【力美新材料】戶外建筑及景觀用木塑材料性能解析

木塑材料綜合性能優異，戶外建筑及景觀使用的木塑品種越來越多、數量越來越大。隨著制造技術和工藝的不斷進步，產品外觀質量提高很大。但有許多木塑企業，甚至不少品牌大企業，由于缺乏針對性研究，材料設計存在著先天缺陷。這些缺陷往往要在建成二、三年之后才逐漸暴露問題，此時再來解決問題，已經為時已晚。

熱塑性高分子材料屬粘彈性材料，在長期應力作用下會發生應力蠕變，這是熱塑性高分子材料自身特點所決定的。其影響因素主要是長期應力的大小及環境溫度。高分子材料和植物纖維復合制成的材料就是木塑材料，因含有植物纖維成份，使得高分子復合體系的抗蠕變性能得到了很好的改善。高分子材料和植物纖維兩者優點的結合，使得木塑材料相對其它材料在戶外運用建立了綜合優勢。這也是木塑材料在景觀及戶外建筑迅速增長和發展的根本原因。

木塑材料的變形

戶外木塑建筑及景觀在使用 一段時間后，有些尺度較長的木塑會出現逐漸彎曲、下垂等變形現象，這是目前戶外木塑建筑及景觀中常見的缺陷。木塑材料由建成時漂亮的直線型，在經過幾個寒暑后逐漸彎曲變形的變形因子研究分析如下 ：

溫度應力及蠕變

夏季氣溫升高，木塑材料產生熱膨脹。較長的木塑熱膨脹較大，由于兩端被固定，所受溫度應力也大（應力和膨脹變形成正比），當膨脹達到一定值后，木塑發生失穩而彎曲變形并隨熱膨脹增加彎曲度（彎曲變形）增加。木塑彎曲后，溫度應力得到釋放  ；中性面應力為零，因彎曲，凹面產生壓應力，凸面產生拉應力。由于拉、壓應力的長期作用，凸、凹面分別產生拉伸和壓縮蠕變，使得曲率變大，在氣溫降低時也不能完全收縮恢復。

吸水膨脹蠕變

降雨時節，木塑吸水膨脹，木塑材料產生微量蠕變伸長，不可恢復；并隨干濕交替周期，周期性產生蠕變伸長并疊加。隨著木塑內部木質達到可能的吸水膨脹極限及高分子材料的約束力的作用，吸水膨脹蠕變伸長的增量逐漸減小到零，達到蠕變極限。木塑材料蠕變是溫度應力蠕變疊加和吸水膨脹蠕變的綜合結果較長木塑兩端被固定約束時，隨著木塑材料各種蠕變的疊加，在建成時漂亮的直線型材料，逐漸出現明顯的彎曲；并在若干寒暑交替之后達到尺寸基本穩定、彎曲度不再增加。木塑材料蠕變是溫度應力蠕變疊加和吸水膨脹蠕變的綜合結果較長木塑兩端被固定約束時，隨著木塑材料各種蠕變的疊加，在建成時漂亮的直線型材料，逐漸出現明顯的彎曲；并在若干寒暑交替之后達到尺寸基本穩定、彎曲度不再增加。

木塑材料變形的應力計算和蠕變方程

木塑材料的應力計算和蠕變方程，假定前題是將木塑材料視作理想的均一材料。同時，木塑材料中的高分子聚合物相對木質部份吸水率要低兩個數量級以上，在推定公式模型時，高分子聚合物的吸水量忽略不計 ；木塑材料中的木質部份相對高分子聚合物線膨脹系數要低一個數量級以上，在推定公式模型時，木質部份的熱膨脹也忽略不計。

吸水膨脹蠕變的解決方案

木塑材料中高分子基的吸濕很小，植物纖維吸濕性大；有效地處理植物纖維極大地減小 吸濕性非常重要。木塑材料在配方設計和工藝設計時，必須盡可能地降低木塑材料的吸水性，并最終以嚴格的吸水率作為質量指標考核。

溫度應力及蠕變的解決方案

溫度應力及蠕變是材料自身特點所確定的，必須從高分子材料本身找出改善方案?？刂撇?/span>降低木塑材料的線膨脹系數可以有效地控制并降低溫度應力。戶外建筑溫度通常在  70 ℃之下，當高分子材料的 Tg（玻璃化溫度）在此之下越低時，越容易產生應力蠕變。木塑材料的外觀色澤和耐久性及其設計改善戶外木塑建筑及景觀在使用一 段時間后，木塑表面常常出現粉化褪色現象，影響觀賞性。戶外使用的木塑材料，因受日曬雨淋，環境要求嚴苛 ；通常采用耐自然老化性能優異的無機系色料，以保證著色的耐久性。粉化褪色現象之所以時常發生，一是木塑表面層高分子老化，二是經常有 pH 值較小的雨水（俗稱酸雨）對無機系色料的侵蝕。在木塑性能設計上，往往抗老化助劑是平均分布的。老化實際上由外而內逐漸發展的，因此提高木塑表面層的耐老化性能是解決表面粉化褪色重要路徑 ；同時在色料配方上要增強抗酸雨的能力