木塑復合材料在園林建設中的應用綜述★

孫慶輝

(廣東理工學院建設學院，廣東 肇慶 526000)

1 發展木塑復合材料的意義

受工業快速發展的影響，我國甚至全球都面臨環境污染和能源短缺問題，此問題的出現也更加引起了全球人們的關注[1]。造成此情況的出現主要是森林資源的嚴重砍伐造成日漸枯竭，頻頻出現自然災害，如沙塵暴頻發、泥石流山體滑坡現象等。為此，必須保護生態環境，堅持“可持續發展”戰略。對木材的使用提出了兩個要求:1)采伐方面：尋找合適的木材替代品，降低木材采伐量；2)利用率方面：木材在加工成產品時25%～30%邊角料都成了“廢棄物”，如何把這些“廢棄物”再利用，提高木材利用率是值得思考的問題[2]。

在這種形式下，木塑復合材料產品應運而生，它的代木作用對節省木材資源起到了不容忽視的作用，在現代景觀設計中廣泛應用。木塑料復合材料這種新產品充分體現了可再生資源高效利用和循環利用，它的出現緩解當下木材資源短缺問題、廢物循環利用困難問題、環境污染嚴重問題等，具有十分重要的意義。

木塑復合材料是一種利用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等熱塑性塑料與木屑、稻殼、秸稈等資源豐富的天然植物纖維材料通過一定工藝制成的一類新型復合材料。從生物質資源利用的角度來看，開發木塑復合材料顯得尤為重要。生物質的利用主要有兩種方式，即生態環境材料(生物質材料)和可再生能源(生物質能源)。將木材及其加工殘渣、秸稈等生物質材料與熱塑性塑料、橡膠、合成纖維及其廢棄物等高分子材料復合，制備高性能的木塑復合材料，是高效利用生物質資源的有效途徑。由生物質纖維或粉末制成的木塑料復合材料產品可在棄置后循環再用。對于經多次循環再造后降解嚴重的木塑料復合材料物料，可用作燃料或裂解原料以生產能源。可見，生物質→木塑料復合材料(循環利用)→生物質能，這種生物質資源利用模式是一種集約型、長產業鏈、高附加值、高效率的利用模式，完全符合發展循環經濟、建設節約型社會的要求[3]。

2 木塑復合材料的主要類別

木塑料復合材料的生產加工技術多樣，如擠出成型技術、熱壓成型技術、模壓制作技術。

多種原料和多種加工工藝的搭配與調整，使最后的成品也有著諸多變化和種類[4]。

2.1 以塑料原料劃分的木塑復合材料

在制作木塑復合材料中需要使用一些熱塑性塑料作為原料，生產中常用的塑料是原生或回收的聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)等，將不同類型的塑料基與生物質纖維植物(木粉、秸稈、麻等)相結合，并進行加工處理，便可獲得不同類型的木塑復合材料。

目前，大部分現代園林景觀中的建筑部件、雕塑、鋪板等使用的木塑復合材料都是利用回收或新制的PVC，PP作為原料較多，據統計2010年—2020年與2002年相比，木/PVC的需求量增加了200%，木/PP復合材料需求量增加了130%，木/PE的需求量增加了40%。

2.2 以纖維原料劃分的木塑復合材料

目前木塑復合材料所使用的纖維原料基本都是生物質纖維，與礦物纖維相比，生物質纖維原料具有來源廣、價格低、重復加工、天然再生、可生物降解、密度低、長徑比大、比表面積大等特點。此外，生物質纖維作為熱塑性塑料的增強材料也表現出良好的力學性能，例如：比強度高、硬度低、對加工設備磨損小等優點。

1)木材纖維增強木塑復合材料：木纖維原料來源于天然的木材，木材在加工產品后剩余物都可再次加工出相應長短不同的木纖維甚至還可以直接使用，例如，細顆粒、鋸末、鋸屑、砂光粉[5]。但不同樹種的木材纖維對復合材料的強度有很大的影響，并且它們的形態、大小、對復合材料的強度均有影響，要求細長木材纖維占大多數，通常采用云杉、冷杉、松木等針葉樹材為主，也可少量混用闊葉樹材。

2)非木材植物纖維增強木塑復合材料：非木材纖維植物原料是指除木材以外的能夠提供纖維的植物材料。它們主要包括草莖類、禾本科類和竹材類。使用非木材纖維植物生產木塑復合材料在技術上是可行的。常用非木材纖維植物原料包括麥秸、稻草、稻殼等。非木質纖維植物多為一年生植物，具有產量高、種植面積大、易收集、價格低廉等優點。非木材植物纖維作為生產原料也有著以下問題需要注意：a.非木材植物纖維原料多指農作物秸稈類材料，由于質地疏松，因而堆積體積較大，儲存相對不方便；b.非木材植物纖維原料的纖維形態、化學組成雖和木材基本相似，但幾種元素還是要高于木材，如含糖量、低分子量的碳水化合物，可能對產品的性能有一定的影響，這就需要通過針對性的配方來彌補這些不足之處；c.纖維中灰分含量問題，非木材植物纖維的灰分含量遠高于木材，個別秸稈纖維甚至高達19%，灰分中的SiO2含量(質量分數)又多在60%以上，導致纖維間的膠結性降低，需要通過對非木材植物纖維原料改性處理。

總之，非木纖維植物原料用于木塑復合材料生產時，應根據原料的特點，從生產工藝、偶聯劑的選擇、設備等方面采取相應的技術措施。

3 木塑復合材料的性能

木塑復合材料的性能取決于構成材料自身的性能、組分之間的相互作用情況、產品設計形式以及使用環境。為了改善木塑復合材料的性能，科學家和制造商一直在努力改進更新生產技術和制造工藝。例如在技術方面，微孔發泡技術，這種技術使得材料的韌性更大、使用壽命更長，并且熱穩定性更好；在設計形式方面，利用新型的共擠出工藝，在產品表面制作保護膜，這樣可以提高耐潮濕和抗菌性。此外，還可以通過添加試劑來增強木塑復合材料性能。

3.1 一般物理力學性能

木塑復合材料與木材(實木)相比：木塑復合材料其剛性基本都小于木材。因目前木塑復合材料產品生產中常用的熱塑性塑料為PE,PP,PS,PVC，不同的塑料基賦予材料性能也會有一定的差異。所以木塑復合材料的剛性取決于采用塑料基種類[6-7]。

表1列舉了園林景觀設計中常用的木材和幾種木塑復合材料力學性能的對比。從抗彎曲強度、彈性模量、密度和吸水率四方面進行比較，木塑復合材料無論是抗彎曲強度還是彈性模量都低于天然木材，但是，吸水率很小，這可以減少真菌因吸水而引起的生長、厚度膨脹和收縮等使用問題。與天然木材相比，木塑復合材料通常具有更好的尺寸穩定性和抗真菌腐蝕性[8]。所以，木塑復合材料的物理性能要優越于木材。在三種木塑復合材料中PVC/WF彈性模量相對較高，達到45.45 MPa，彈性模量5.2 GPa和天然木材相差不大。

表1 木塑復合材料與天然木材(實木)板物理力學性能的對比

3.2 耐老化性能

材料的老化過程主要有氣候老化、熱老化、生物降解。

1)氣候老化方面：氣候因素主要包括溫度、水、大氣污染等。木塑復合材料因利用新型的共擠出工藝，空氣中的水分、溫度變化很難對木塑復合材料造成破壞，原因在于產品表面制作了一層保護膜，保護膜可以提高耐潮濕和抗菌性，使得木塑復合材料具有較好的耐老化性能。

2)熱老化方面：在園林景觀設計中，各種材料常年暴露在陽光下，紫外線對各種材料的使用壽命影響非常大。暴露于紫外線下的任何材料表面都會發生變化，即產生光降解，導致表面變色出現老化。木塑復合材料因在生產過程中考慮到光降解導致材料老化速率加快，故通過添加紫外線吸收劑(著色劑)，有效地起到固色作用。通過實驗測試分析，添加試劑木塑復合材料試件老化1 500 h后其光反射強度基本沒有任何變化，起到抗老化性能。

3)生物降解方面：傳統的園林景觀木質材料都是通過壓縮或浸漬處理解決生物降解問題，不過隨著時間的推移，防腐劑的失效率慢慢降低，甚至還會對周圍環境造成污染，最終出現降解。因此木塑復合材料被認為是一種理想的替代產品。木塑復合材料中的塑料和木材成分按一定比例混合。由于木塑復合材料是連續的塑料相，木材顆粒可以被很好地封閉起來，沒有水分或真菌。塑料基質的拒水性及其固有的高抗腐蝕性能提供足夠的抗生物降解性。隨著技術的進步，木塑復合材料防止生物降解的手段也有了更好的處理方法。在制作過程中加入防腐化學劑。通過對比綜合性能較好的Borogard ZB防腐劑，在抗生物降解等方面其表現最好。通過相應實驗測試分析，將其應用于50%～70%木含量的PE/WF復合材料鋪板，質量損失從10%～20%降到1.1%，添加防腐的PE/WF復合材料鋪板表面沒有出現木纖維被真菌腐朽后留下的空洞。

3.3 其他性能

隨著木塑復合材料應用領域的不斷擴大，人們越來越需要全面了解它的多方面性能，如蠕變、流變性、防火性等，以改進制造工藝、滿足不同使用場合的要求。

4 木塑復合材料在園林景觀中的應用

近年來，木塑復合材料進入新的市場，應用領域不斷擴大，越來越多地在各個領域取代其他傳統材料。由此可見，木塑復合材料開始深入到建筑行業，家居裝飾行業、園林景觀行業等，在園林景觀行業尤為興盛。在園林景觀設計中，木塑復合材料產品主要運用到地面鋪裝、雕塑小品、景觀設施、景觀建筑等地方。

4.1 景觀棧道鋪板設計應用

木塑復合材料鋪板在現代園林景觀設計中廣泛應用，如景觀棧道鋪裝、庭院鋪裝、濕地公園觀景平臺、立面景墻等，尤其是景觀棧道近些年廣泛應用。這種木塑復合鋪板之所以在現代園林景觀棧道中占有一席之地，是因為這種復合鋪板常年暴露在戶外，受紫外線、潮濕等自然環境因素影響，不容易出現變形、開裂、霉變、蛀蝕、褪色等問題，物理化學性能穩定，并且還具有天然木材的親和性，給整個場地增添趣味。

以廣東理工學院校園中硯湖園景觀棧道中的應用為例，該地區坐落于肇慶市，屬于亞熱帶季風氣候，年平均降雨量約1 650 mm，尤其是在悶熱潮濕的夏季，實木鋪板在這種環境中常年受環境影響容易出現霉變腐爛、蟲蛀等現象。而木塑復合材料鋪板有獨特的抗老化優勢，此復合材料的應用不僅為校園護工后期維護提供了便利，更為校園增添了一條美麗的綢帶。

木塑復合材料鋪板的形式多樣，從產品的形態來看，有實心型、空心型，本案選材采用實心型鋪板，實心型鋪板強度高，在自然環境的影響下，抗老化性能更好，比較適合運用到棧道的地面鋪裝。并且板材表面加工出逼真的木材紋理和材色，使人感到溫暖、親近感(見圖1)。

4.2 護欄設計應用

在園林景觀設計中護欄的設計也是非常重要的一個環節，目前護欄設計所用的材料有石材、防腐木、金屬、玻璃等，護欄形式多種多樣，復雜形式的護欄利用以上幾種材料在加工時可能會出現工序多、效果不好、成本高等問題。而木塑復合材料加工工藝豐富，復雜的造型也可以通過模具一次成型，硬度非常高、安全性好等優點，深受園林景觀行業喜歡。木塑料復合材料護欄產品可定制多種顏色，更加人性化。

木塑復合材料護欄的款式也非常豐富，應用場所的不同，選擇的型材規格搭配也不盡相同。例如：在河道附近，對安全要求比較嚴苛，建議采用大一些的立柱搭和橫梁型材搭配，讓塑木護欄的整體強度更大。120×120塑木立柱搭配90×90塑木橫梁和46×76塑木方通；柱頂到地板平面以上1.2 m，下橫梁離地面平面往上0.1 m～0.15 m為宜，上橫梁高度在地板平面往上0.9 m～1.1 m為宜。塑木護欄的強度全部依靠立柱的穩固度，較大的立柱型材可以讓塑木護欄安全性提升一個檔次，同時靚麗的紅木色搭配草木水景完美融合(見圖2)。

4.3 景觀設施設計應用

花箱在園林景觀設計中是一項不可或缺的一點，起到畫龍點睛的作用，早期的花箱大多是用木材所制作，經不住紫外線和風雨的洗禮，日久天長就出現老化腐朽現象。為了滿足道路景觀需求，可選用木塑復合材料花箱，這種材料具有一定的抗老化能力，不容易出現腐朽、霉變、開裂現象，減輕了園林維護工人的工作壓力。另外木塑復合材料花箱還能有效的防止蟲蟻的破壞，在公園很多孩子容易被美麗的花朵吸引，會離花箱很近，普通木材花箱時間久了出現發霉，里面會出現蟲蟻，很不衛生，而木塑復合材料花箱有效的防止這一缺陷(如圖3所示)。

5 結語

木塑復合材料作為園林景觀設計中使用的一種新型材料，其兼具木材和塑料雙重特性，具有抗老化性、綠色環保、施工方便等性能，廣泛的應用于園林景觀設計中。木塑復合材料的廣泛使用不僅解決了森林資源的短缺問題，還能打造優美、愜意、和諧的人居環境。總而言之，木塑復合材料具備很強的實用性和宜人性。但是，木塑復合材料在園林景觀應用中還存在不夠完善的地方，例如PVC/WF復合材料、PE/WF復合材料、PP/WF復合材料選擇使用場所不當、對這些材料后期維護方式不當等。期望能夠實現木塑料復合材料在園林景觀設計中合理的有效運用，充分發揮其材料多方面的優勢，創造一個美麗的景觀生活環境。