，其防潮性能會打折?！蹦壳?，她的實(shí)驗室正在進(jìn)行商用WPC板材產(chǎn)品水分循環(huán)（濕/干）周期研究。該種板材由Strandex集團(tuán)公司生產(chǎn)。該種板材60％由木屑組成，40％由高密度聚乙烯（HDPE）組成。試驗結(jié)果表明，每個水分循環(huán)周期之后，板材含水量都會有一定程度的上升。在經(jīng)歷了四個周期之后，其含水量竟然達(dá)到2.6％。這項試驗結(jié)果表明，經(jīng)歷了水分循環(huán)周期測試后，木材和塑料之間的空隙體積增加了。

　　“WPC產(chǎn)品的構(gòu)成是非常復(fù)雜的，”阿特拉斯材料測試技術(shù)公司高級顧問AllenZeilnik說，“聚合物和生物纖維都有自己單獨(dú)的降解機(jī)理”“由于降解聚合物在復(fù)合材料表面，位于纖維的兩端，因此濕氣會經(jīng)由材料表面被深入吸收到內(nèi)部?！彼^續(xù)解釋道。就像一個漏水的水龍頭，這個問題會隨著時間的推移持續(xù)惡化。纖維由于吸收了水分而持續(xù)膨脹，變干后留下空隙。這樣會導(dǎo)致復(fù)材產(chǎn)品內(nèi)部吸收更多的水分，如此惡性循環(huán)。這些空隙，同時為微生物、真菌和霉菌提供了非常有益的生長環(huán)境。“我甚至還看到過WPC產(chǎn)品上長出了蘑菇。”Zelinik說。

　　緬因大學(xué)AEWC先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中心，木材科學(xué)與技術(shù)研究教授Douglas Gardner認(rèn)為，WPC產(chǎn)品發(fā)生霉變情況不單由生產(chǎn)原理決定，同時也和地理位置，即工作環(huán)境有關(guān)。例如，WPC板材產(chǎn)品在佛羅里達(dá)州安裝幾年之后，表面出現(xiàn)了紅色真菌。這意味著木材仍易受生物降解影響。其它熱帶、潮濕環(huán)境也被報告出現(xiàn)同樣情況，例如夏威夷。

　　由于水分通過木材纖維被吸收到復(fù)合材料內(nèi)部，簡單的方式是減少木材填料量。Gardner表示，目前很多的商業(yè)板材生產(chǎn)中加入了60％~65％的木材填料?！坝袝r候，甚至生產(chǎn)商加入的木屑原料太多了?！彼f。

　　另一項防止WPC產(chǎn)品發(fā)生霉變的方法可以在生產(chǎn)過程中使用其它類型的木屑。Morrell說，試驗顯示，有一種真菌，白腐菌，更喜歡硬木。而硬木是WPC產(chǎn)品生產(chǎn)中木粉的主要來源。解決方法可以使用西部紅柏的木屑作為替代品。因為西部紅柏是軟木的一種，切具有高度的防腐性能。還有一些研究人員表示，可以在WPC產(chǎn)品的木屑加工過程中加入殺菌劑，例如硼酸鋅。雖然硼酸能夠很好的控制真菌的生長，但卻不能有效的防霉。

　　如何生產(chǎn)更好的WPC板材

　　最終，唯一行之有效的既能防止發(fā)霉和真菌的生長，又能提高WPC板材整體性能的方法提前讓W(xué)PC板材達(dá)到合理含水量。為此，一些公司已經(jīng)引入（或正在引入），具有擠壓層的WPC產(chǎn)品。涂層或其它新特點(diǎn)旨在發(fā)展木材復(fù)合材料共擠技術(shù)的優(yōu)勢，這樣做是為了使得WPC板材保持合理的水分同時，提高耐候性。

　　目前市場上有兩類這樣的產(chǎn)品：GAFDecking系統(tǒng)的CXline和AZEK建筑產(chǎn)品公司的Deck Harvest Collectiondecking系統(tǒng)。CXline板材包含一個共擠聚丙烯表面層和WPC芯材。聚丙烯外涂層能夠?qū)宀亩瞬康哪纠w維“封裝”起來。GAF的副總裁兼總經(jīng)理MartinGrohman認(rèn)為，這樣處理表面層，能夠有效解決消費(fèi)者對WPC產(chǎn)品三個關(guān)注的方面：褪色，防霉性，和著色性。通過擠壓的表面層能夠增加紫外線保護(hù)和抗菌添加劑，考慮到生產(chǎn)成本，這些是不能添加到整塊板材中。CXline板材有6種可選顏色，并且有長達(dá)25年的質(zhì)保期。

　　AZEK公司公共關(guān)系顧問Maureen Murray表示，公司在2007年購進(jìn)了ProcellDecking系統(tǒng)，并應(yīng)用這項專有的PVC生產(chǎn)技術(shù)制成了DeckHarvestCollection型原材料。該板材不含有任何木纖維。取而代之的是亞麻纖維或其它農(nóng)作物纖維。在制造過程中，上述原料添加比例不到10％。她說，亞麻與木材不同，前者本質(zhì)上來講是不可降解的。將亞麻纖維加入到WPC板材中，不僅能夠增加板材的強(qiáng)度，而且能夠減輕熱膨脹和收縮的影響。Murray說，“通常WPC板材之間的間隙為6.35毫米。應(yīng)用我們公司**技術(shù)生產(chǎn)的板材，能將這部分間隙縮小到1.6毫米?！盇ZEK公司應(yīng)用ProcellDecking系統(tǒng)同時還生產(chǎn)裝飾板和門廊版。DeckHarvestCollection型原材料提供6種可選顏色和終身質(zhì)保服務(wù)。Murray表示，“我們認(rèn)為蜂窩PVC板材在目前同類產(chǎn)品中性能最為優(yōu)越。能夠充分滿足消費(fèi)者對產(chǎn)品高期望值。即對復(fù)合材料產(chǎn)品，塑料板材和其它WPC產(chǎn)品耐久性的要求。”

　　BASF公司（密歇根州Wynadotte）目前已與華盛頓州立大學(xué)下屬木質(zhì)材料工程實(shí)驗室（WMEL）合作開發(fā)一種新型的多重擠壓WPC板材，充分提高了耐候性的特點(diǎn)。BASF公司目前正與一些WPC板材生產(chǎn)商合作開拓此種新產(chǎn)品的銷售市場。該新品包括由HDPE和48％~68％松木木屑制成的WPC夾芯；LurabondGA101連接層；LuranSQ440ASA聚合物表層。BASF公司產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)理Greg Anderson認(rèn)為，這種多重擠壓WPC板材可以使用公司現(xiàn)有的擠壓設(shè)備生產(chǎn)。

　　Anderson說，“我們產(chǎn)品的表面材料對于WPC芯材具有很好的附著力?！彼瑫r表示，這種多重擠壓工藝具有簡易操作和易于監(jiān)控的特點(diǎn)。而且，與蜂窩PVC板材比較，該種新型板材具有更多的色彩選擇方案，更高的生產(chǎn)能力和更少的原材料成本投入。

　　其他方面，AEWC的研究人員公布了泡沫-苯乙烯WPC板材更多的商業(yè)價值。DouglasGardner教授表示，他的員工目前正著手測試NovaChemicals化學(xué)品公司提供的苯乙烯馬來酸酐聚合物樣本。測試內(nèi)容為該原料能否應(yīng)用于WPC產(chǎn)品。聚合物多年前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)。當(dāng)木屑被加入到擠壓機(jī)后，會出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象。Gardner說，“這項發(fā)現(xiàn)是意料之外并且是令人激動的?！痹诰酆衔锓磻?yīng)過程中，水在高溫下變成水蒸氣，導(dǎo)致發(fā)泡現(xiàn)象?！拔覀冇心芰M(jìn)行一些技術(shù)上和生產(chǎn)配方上的調(diào)整，控制這項反應(yīng)變化，生產(chǎn)出發(fā)泡板材?！盙ardner表示應(yīng)用此技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)泡板材會比傳統(tǒng)的聚烯烴WPC板材重量更輕，更堅固耐用。他說，AEWC研究的的發(fā)泡苯乙烯木屑板材技術(shù)，據(jù)他所知，目前是獨(dú)一無二的。Gardner同時表示，目前該技術(shù)即將投入商業(yè)市場。前期在我們接近研究尾聲的時候，NovaChemicals化學(xué)品公司卻由于一些原因停止了該種聚合物的生產(chǎn)。“目前我們正在積極的申請該項技術(shù)的專利，同時正在尋找一些新的能夠生產(chǎn)該聚合物的公司合作?！?

　　推動WPC行業(yè)積極發(fā)展背后的力量，是生產(chǎn)商和客戶對于更耐用、更優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的不懈追求。現(xiàn)在看來，人們在這條道路上應(yīng)該已取得了一些成績。
 
 

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