木塑复合材料对白腐菌的耐久性研究

2010-08-26李大纲叶永连南京林业大学南京210037

中国建材科技 2010年1期

李大纲叶永连(南京林业大学南京， 210037)

木塑复合材料是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等低值生物质纤维为主原料，与塑料合成的一种复合材料。它同时具备植物纤维和塑料的性能优点，适用范围广泛，几乎可涵盖所有原木、塑料、塑钢、铝合金及其它类似复合材料的使用领域，同时也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题。于是寻找一种能替代木材的材料便成为解决这一矛盾的理想方法。考虑到废旧塑料对环境的严重污染性，所以开发木塑复合材料这一新型的绿色环保材料便成为大势所趋。

1 木塑复合材料的性能特点

因为木塑复合材料是将木质纤维和塑料复合而成，因此它兼具木材和塑料的性能优点，同时又克服了木材和塑料的一些固有缺点，其具体优良性能具体可概括如下：

1）有类似木质外观，比塑料硬度高；

2）具有优良的物理性能，比木材尺寸稳定性好，不易产生裂缝、翘曲、无木材节疤、斜纹，加入着色剂、覆膜或复合表层可制成色彩绚丽的各种制品；

3）具有热塑性塑料的加工性，容易成型；

4）有类似木材的二次加工性，可切割、粘接，用钉子或螺栓连接固定，可油漆，产品规格形状可根据用户要求调整，灵活性大；

5）使用寿命长，不怕虫蛀、耐老化、耐腐蚀、吸水性小，不会吸湿变形；

6）能重复使用和回收再利用，属绿色材料；

7）维护费用低。

白腐，即白色腐朽。白腐菌主要破坏木质素，同时也能破坏纤维素。受害木材在干燥时表面开裂。它多呈白色或浅淡黄白色，有的材质松软，状如海绵，称海绵状腐朽；有的材色呈浅红褐色或褐色，而具有大量浅色或白色斑点，并现露出纤维状结构，其外观似蜂窝状筛孔，故亦称为筛孔状腐朽，或叫腐蚀性腐朽。

木塑复合材料是由塑料和木纤维，或植物纤维复合而成，当其长期用于户外时，阳光、雨水以及温度等都为腐朽菌的生长提供了客观条件，因此其遭受腐朽菌的腐朽也就再所难免。

2 试样材料及方法

2.1 试验材料

本论文共选用了5 种材料，高密度聚乙烯（HDPE）和稻糠粉末复合的木塑复合材料、PP 木塑复合材料、PVC 木塑复合材料、夹竹条的木塑复合材料和杨木。并锯制成20×20×10mm的小试件若干。

2.2 试验方法

2.2.1 菌种的选择

参照国家标准GB/T1394.1-92 木材天然耐腐性实验室试验方法，白腐菌选用采绒革盖菌（Coriolus versioolor（L.ex Fr.）Quél.）

2.2.2 试验步骤

首先进行平面培养基的培养，待菌丝生长后，再将其接种到装有河沙木屑培养基的三角烧瓶内，等菌丝在河沙木屑培养基上生长10 天左右，即待瓶内的培养基表面长满菌丝时，便可放入试样受菌侵染。最后放入恒温恒湿箱中培养3个月。恒温恒湿箱的湿度设定为80%，温度为28℃。

注：试样受菌侵染前应放入60℃烘箱中烘至恒重，并记为初始重量（W1）

2.3 试验结果与分析

2.3.1 腐朽前后重量损失

试验结束后取出试样，放入60℃烘箱中烘至绝干，称其重量记为W2，。根据公式计算重量损失率。

从图1 可以看出，试验中杨木的损失率最大，高达40.5%，根据木材耐腐性试验标准可划分为不耐腐性树种。据报道白腐菌对杨木的侵入方式，最先侵蚀导管，并在导管腔内大量繁殖。但导管中的菌丝体很快通过纹孔进入相邻的组织中，故导管的胞壁减薄程度和被破坏速度均小于其它组织。射线和轴向薄壁组织的侵入略迟于导管，或与导管同时，但胞壁减薄程度和速度均高于其它组织。菌丝在这类组织的胞壁上迅速形成钻孔，并分解胞壁物质，使其形成沟壑或逐渐溶解，直至最后破裂或部分消失。在各类组织中木纤维最后才受到侵蚀，但发展速度极快。其它4 种材料由于夹竹条的木塑复合材料中间夹有竹条，其裸露的端头部位使得菌丝很容易进入内部生长，故相对于其它三种塑木复合材料其重量损失率最大，达到5.1%。经过发泡的PVC 木塑复合材料也较PE 和PP 木塑复合材料重量损失率高，相比之下PE 木塑复合材料的耐白腐性最好。

2.3.2 腐朽前后吸水性能

从图2 和图3 可以看出，在室温条件下，无论是白腐过的材料还是未经腐朽的材料，随着吸水时间的增加，材料的吸水率也随着增加，当经过624h后，各种材料都达到了吸水饱和点，但各种材料之间存在着较大的差异。未经腐朽的杨木经过1h 吸水率就达到了39.192%，而4 种木塑复合材料经过吸水1h，其吸水率仍很小，PVC 木塑复合材料稍微高点也只有3.914%，而PP 木塑复合材料仅有0.86%，这是由于木塑复合材料中的木质纤维被塑料所包裹，而塑料本身是不吸水的。比较材料腐朽前后吸水性的变化，白腐过的杨木，吸水1h，吸水率高达255.102%，是未腐朽杨木的6.51 倍。腐朽过的PVC 木塑复合材料吸水1h，其吸水率增长也较快，是未腐朽过的5.15 倍，其它三种材料经过白腐，第1h的吸水率都高于未腐朽的材料，但变化不是很大。比较饱和点时的吸水率，白腐过的杨木为363.48%，是未腐朽的2.34 倍；白腐过的PVC 木塑复合材料的吸水率为69.355%，是未腐朽的1.74 倍；白腐过的夹竹木塑复合材料吸水率为13.29%，是未腐朽过的1.15倍；白腐过的PP 木塑复合材料为10.618%，是未腐朽过的1.73 倍；白腐过的PE 木塑复合材料吸水率最小，为6.256%，但也是未腐朽过的1.17 倍，可见在室温条件下，白腐对木塑复合材料的吸水性影响还是挺大的。

2.3.3 厚度方向膨胀性

从图4 和图5，可以看出，在室温时，随着吸水时间的增加，试件的厚度方向也随之膨胀，即厚度方向的膨胀率逐渐增大，最终达到一个平衡值，即试件不再吸水，厚度方向的尺寸不再变化。比较试件腐朽前后的变化情况，白腐过的明显大于未腐朽的该种材料，其中夹竹条的木塑复合材料未腐朽的室温时的最大膨胀率为0.641，而白腐过的该种材料最大膨胀率为0.68；PE 木塑复合材料未腐朽过的在室温时最大膨胀率为0.595，而白腐过的增加到0.642；PVC 木塑复合材料未腐朽过的室温时最大膨胀率为0.73，白腐过的增加到0.78；PP 木塑复合材料未腐朽过的室温时，最大膨胀率为0.402，白腐过的增加到0.657；未腐朽过的杨木室温时最大膨胀率为3.64，白腐过的为4.12，可见在室温时白腐对材料厚度方向的膨胀性还是有影响的，但影响不是很大。就最大膨胀率而看，杨木厚度方向的尺寸变化率远远大于4 种塑木复合材料。白腐后的4 种材料厚度方向尺寸变化率从大到小的顺序是：PVC 木塑复合材料、夹竹条的木塑复合材料、PP 木塑复合材料、PE 木塑复合材料，这与白腐前的材料厚度方向尺寸变化率大小排列顺序相一致。