木质复合材料及其在室内环境中的应用

木质复合材料及其在室内环境中的应用摘 要： 主要介绍了木质复合材料的发展现状以及它在室内环境中的应用。 木质复合材料是木材 工业的发展重点，木质复合材料研究的深度、 应用的广度及其发展的速度已成为衡量一个国家 木材工业技术水平先进程度的重要标志之一。 关键词： 木质材料；复合材料：室内环境随着生产力的极大发展 ， 人类对材料的需求以及材料的生成达到了空前的规模 ， 材料对环境产生的影响更是达到了前所未有的地步。 它不仅影响宏观的自然环境 ， 同时还影响、 甚至支配着人们的居住小环境 ， 从而更直接地影响到人们的生活 、 学习和工作 ， 影响着人们的居住舒适性和身体健康。因此 ， 加强对材料的研究具有重大意义。1 木材与室内环境室内居住环境是人类一生 2 3时间都生活在 其中的小环境，是人类赖以生存的基本要素之一 ， 与人们 日常生活具有紧密的关系。 室内环境通常是 指由室内物理因素所形成的室内物理环境， 主要有 光环境、 色环境、 声环境、 空气环境 、 热环境、 质地环境等。 作为当今世界四大材料( 还包括水泥 、 塑料、 钢 铁) 之一的木材 ， 是 自然界中最典型的的生物复合 材料， 由多种化学成分和多种细胞天然复合而成，具有许多优良特性， 在房屋建造、 室内装修和家具 制造等方面一直都有着极其广泛的应用， 成为影响 室内居住环境质量的主要材料。 木材是一种多孔材料 ， 其导热系数较小 ， 为热 的不良导体 ， 木材或木质人造板作为墙体或装饰材 料 ， 对居室的温度具有调节作用； 木材调湿性是木 材具备的独特性能之一， 它通过 自身的吸湿和解吸 作用 ， 能直接缓和室内空间的湿度变化 ； 木质材料 具有 良好的吸声效果 ，同时具有较好的声反射特 性 ， 因此 ， 木造房屋具有较好的室内音响效果； 木材 具有吸收紫外线和反射红外线的特性， 从而减轻紫 外线对人体的伤害； 木材颜色的明度、 色调、 饱和度以及木材纹理、 树节、 木材率等视觉物理量与自然美丽、 豪华、 温暖、 稳重、 明亮、 轻重等心理量之间均具有相关性； 空气质量的好坏对人的健康及工作效率有很大影响， 室内空气污染已成为室内环境存在的最大问题 ， 木材是有机生物材料， 不象大理石 、 花岗岩等无机材料等会产生辐射 ， 同时它含有的一挥发物能改善环境 中的空气质量 ， 如杉木能刺激大脑使之更为活跃。 但是由于木材也存在着一些缺点， 如材质变异大、 各向异性、 尺寸不稳定、 易生物破坏 、 易燃烧等大大降低了它的使用价值， 因此， 改进木材的固有性质 、 改善木材性能具有重要意义 。并且 ， 由于环境保护呼声越来越高， 以及近些年来木材资源的大量消耗，世界各国都加强了对国内森林资源的保护， 而国际市场对木材的需求却有增无减， 世界木材资源的供给与需求矛盾日益突出。尤其是我国，为一少林国家 ， 发展复合材料 ， 减少木材消耗的需求是极为迫切的。2 木质复合材料的含义 2 1 复合材料的含义根据国际标准化组织下的定义， 复合材料是两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料【 1】” 。复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性 ， 但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单相加 ， 而是有着重要的改进。复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料， 结构复合材料主要用作承力和次承力结构 ， 要求它质量轻、 强度和刚度高， 且能耐一定温度， 在某种情况下还要求有膨胀系数小、 绝热性能好或耐介质腐蚀等其他性能 ； 功能复合材料是除力学性能以外还提供其他物理性能并包括部分化学和生物功能的复合材料 ， 如导电、 超导 、 半导、 磁性 、 压电、 阻尼 、 吸声 、摩擦 、 吸波 、 屏蔽 、 阻燃、 防热等功能。 2 2 木质复合材料的含义 顾名思义， 木质复合材料是以木材( 其各种形 式 ， 包括纤维、 单板和刨花等) 为基体材料再加上其 他的结构材料或功能材料复合而成的， 具有某些特 定性能的复合材料。 木质复合材料不仅可以减少或 克服木材的不 良性质， 而且能够使这种新型材料具 有原来单一组分材料所不具有的优 良品质， 从而扩展了木材的应用领域。 3 木质复合材料的研究现状及其在室内环境中的应用 木质复合材料是以木质材料为主， 复合其它材 料而构成的具有微观结构和特殊性能的新材料， 它 克服了木材和其它木质材料的许多缺点， 因而成为 当今木质材料发展的重点和大家关注的学科研究 热点。 本文主要介绍与室内环境有关的木质复合材料 3 1 木塑复合材料3 1 1 实体木材塑料复合材料实体木材塑料复合材料是以整块木材为 组元的木塑复合材料。 由于在木材内部浸注了有机 的聚合物 ， 在力学性能、 耐磨性、 尺寸稳定性及耐腐 性等方面都比木材有了很大的提高。 根据浸注成份 和生产工艺的差别， 木材塑料可分为塑合木、 浸渍 木和胶压木。 塑合木是指在木材中注人不饱和烯烃 类单体或低聚体、 预聚物， 利用射线照射或催化加 热提供能量， 使其在材内聚合固化所得的材料。用 热固性树脂如酚醛树脂 、 脲醛树脂 、 三聚氰胺树脂 等浸注到木材内部 ， 通过加热引发缩聚反应制得的 木材塑料称为浸渍木， 而通过热压引发缩聚反应制得的木材塑料称为胶压木。 塑合木( WP C) 具有优 良的尺寸稳定性 、 力学强度 、 耐磨和耐腐性能， 经磨光、 抛光后， 即使不作涂饰也能得到独特的有光泽的表面， 并且通过着色可以得到优美的色调 ， 因此使用范围不断扩大。例如 ， 在建筑领域 ， 由于 WP C色彩多样 ， 不需油漆维护保养方便 ， 从而广泛用作公共场所和住宅居室的地板 ； 此外， 它还可以用于生产高档家具等【2-3】 。3 1 2 木屑塑料复合材料 此种材料是以木屑和热塑性废旧塑料为主要原料 ， 经高温混熔而制得的， 利用不同模具可制成适合各种用途的板材、 管材和异型材。这种复合材料具有良好的机械强度和优良的物理性能。热伸缩性和吸水性比天然木材小 ， 受湿气 、 水和温度变化的影响小， 尺寸稳定性好。耐磨 、 耐化学腐蚀 、 不虫蛀 、 不易着火燃烧。这种复合材料兼有木材和塑料的双重加工特点 ， 既可以像木材那样 ， 可锯、 刨钉和油漆 ， 又像塑料一样 ， 可直接模压成型和反复加工复制。这种材料可作为房屋建筑的水泥模板墙隔板、 地板砖等 ， 还可以用于加工各种家具 。由于这种材料是以木屑和废旧塑料作为主要生产原料， 原料来源丰富、 价格低廉， 产品成本低。并且为提高木材的综合利用率和治理废旧塑料制品的污染开辟 了一条新的途径 ，具有良好的 社会效益和经济效益【4】 。 3 2 木材金属复合材料 5 木材和纯木质复合材料属于电的不良导体 ， 用 其制造的家具， 在某些场所如计算机房 ， 由于磨擦 或整体受机械作用的压电效应 ， 家具表面可产生静 电荷， 又因电阻率较高， 静电荷不易逃逸而产生静 电堆积 ， 达到一定程度则出现放电现象 ； 同时 ， 随着 各种电器成为人们生活和工作的必须品， 人们也置 身于电磁波的包围之中。因此， 应用于室内环境的 木质材料除了必须具备一定的力学性能以外 ， 还应 具有一定的功能性 ， 避免长期电磁波辐射损害人体 健康。将金属粉末、 金属氧化物等导电物质与刨花 ( 纤维 ) 、 胶粘剂等同时搅拌， 热压后得到的复合材 料 ， 不仅可以保持木制品特有的表面装饰效果及保 温性能 ， 还具有满意的电性能 ， 具有一定的抗静电 和电磁屏蔽功能。 此外 ， 这种复合材料的抗压强度、硬度、 耐磨性、 冲击韧性大幅度增加， 耐久性、 尺寸稳定性也明显改善。因此， 将这类复合材料作为地板、 棚板、 壁板等， 可用于有射线辐射的空间， 如计算机机房等， 有利于保护人体健康。 3 3 木材竹材复合材料 6 竹材与木材都是天然生长的有机体 ， 同属非均 质和各向异性材料。与木材相比， 竹材又具有硬度 较高、 强度较大、 刚性较好、 结构致密、 质感顺滑 、 纹 理清晰等特点。同时竹子繁殖容易 ， 生长很快。因 此， 应充分利用我国丰富的竹资源。 根据材料力学理论， 板材在受到垂直板面的外 加载荷时，弯曲应力主要由靠近表层的材料承担， 芯层主要承受剪应力的作用 ， 强度大的材料距离板 材料中心愈远， 发挥的作用愈大， 因此将强度大、 硬 度高、 韧性好的竹材作为表层材料， 用速生材和小 径材作为芯层材料 ， 经合理搭配组合 ， 采用科学的 胶合工艺可以制成具有高性能、 低成本的竹木复合 人造板 ， 这样既可获得竹材胶合板 的强度 ， 又可提 高生产效率， 并大幅度降低生产成本， 而其使用性 能并不受影响。我国木材资源短缺 ， 但这主要是指大径级的优质木材， 而人工速生林如杉树、 湿地松、意大利杨、 泡桐、 桉树等工业短周期材林正值采伐期， 虽然这些木材径级小， 材质较差 ， 但这些小径级的问伐材价格较低 ， 并且数量大 ， 急需开发工业用途， 是用做竹木复合胶合板芯材的好材料。 目前 ， 国内对竹木复合材料已做了许多研究 ， 包括竹木复合层积材、 竹木复合定向刨花板、 竹木复合胶合板、 以及竹木复合中密度纤维板制造工艺的研究。 对居住室内环境而言， 地板是应用最为广泛的室内建筑装饰材料， 发展竹一木复合地板具有重要意义。竹杉复合地板是上下表层以毛竹为材料、 芯层以杉木为材料复合而成的一种新型地板。 这种复合地板的问世， 具有重要意义。 从产品性能来看， 由于竹材在表层， 杉木在芯材， 使竹材的强度、 刚性纹理清晰等优点得以充分体现， 同时力学性能较低且节疤较多的杉木也得以利用，这种合理配置， 使竹杉复合地板在力学和外观上表现出与纯竹地板相似的良好性能。由于复合地板 中有 2 3约为杉木材，因此竹杉复合地板的成本明显低于纯竹地板效益 良好 。 3 4 木材陶瓷复合材料【7】木陶瓷是木材 、 木质材料或制成的复合材料在无氧状态下 ， 经高温慢速炭化处理得到的炭化物既具有炭固有的质轻 、 吸附性强的特性 ， 又具有陶瓷般的高硬度 、 高耐热性 、 高耐蚀性 ； 同时陶瓷能给人以非常清洁卫生的视觉效果。因此， 木陶瓷研究的方向就是在保持了木材的天然纹理和舒适的视觉和触觉效果的基础上 ， 赋予木材 以陶瓷的特性木陶瓷的应用范围重点在于室 内外装饰方面以及卫浴设备的制造等。 木陶瓷的原料基材是木材资源或植物材料 ， 它 既是可再生资源又能保护人类环境 。使用后的木 陶瓷可以返回土壤作为优质的土壤改 良剂 ， 还可以 作为活性炭和其它炭材以及燃料的优 良原料而循环使用。在未来 ， 资源枯竭的问题 日趋严重 ， 作为 工业产品很重要的一个评价原则是能否再作为原 料予以回收利用。木陶瓷开发的意义 ， 不仅是开发 各种机能的碳材 ， 也起着环境保护的作用。 3 5 无机胶结人造板无机胶结人造板是以木质材料如刨花、 木纤维 等为骨架 ， 以无机材料如水泥 、 石膏为粘接剂制得 的复合材料。无机胶接人造板既具有木材的质轻、 强重 比大 、 隔声 、 隔热 的优点 ， 又具有无机材料如 水泥的高强度、 耐水和阻燃等性能 ， 因而在建筑行 业 中可广泛用于非承重墙体 、 天棚 、 地板、 封檐板、 室内装饰材等。国内外研究的无机胶接人造板主 要有石膏刨花板、 石膏纤维板、 水泥刨花板和水泥 纤维板等。 3 5 1 水泥刨花板 8 将刨花掺入水泥基质中 ， 以水泥为胶粘剂 ， 水泥凝固之后复合在一起形成的板材称为水泥刨板。这种板材兼有木材与水泥的双重特性 ， 在降板材的容积重和导热系数的同时， 提高隔音、 耐火耐水的性能， 并适宜各种机械加工。它的主要用是作为建筑材料使用。由于其具有足够的抗冲载荷能力以及良好的耐水性 ， 可以用来铺地板或板。空心板具有良好的隔热、 隔音 、 重量轻等性能广泛用于工业建筑、 体育建筑、 住宅和旅馆建筑等此外它表面光滑 ， 装饰性好。 3 5 2 石膏刨花板 9 石膏刨花板是以石膏为胶粘剂 ， 木质材料的刨 花为增强材料 ， 添加适量 的化学助剂和水 ， 采用半 干法生产工艺 ， 在受压状态下完成石膏与木质材料 的固结而形成的建筑材料。 它兼有石膏和木材的双 重特点 ， 具有轻质 、 高强度 、 隔音、 隔热 、 防火 、 防水、 抗蛀和可钉 、 可锯 、 可装饰等优良物理力学性能， 并 具有性能稳定、 安装简便和经济实用等特点， 广泛 用于建筑工程中做不承重的内墙板 、 天花板 、 隔音 板等。 4 结语地球是人类赖以生存的共同家园，保护资源 、 保护环境是全人类的共同使命。 针对我国有限的森 林资源 ， 大力开发木质复合材料 ， 将木材( 包括其各 种形态 ： 如刨花 、 纤维 、 单板及一些木材加工剩余 物) 、 其它木质材料( 农作物秸秆 、 废纸 、 其它植物) 与非木质材料复合 ， 是木材工业的发展重点。 此外 ， 在研究开发具有较高力学性能的结构木质复合材 料的同时，应着重研究开发一些具有某些特殊功 能， 例如 ： 阻燃 、 抗静电、 电磁屏蔽等功能性木质复合材料， 并应用于环境， 创造安全 ， 舒适的生活和工 作环境， 以满足社会需要和人们生活质量的提高。 参考文献【 1 】王荣国， 武： E莉等 复合材料概论【 M】 哈尔滨工业大学 出版社 ， 1 9 99 8 【 2 】张双保， 杨小军 木质复合材料的研究现状与前景m 建筑人造 板， 2 0 01 ， 2： 3 - 6 【 3 】陈文达， 周亚光木塑复合材( WP C) 叽中国木材， 1 9 9 3， 5： 2 5 - 2 7 【 4 】 王恺 木质纤维复合材料 ： 一种有发展前景的复合材料叽 木材工 业， 1 9 9 4， 4( 2 ) ： 3 2 【 5 】罗朝晖， 朱家琪， 黄泽恩 木材， 金属复合材料的研究叽 木材工业 ， 2 0 00， 6： 2 5 2 7 【 6 】 6 张齐生， 孙丰文我国竹材工业 的发展展望叽 林产工业 ， 1 9 9 9， 2 6 ( 4 ) _ 3 5 【 7 】林峻峰 木陶瓷的开发应用叽四川林勘设计 ， 2 0 0 2， 2： 5 2 - 5 3 【 8 】王红， 陈晓林水泥刨花板的现状及应用【J】 林业机械与木工设 备， 2 0 0 0， 2 8 ( 2 ) ： 7 - 8 【 9 】 9 李新功， 郑霞石膏刨花板生产工艺简介j 林业机械与木工设 备， 2 0 0 0 ， 2 9( 2 ) ： 3 0 - 3 1 环境材料学课程论文题 目：木质复合材料及其在室内环境中的应用学 院： 化学工程学院 专 业： 材料化学班 级： 082学生姓名： 董浩 学 号：050821236电子邮箱： donghaoaixuexi 2011 年 6 月6 / 6文档可自由编辑打印