【力美新材料】木材和天然纖維復合材料應用現狀

WPC和NFC消費品正進入更大的市場

越來越多的公司在消費品中專門使用木材和天然纖維塑料顆粒，比如像表殼、玩具、梳子或托盤——獨特的外觀和感覺給人一種高價值產品的印象，并受到客戶的好評。多年來，科研院所和工業實驗室一直致力于木塑復合材料（WPC）和天然纖維復合材料（NFC）的研發，并將這些材料用于消費品的小批量生產。迄今為止，有關的批量僅在裝飾市場可以見到。但似乎現在已經到了將這些材料進行規?；a的時候了。最終的產品外觀更精致，就像純塑料制品一樣；由于使用了木材和天然纖維，它們很引人注目，看起來更天然，并且觸感非常好，所需的塑料也較少——這有利于對環境的影響。其機械性能也不可小看。但最重要的部分就是：這種產品對消費者有吸引力。

Yong 用竹纖維制成的NFC 托盤。圖片來源：nova-Institut 有限公司。

在2015年11月，德國（DE）智寶（Tchibo）公司上架了一種WPC 制成的床頭柜鐘；兩個星期后，則是一系列泰國（TH）Plantoys 公司的玩具。這些玩具都是用老橡膠樹的木材顆粒作為填料的。玩具的表面有一種很好的橡膠般的觸感，與傳統塑料完全不同。竹纖維在消費品中的使用也越來越頻繁，如瑞士（CH）的有機餐館Yong所使用的托盤。德國連鎖藥店DM公司一直在銷售一種由30%的木材和70%的生物基PE 制成的梳子，已經大約有三年時間了，并且最近增加了第二種模型。所使用材料的特殊功能是抗靜電。德國ebelin梳子屬于“DM”的天然品牌，涵蓋了衛生、化妝品和洗滌劑等用生物基原料制成的產品。

市場數據

歐洲每年大約生產40萬噸木塑復合材料（WPC）和天然纖維復合材料（NFC）。其最重要的應用市場是裝飾，用于汽車內飾和消費品的輕質部件，例如玩具。在nova-Institute最新的市場研究報告《木塑復合材料（WPC）和天然纖維復合材料（NFC）：2012年歐洲和全球市場及在汽車和建筑領域的未來發展趨勢（http://bio-based.eu/markets）》中，列出了60家商用WPC和NFC顆粒生產商及貿易商的網絡地址，以及他們所使用的塑料和纖維。

智寶公司的WPC 床頭柜鐘。圖片來源：nova-Institut 有限公司。

木材和天然纖維復合材料中最常使用的塑料就是聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、和聚氯乙烯（PVC），以及一些生物基聚合物，如生物PE 和聚乳酸（PLA）也有使用。木質纖維在許多變體中都有使用；天然纖維的主要競爭者是竹子、亞麻和大麻。過去幾年里，許多生產商、全球企業和類似的中小型企業都有業務。只有新開發的專業基礎設施才使消費品制造商能夠利用新材料，并且沒有技術風險。更高的質量看起來遠超過為稍高的顆粒獎品所做的補償。在歐洲，所有纖維增強復合材料生產總額的15%（等于40萬噸）是用木材，或類似大麻、洋麻等韌皮纖維的天然纖維來增強的。

DM 藥店供應的WPC 梳子。圖片來源：nova-Institut 有限公司。

這些15,000噸所謂生物基復合材料只有一小部分是注塑成型的，在2012年，纖維的平均含量為42%。根據novainstitute對于此種復合材料的調查，所選擇的聚合物92%是聚丙烯（PP）；使用生物基聚合物基體的比例為6%，剩下的2%使用了聚乙烯（PE）基體。在注塑成型里，木纖維占了80%的份額；應用的其他纖維來源還有木漿、竹子、麻等天然纖維，以及草和纖維素廢料等。與擠出WPC或模壓NFC制品相比，為什么注塑成型的WPC和NFC產物的總量仍這么??？

專家認為，可以在市場結構中找到許多具體的原因。生物基顆粒的價格往往比傳統顆粒的更高，而且有關這種材料的知識需要了解得更多，也就是說，既不是塑料，也不是木材，但卻具有新特性的復合材料。生物基顆粒的技術銷售成為了一項挑戰，并且很容易就給貿易人員帶來挫敗感，在過去這是一項相對容易的工作——也即單純根據價格來出售標準的塑料顆粒。

Plantoys 公司用橡膠樹顆粒作為填充物的游戲火箭炮，可在智寶公司以及其他公司買到。圖片來源：nova-Institut 有限公司。

首先必須具備通過新的工藝參數來控制工藝過程的能力，比如化合物的附加干燥，或者降低工藝溫度的必要性等。與標準的聚合物相比，使用天然纖維也使得工具表面更好，且更加有必要。如果WPC或NFC顆粒在加工前沒有得到充分的干燥，基體中木材含有的水分就會在高的加工溫度下釋放出來，并促使有機酸從半纖維素中自由分離，然后腐蝕金屬部件。其結果是，模具表面變成褐色或黑色，且注塑部件的表面看起來不夠好。

集中清潔和使用表面添加劑是短期的措施，但若要取得長期的成功，則需要集中預干燥。加工人員必須了解所有不同于標準聚合物工藝的變化，如較低的溫度。好的結果往往不會通過在塑料標準加工過程中測試WPC來輕易獲得，令人沮喪的經驗使得用戶得出了WPC不起作用的結論。在注塑成型中，過程控制是使用生物基復合材料最大的市場障礙之一。

德國科隆“WPC ＆ NFC 大會”的與會者。圖片來源：nova-Institut有限公司。

到目前為止，主要是一些小的制造商和貿易商在供應WPC和NFC顆粒，利用有限的技術支持和經常缺失的數據來模擬。但自從普立萬（PolyOne），這家化合物領域的世界領先企業之一開始供應他們新開發的新材料時，情況正在發生變化，這種新材料是用特殊的工業生產木質纖維來增強的：普立萬開啟了天然纖維增強解決方案在許多高要求的終端應用和市場的工業應用，包括汽車領域。普立萬的reSound?NF在形狀和性能方面具有較高的穩定性，在全球范圍都有供應。這兩個特性是天然纖維在汽車領域的應用中最重要的跨越。普立萬的reSound?NF含有的生物基容量占到了重量的30%，由一類輕質工程木質纖維增強熱塑性塑料，以及一種新的耦合技術和一項特定的合成工藝組成。到目前為止，reSound NF已經在經過第一個官方OEM批準的情況下，在一個至關重要的半結構應用上證明了其在汽車應用上的輕質潛力，并且繼續由幾個關鍵OEMs和其層級進行評估。

“2015年木材和天然纖維復合材料獎”

2015年12月16日晚上，令人垂涎的“木材和天然纖維復合材料獎”頒獎典禮在德國科隆最大的國際“WPC ＆ NFC大會”上舉行。該獎項突出了木塑復合材料（WPC）和天然纖維復合材料（NFC）領域2015年進入這個市場或即將很快推出的新材料和新產品。超過220名與會者從六個提名中選出了三個獲獎產品。

    WPC NFC 獎的獲勝者。圖片來源：nova-Institut 有限公司。

“木材和天然纖維復合材料獎”已經是第五次舉辦了。除了申請的25 家公司，評審團提名了六家。在會議的第一天，每個被提名的公司都用10分鐘的演講向與會者介紹了其新的材料或產品。220名與會者選出了三位獲獎者。該獎項的提名是在晚宴期間舉行的，由德國科倍隆公司（Coperion）提供贊助?？票堵≡趶秃虾蛿D出技術方面處于國際市場領先地位。到目前為止，與會者們選擇了天然纖維增強的，100%生物基的棺材作為贏家（荷蘭的onORA BV，NL）。該產品是注塑成型的，具有很大的設計自由以及各種形狀和顏色。這種生物基復合材料使得棺材可以進行生物降解，而且也是生物復合材料新的大批量應用的一個例子。生命周期評估顯示其二氧化碳排放量不僅比傳統的棺材低，而且還比其他環保棺材的二氧化碳排放量低。

第二名也是荷蘭的（Millvision BV），其產品是用農產品剩余纖維制成的一種可降解生物復合材料花盆。這些花盆是用種植的辣椒和番茄等農業剩余纖維制成的，生物基塑料很具有價格競爭力。它們可用于樹木苗圃和花園，而且僅在在幾個月內就會發生冷土壤生物降解。這種新的花盆可以作為肥料，促進植物的生長，從而防止了油基容器中廢塑料的產生，以及相關費用。

       第三名授予了纖維素纖維增強聚苯乙烯樂器，該產品由芬蘭公司Aqvacomp Oy和Flaxwood Oy合作開發。這些復合材料具有替換許多珍稀的瀕危樹種的潛力。已經開發出了多個具有相同特性分布的配方，可以用于各種樂器，例如纖維素纖維復合材料取代了西番蓮木用于單簧管。該單簧管是由奧地利生產商Klarinetts 生產的。其組件具有極好的熱和耐濕性，降低了木制樂器典型的調音問題。

成長迅速的市場

在德國Friedrichshafen展覽中心舉辦，Fakuma展會是世界上塑料顆粒注塑和擠出領域最大的盛事，來自117個國家的46,000專業觀眾和來自36個國家的近1800家展商參展。這項研究的主要作者于2015年10月參觀了Fakuma 展會，并調查了WPC和NFC顆粒的市場形勢。

越來越多的分銷商開始將WPC和NFC 顆粒列入其計劃，但在市場推廣方面仍然有困難；許多人只是在最近一兩年內才進入這一領域。在另一方面，該行業的大經銷商已經紛紛退出了，并不指望在可預見的未來有足夠的業務量。鑒于目前WPC和NFC的重要性相對較低，在Fakuma展會上，他們各自的顆粒展示得很賣力，推廣得非常集中。在歐洲市場一共可以找到約60家WPC/NFC 顆粒的供應商（其中許多在Fakuma展會上有展出）；他們中的大部分目前每年的生產量少于1000噸；每年產量超過5000噸的供應商不到十家。

對于WPC和NFC來說，目標市場以及全面的技術知識是必不可少的。為了提供100%的生物基復合材料，目前許多WPC和NFC項目正在進行中，包括生物基聚合物項目。例如，汽車用天然纖維聚乳酸（德國勞士領R?chling和荷蘭Corbion合作研發的Plantura ?）和兒童玩具。提高耐沖擊性是研究和開發中最重要的主題。另外，一些全新的應用領域正在向市場推出，如建筑物里面用于地板和保溫的WPC板材?？傮w來看，雖然是小規模的，但WPC/ NFC 顆粒市場比整個市場的成長更加迅速。