木塑復合材料對白腐菌的耐久性研究

李大綱 葉永連(南京林業大學 南京， 210037)

木塑復合材料是以鋸末、木屑、竹屑、稻殼、麥秸、大豆皮、花生殼、甘蔗渣、棉秸稈等低值生物質纖維為主原料，與塑料合成的一種復合材料。 它同時具備植物纖維和塑料的性能優點，適用范圍廣泛，幾乎可涵蓋所有原木、塑料、塑鋼、鋁合金及其它類似復合材料的使用領域，同時也解決了塑料、木材行業廢棄資源的再生利用問題。于是尋找一種能替代木材的材料便成為解決這一矛盾的理想方法。 考慮到廢舊塑料對環境的嚴重污染性，所以開發木塑復合材料這一新型的綠色環保材料便成為大勢所趨。

1 木塑復合材料的性能特點

因為木塑復合材料是將木質纖維和塑料復合而成，因此它兼具木材和塑料的性能優點，同時又克服了木材和塑料的一些固有缺點，其具體優良性能具體可概括如下：

1）有類似木質外觀，比塑料硬度高；

2）具有優良的物理性能，比木材尺寸穩定性好，不易產生裂縫、翹曲、無木材節疤、斜紋，加入著色劑、覆膜或復合表層可制成色彩絢麗的各種制品；

3）具有熱塑性塑料的加工性，容易成型；

4）有類似木材的二次加工性，可切割、粘接，用釘子或螺栓連接固定，可油漆，產品規格形狀可根據用戶要求調整，靈活性大；

5）使用壽命長，不怕蟲蛀、耐老化、耐腐蝕、吸水性小，不會吸濕變形；

6）能重復使用和回收再利用，屬綠色材料；

7）維護費用低。

白腐，即白色腐朽。白腐菌主要破壞木質素，同時也能破壞纖維素。 受害木材在干燥時表面開裂。它多呈白色或淺淡黃白色，有的材質松軟，狀如海綿，稱海綿狀腐朽；有的材色呈淺紅褐色或褐色，而具有大量淺色或白色斑點，并現露出纖維狀結構，其外觀似蜂窩狀篩孔，故亦稱為篩孔狀腐朽，或叫腐蝕性腐朽。

木塑復合材料是由塑料和木纖維，或植物纖維復合而成，當其長期用于戶外時，陽光、雨水以及溫度等都為腐朽菌的生長提供了客觀條件，因此其遭受腐朽菌的腐朽也就再所難免。

2 試樣材料及方法

2.1 試驗材料

本論文共選用了5 種材料，高密度聚乙烯（HDPE）和稻糠粉末復合的木塑復合材料、PP 木塑復合材料、PVC 木塑復合材料、夾竹條的木塑復合材料和楊木。 并鋸制成20×20×10mm的小試件若干。

2.2 試驗方法

2.2.1 菌種的選擇

參照國家標準GB/T1394.1-92 木材天然耐腐性實驗室試驗方法，白腐菌選用采絨革蓋菌（Coriolus versioolor（L.ex Fr.）Quél.）

2.2.2 試驗步驟

首先進行平面培養基的培養，待菌絲生長后，再將其接種到裝有河沙木屑培養基的三角燒瓶內，等菌絲在河沙木屑培養基上生長10 天左右，即待瓶內的培養基表面長滿菌絲時，便可放入試樣受菌侵染。 最后放入恒溫恒濕箱中培養3個月。 恒溫恒濕箱的濕度設定為80%，溫度為28℃。

注：試樣受菌侵染前應放入60℃烘箱中烘至恒重，并記為初始重量（W1）

2.3 試驗結果與分析

2.3.1 腐朽前后重量損失

試驗結束后取出試樣，放入60℃烘箱中烘至絕干，稱其重量記為W2，。 根據公式計算重量損失率。

從圖1 可以看出，試驗中楊木的損失率最大，高達40.5%，根據木材耐腐性試驗標準可劃分為不耐腐性樹種。 據報道白腐菌對楊木的侵入方式，最先侵蝕導管，并在導管腔內大量繁殖。 但導管中的菌絲體很快通過紋孔進入相鄰的組織中，故導管的胞壁減薄程度和被破壞速度均小于其它組織。射線和軸向薄壁組織的侵入略遲于導管，或與導管同時，但胞壁減薄程度和速度均高于其它組織。 菌絲在這類組織的胞壁上迅速形成鉆孔，并分解胞壁物質，使其形成溝壑或逐漸溶解，直至最后破裂或部分消失。 在各類組織中木纖維最后才受到侵蝕，但發展速度極快。其它4 種材料由于夾竹條的木塑復合材料中間夾有竹條，其裸露的端頭部位使得菌絲很容易進入內部生長，故相對于其它三種塑木復合材料其重量損失率最大，達到5.1%。 經過發泡的PVC 木塑復合材料也較PE 和PP 木塑復合材料重量損失率高，相比之下PE 木塑復合材料的耐白腐性最好。

2.3.2 腐朽前后吸水性能

從圖2 和圖3 可以看出，在室溫條件下，無論是白腐過的材料還是未經腐朽的材料，隨著吸水時間的增加，材料的吸水率也隨著增加，當經過624h后，各種材料都達到了吸水飽和點，但各種材料之間存在著較大的差異。 未經腐朽的楊木經過1h 吸水率就達到了39.192%，而4 種木塑復合材料經過吸水1h，其吸水率仍很小，PVC 木塑復合材料稍微高點也只有3.914%，而PP 木塑復合材料僅有0.86%，這是由于木塑復合材料中的木質纖維被塑料所包裹，而塑料本身是不吸水的。 比較材料腐朽前后吸水性的變化，白腐過的楊木，吸水1h，吸水率高達255.102%，是未腐朽楊木的6.51 倍。 腐朽過的PVC 木塑復合材料吸水1h，其吸水率增長也較快，是未腐朽過的5.15 倍，其它三種材料經過白腐，第1h的吸水率都高于未腐朽的材料，但變化不是很大。 比較飽和點時的吸水率，白腐過的楊木為363.48%，是未腐朽的2.34 倍；白腐過的PVC 木塑復合材料的吸水率為69.355%，是未腐朽的1.74 倍；白腐過的夾竹木塑復合材料吸水率為13.29%，是未腐朽過的1.15倍；白腐過的PP 木塑復合材料為10.618%，是未腐朽過的1.73 倍；白腐過的PE 木塑復合材料吸水率最小，為6.256%，但也是未腐朽過的1.17 倍，可見在室溫條件下，白腐對木塑復合材料的吸水性影響還是挺大的。

2.3.3 厚度方向膨脹性

從圖4 和圖5，可以看出，在室溫時，隨著吸水時間的增加，試件的厚度方向也隨之膨脹，即厚度方向的膨脹率逐漸增大，最終達到一個平衡值，即試件不再吸水，厚度方向的尺寸不再變化。 比較試件腐朽前后的變化情況，白腐過的明顯大于未腐朽的該種材料，其中夾竹條的木塑復合材料未腐朽的室溫時的最大膨脹率為0.641，而白腐過的該種材料最大膨脹率為0.68；PE 木塑復合材料未腐朽過的在室溫時最大膨脹率為0.595，而白腐過的增加到0.642；PVC 木塑復合材料未腐朽過的室溫時最大膨脹率為0.73，白腐過的增加到0.78；PP 木塑復合材料未腐朽過的室溫時，最大膨脹率為0.402，白腐過的增加到0.657；未腐朽過的楊木室溫時最大膨脹率為3.64，白腐過的為4.12，可見在室溫時白腐對材料厚度方向的膨脹性還是有影響的，但影響不是很大。就最大膨脹率而看，楊木厚度方向的尺寸變化率遠遠大于4 種塑木復合材料。白腐后的4 種材料厚度方向尺寸變化率從大到小的順序是：PVC 木塑復合材料、夾竹條的木塑復合材料、PP 木塑復合材料、PE 木塑復合材料，這與白腐前的材料厚度方向尺寸變化率大小排列順序相一致。

2.4 小結

（1）木塑復合材料的耐白腐性遠遠高于楊木，重量損失率都小于10%，屬于耐腐性材料，四種木塑復合材料之間，以PE 木塑復合材料的耐白腐性最好，其次是PP 木塑復合材料，而夾竹條的木塑復合材料的耐白腐性最差，但四種材料之間都相差不大，重量損失率最高者為5.1%，最低者為2.6%。

（2）經過白腐試驗后，5 種材料的顏色都發生了不同程度的變化，以楊木的試驗前后顏色變化最大。 PVC 木塑復合材料試驗前后顏色變化大，PE木塑復合材料試驗前后顏色變化較大，夾竹條的木塑復合材料和PP 木塑復合材料白腐試驗前后試樣的顏變化色差較小。

（3）四種木塑復合材料經過白腐后，材料的吸水率和厚度方向的膨脹率都較腐朽前有所提高。

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