【力美新材料】户外建筑及景观用木塑材料性能解析

木塑材料综合性能优异，户外建筑及景观使用的木塑品种越来越多、数量越来越大。随着制造技术和工艺的不断进步，产品外观质量提高很大。但有许多木塑企业，甚至不少品牌大企业，由于缺乏针对性研究，材料设计存在着先天缺陷。这些缺陷往往要在建成二、三年之后才逐渐暴露问题，此时再来解决问题，已经为时已晚。

热塑性高分子材料属粘弹性材料，在长期应力作用下会发生应力蠕变，这是热塑性高分子材料自身特点所决定的。其影响因素主要是长期应力的大小及环境温度。高分子材料和植物纤维复合制成的材料就是木塑材料，因含有植物纤维成份，使得高分子复合体系的抗蠕变性能得到了很好的改善。高分子材料和植物纤维两者优点的结合，使得木塑材料相对其它材料在户外运用建立了综合优势。这也是木塑材料在景观及户外建筑迅速增长和发展的根本原因。

木塑材料的变形

户外木塑建筑及景观在使用 一段时间后，有些尺度较长的木塑会出现逐渐弯曲、下垂等变形现象，这是目前户外木塑建筑及景观中常见的缺陷。木塑材料由建成时漂亮的直线型，在经过几个寒暑后逐渐弯曲变形的变形因子研究分析如下 ：

温度应力及蠕变

夏季气温升高，木塑材料产生热膨胀。较长的木塑热膨胀较大，由于两端被固定，所受温度应力也大（应力和膨胀变形成正比），当膨胀达到一定值后，木塑发生失稳而弯曲变形并随热膨胀增加弯曲度（弯曲变形）增加。木塑弯曲后，温度应力得到释放  ；中性面应力为零，因弯曲，凹面产生压应力，凸面产生拉应力。由于拉、压应力的长期作用，凸、凹面分别产生拉伸和压缩蠕变，使得曲率变大，在气温降低时也不能完全收缩恢复。

吸水膨胀蠕变

降雨时节，木塑吸水膨胀，木塑材料产生微量蠕变伸长，不可恢复；并随干湿交替周期，周期性产生蠕变伸长并叠加。随着木塑内部木质达到可能的吸水膨胀极限及高分子材料的约束力的作用，吸水膨胀蠕变伸长的增量逐渐减小到零，达到蠕变极限。木塑材料蠕变是温度应力蠕变叠加和吸水膨胀蠕变的综合结果较长木塑两端被固定约束时，随着木塑材料各种蠕变的叠加，在建成时漂亮的直线型材料，逐渐出现明显的弯曲；并在若干寒暑交替之后达到尺寸基本稳定、弯曲度不再增加。木塑材料蠕变是温度应力蠕变叠加和吸水膨胀蠕变的综合结果较长木塑两端被固定约束时，随着木塑材料各种蠕变的叠加，在建成时漂亮的直线型材料，逐渐出现明显的弯曲；并在若干寒暑交替之后达到尺寸基本稳定、弯曲度不再增加。

木塑材料变形的应力计算和蠕变方程

木塑材料的应力计算和蠕变方程，假定前题是将木塑材料视作理想的均一材料。同时，木塑材料中的高分子聚合物相对木质部份吸水率要低两个数量级以上，在推定公式模型时，高分子聚合物的吸水量忽略不计 ；木塑材料中的木质部份相对高分子聚合物线膨胀系数要低一个数量级以上，在推定公式模型时，木质部份的热膨胀也忽略不计。

吸水膨胀蠕变的解决方案

木塑材料中高分子基的吸湿很小，植物纤维吸湿性大；有效地处理植物纤维极大地减小 吸湿性非常重要。木塑材料在配方设计和工艺设计时，必须尽可能地降低木塑材料的吸水性，并最终以严格的吸水率作为质量指标考核。

温度应力及蠕变的解决方案

温度应力及蠕变是材料自身特点所确定的，必须从高分子材料本身找出改善方案。控制并降低木塑材料的线膨胀系数可以有效地控制并降低温度应力。户外建筑温度通常在  70 ℃之下，当高分子材料的 Tg（玻璃化温度）在此之下越低时，越容易产生应力蠕变。木塑材料的外观色泽和耐久性及其设计改善户外木塑建筑及景观在使用一 段时间后，木塑表面常常出现粉化褪色现象，影响观赏性。户外使用的木塑材料，因受日晒雨淋，环境要求严苛 ；通常采用耐自然老化性能优异的无机系色料，以保证着色的耐久性。粉化褪色现象之所以时常发生，一是木塑表面层高分子老化，二是经常有 pH 值较小的雨水（俗称酸雨）对无机系色料的侵蚀。在木塑性能设计上，往往抗老化助剂是平均分布的。老化实际上由外而内逐渐发展的，因此提高木塑表面层的耐老化性能是解决表面粉化褪色重要路径 ；同时在色料配方上要增强抗酸雨的能力