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木材重回制造工程选材视野

http://cn.newmaker.com 6/21/2009 4:15:00 PM DesignNews

图：Sprigwood是一种联合开发的新型复合材料

还有人记得早期的木质后车身的厢式旅行车“woodies”吗？在经历过几次与塑料材料在外观上的失败竞争后，至1960年代它们差不多消失殆尽了。

不过，它们可能还会回来的！日益高涨的碳氢化合物成本，加上人们对绿色设计越来越浓的兴趣，正在重新燃起大家对木材与类似木材植物作为工程材料的兴趣。几家欧洲的OEM厂商在内部装饰配件上使用了模塑木质复合材料。两家北美的玩具制造商也正在使用木质复合材料。

在装饰材料和栅栏材料中使用木质热塑复合材料已经是不争的事实了。据供应商们说，新的技术进展可以让这些材料稳妥地得到注塑。木材在聚乙烯、聚丙烯、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚）、聚苯乙烯和烯烃类热塑弹性体（TPOs）等塑料中所占填料的比例可以高达60%以上。所谓的“木材”可以是木材废料、稻谷壳、棕榈纤维废料或者亚麻。木材废料可以是松木、枫木或橡木的。

丰田公司今年新推出的一款概念车1/X就包含了用一种来自洋麻和苎麻的生物塑料制造的配件单元。“所制成的是一
种能够提高隔热性、释放更少二氧化碳、增加车内光线并降低噪音的车顶。”丰田公司声明说。苎麻是生长在东亚的一种纤维性植物。把洋麻用作塑料的增强材料已经有十多年的时间了。

从工程的角度来看，木塑复合材料据说能够制成一种具有结构刚度、天然外表、怡人芳香和受市场欢迎特性的最终产品。特别适合用于具有厚壁的部件以及需要硬度和形稳性的部件。但是，与很多其他注塑塑料相比，木塑复合材料的抗剥落性能较差，并且不能抵抗过度的冲击。更高填料的塑料能够提高抗冲击性能。

节省成本

木塑复合材料通常要比没有填料或用玻璃填料的塑料成本低并且重量更轻。它们与碳酸钙填料或滑石填料的聚丙烯在市场上竞争激烈，其主要用途是用在装饰方面。

大多数工程师不会把木材当作一种有生命力的注塑材料。木材在392F度以上可能会降解。因此，它不能与更高温度的聚合物一起使用。一般来说，模塑木材/PP（聚丙烯）复合材料的后段温度是340到370F度，前段温度为380到410F度。木材也会影响熔体流动，但它是一种正面影响。实际上，木材/PP复合材料在相对较低的温度和压力下会流动得很好。铸模工在较低的温度下浇铸木塑复合材料，能够节省能源并减少周期时间。

设计中需要注意的事项

“对于任何材料，你都会有自己想遵循的设计标准。” JER Envirotech公司的首席执行官Ed Trueman说。JER Envirotech公司是位于加拿大不列颠哥伦比亚省（BC）温哥华市的一家定制复合材料制造商，该公司开发出了一种适于模压的木塑复合材料。“当然，你想要避免突变半径；你想拥有缓和的转角。你可能可以想象到，我们的产品对剪切多少有些敏感，因为木质部件对剪切状态和升高的处理温度较为敏感。采用能够减少剪切的浇铸方式是一种好方法。”Ed说。

两家美国的玩具公司正在利用JER Envirotech公司生产的木塑复合材料取得重大商业进展。

新型Sprig探险系列产品，具有代表性的是一些带着LED头灯的可互换式小塑像人物玩具，它们是用一种由JER公司与Sprig玩具公司联合开发的、叫作Sprigwood的产品材料模塑而成。Sprig玩具公司是一家位于美国科罗拉多州柯林斯堡（Collins, CO.）的玩具制造商。“除了其杰出性能和生态友好型特征以外，JER公司的热塑生物复合材料能为我们的产品提供有机物的触感、颜色和木材味道。”Sprig玩具公司的首席执行官Craig Story说。这家公司计划在2009年扩大其使用这种新型材料的玩具生产线。

位于美国明尼苏达州Kasota的Rolco Inc.公司最近上市了一系列由热塑料生物复合材料制成的棋盘游戏用具，包括一种特为JER公司的材料而设计的国际象棋中的小卒。

Rolco公司的创始人兼研发总监Vern Olson说：“棋盘游戏行业正在承受来自用户和零售商要求绿色环保的压力。我们过去对木塑复合材料测试了好几年，但成果有限。而后，在2006年，我们开始研究使用JER公司特有的配方，并且收到了良好效果。”Rolco公司对此进行了深度研发，尤其是在彩色注塑与多注嘴注塑领域。Rolco是一家专业注塑公司，经营着32条注塑生产线，其中包括九台多注嘴机器。Rolco 是美国现存的生产棋盘游戏用具少有的几家注塑公司之一，他们的产品包括小卒、小房子、小宾馆、转盘（Spinners）和扑克筹码等。通过传统渠道以及自己的网站，该公司把产品推销到了全世界范围内的棋盘游戏设计师、制造商和批发商手里。

豪华装饰

一些像通用公司一样的汽车制造商为豪华车型提供了木质内部装饰。在美国，汽车业引入木塑复合材料的努力还处于早期阶段。“最早吸引我们进入汽车市场的是一些变化较小、非安全方面的应用。”Trueman说。欧洲汽车的OEM厂商使用的木塑复合材料较多。一家叫做Beologic的比利时公司供应在PVC、PP或PE基质中填入25%到85%限定木质纤维的合成材料。这些合成材料现在正由阿科玛（Arkema）公司销售，据阿科玛公司估计，欧洲木塑复合材料的市场正在以每年20%的比例上升。BO-Systems GmbH公司于2003年成立于德国的Sontra，其目的是为汽车内部装饰生产零配件。

用于外部装饰和栅栏应用的木材复合材料表现得不是很好。在处理和增加添加剂的过程中可能会出现收缩和褪色等问题。另外，这种材料由于质量不稳定、供应不稳定以及工艺问题而远远落后于注塑生产厂商的前进脚步。

JER Envirotech公司认为，利用最早由加拿大国家资源委员会（the National Resources Council of Canada）开发并于2006年获得专利的一种材料，他们已经解决了这些问题。当初研发的特定目标就是要开发出一种具有更好机械性能和改善的工作温度、防火性能以及防生物变化性能的材料。这种新材料含有一种聚烯烃、纤维质填料，一种羧酸填料和一种基础活性填料。这就是为什么这种材料能够进入注塑领域的部分原因。

JER公司利用专门设计的设备和工艺降低了木材中的含湿量。“处于绿色状态的木材具有25%以上的含湿量，”Trueman说，“聚合物中含有湿气会大大影响其物理性能和机械性能。如果不能有效地把湿气提取出来，你就不会拥平稳的性能。这就牵涉到一项商业秘密：在内部把含湿量降低到0.5%以下的能力。”

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