没用的“边角料”变成家族“小骄傲”!
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没用的“边角料”变成家族“小骄傲”!

2024-11-23 20:50:38
详细介绍:

  在华南农业大学王清文教授的办公室内,记者见到了各种颜色和结构的地板、墙板、立柱等建材。这些建材并非常见的实木、高密度板或金属,而是由木塑复合材料(以下简称木塑)制成。

  王清文介绍,木塑是一类以热塑性塑料(PE、PP、PVC等)为基体,以木质纤维(木/竹材加工剩余物、农作物秸秆等)为填充增强材料,通过熔融复合、挤压成型(挤出、注塑、模压)而制备的复合材料,是农林生物质资源和废旧塑料大规模高效利用的重要方法,也是一类综合性能突出而且生态和经济的效果与利益显著的环境友好材料。从科学原理上讲,热塑性塑料通过加热可以把细碎的木质纤维包覆起来,并能制作成各种形状和大小的建材,其中的木质纤维又能大大的提升建材整体的强度和硬度。

  木塑技术最早始于美国,但传统木塑有两个缺点,一是材料强度不够,比较脆,容易蠕变;另一点是不防火,耐候性不佳。但经过王清文团队20多年的技术攻关,这两大缺点如今已被成功克服。

  获得技术发明奖,王清文团队的创新之处是在动态界面流变理论创新的基础上,利用多元复合、协同增效策略,不同组元优势互补,最终突破了传统木塑易蠕变脆断等技术瓶颈,创建了轻质高强、多功能、节能高效的木塑制造新技术,实现了农林生物质小材大用、劣材优用、循环利用。同时,这类木塑材料的所有原料,不仅不含甲醛,也没有芳烃类物质,并且不含重金属,因此不需要过多的担心木塑建材的环保问题。

  王清文介绍,团队此次获奖的重要原因,正是技术转化落地后产生的重大正面影响。2023年,全中国木塑材料产量已近500万吨,团队技术对该产业的发展贡献度非常高。

  团队从2000年开始研究木塑复合材料技术。当时,王清文来到木塑技术的发源地美国学习。2006年,正当美国学者已觉得木塑技术的缺陷难以攻克选择放弃时,王清文却在有关技术上实现了突破。

  “我们自己的技术出来后便开始指导企业。2012年,我们就以此技术拿到了国家科技进步奖二等奖。那时,全中国的木塑产量就已达到30万吨。从2011年到2023年,我们进一步改良技术,并不断做技术的推广。与此同时,全国木塑产量从30万吨增长到近500万吨,速度很快。在我国,每年有几亿吨的木材下脚料、竹材、秸秆等生物质资源可通过,还有大量可再生塑料能够正常的使用,在环保慢慢的受到重视的当下,很多地方政府和企业都很希望我们的技术能进行转化落地。”王清文介绍。

  据悉,目前国内使用王清文相关木塑技术的企业已有数十家,其中还有两家公司是上市企业,未来,王清文希望上市企业能够进一步形成引领带动作用,带动整个木塑行业更快地发展。

  王清文介绍,木塑材料的制作是一项重要的生物基技术应用。 生物基是指利用可再生生物质如秸秆、竹木粉、动物皮毛废弃物等,通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型物质。最重要的包含生物基燃料、生物基塑料、生物基平台化合物、生物质功能高分子、功能糖产品、木基工程材料、皮革基服役材料等产品,具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。 “总的来说,生物基主要有两大应用方向,一是能源,二是材料。”

  目前,王清文团队还在不断的提高木塑材料的指标性能和各项技术,并尝试开发木塑的新应用场景,“我们目前正在尝试用生物质材料制作风力发电机的风电叶片,以应用于绿色能源产业。”在华农,木塑材料已有专门的中试车间,可以制成各类成品向厂家展示,而学生们也可以来到中试车间开展生产实践。

  绿色低碳木塑 属于典型的生态建材,在生产的全部过程中,可以大量使用大宗固废,木、竹、秸秆、废旧塑料等,为固废的循环利用找到一条重要出路,是破解环境污染“顽疾”、助力“双碳”目标实现、变废为宝的有力手段。

  轻质高强综合物理力学性能优良。经过团队全新技术制造的木塑材料,其强度和韧性都相当的好,不但可以做地板,还可以做柱子、房梁等承重材料,因此可完全用木塑材料盖一座“木屋”甚至是三层小别墅。

  材料耐候性好具有耐水、防潮、耐腐、防蛀等优势,在景区公园,使用木塑材料盖亭台楼阁,不但可以保留中式美学的木质美感,也不需要过多的担心虫蛀、腐朽等问题。“木塑材料中,塑料将木质纤维包覆起来,塑料能阻挡微生物的孢子传播,这就实现了物理上的防潮、防腐。”

  材料可循环利用木塑材料能轻松实现20年免维护,20年以后,材料能重新破碎造粒循环再利用,“我们在实验室模拟的结果为,木塑材料循环了7次之后,强度损失仍不超过15%,也就是说,其85%的性能能够保留。”

  生产所带来的成本低木塑材料在生产成本上已低于实木材料,并且不会像原木地板那样容易开裂腐朽。 因此,未来在消费的人的接受度逐渐培养起来后,有望占据更大的建材市场份额。

  制备木质纤维木质纤维的来源可以是木、竹、秸秆甚至家具加工产生的木屑、砂光粉等生物质原料;工业上,通过粉碎、改性、干燥、筛分等技术,可以制备得到木质纤维。

  共混造粒将木质纤维与热塑性塑料、加工助剂按照特殊的比例混合,再通过工业设施共混造粒,就能够获得木塑颗粒。

  挤出成型将木塑颗粒经过一系列工业设施挤出成型,就可以直接生产出地板、墙板、柱子、房梁等各种建材。

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