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【力美新材料】木材和天然纤维复合材料应用现状

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2018.04.20
信息摘要:
越来越多的公司在消费品中专门使用木材和天然纤维塑料颗粒,比如像表壳、玩具、梳子或托盘——独特的外观和感觉给人一种高价值产品的印象,并受到客户…

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WPC和NFC消费品正进入更大的市场

越来越多的公司在消费品中专门使用木材和天然纤维塑料颗粒,比如像表壳、玩具、梳子或托盘——独特的外观和感觉给人一种高价值产品的印象,并受到客户的好评。多年来,科研院所和工业实验室一直致力于木塑复合材料(WPC)和天然纤维复合材料(NFC)的研发,并将这些材料用于消费品的小批量生产。迄今为止,有关的批量仅在装饰市场可以见到。但似乎现在已经到了将这些材料进行规模化生产的时候了。最终的产品外观更精致,就像纯塑料制品一样;由于使用了木材和天然纤维,它们很引人注目,看起来更天然,并且触感非常好,所需的塑料也较少——这有利于对环境的影响。其机械性能也不可小看。但最重要的部分就是:这种产品对消费者有吸引力。

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Yong 用竹纤维制成的NFC 托盘。图片来源:nova-Institut 有限公司。


在2015年11月,德国(DE)智宝(Tchibo)公司上架了一种WPC 制成的床头柜钟;两个星期后,则是一系列泰国(TH)Plantoys 公司的玩具。这些玩具都是用老橡胶树的木材颗粒作为填料的。玩具的表面有一种很好的橡胶般的触感,与传统塑料完全不同。竹纤维在消费品中的使用也越来越频繁,如瑞士(CH)的有机餐馆Yong所使用的托盘。德国连锁药店DM公司一直在销售一种由30%的木材和70%的生物基PE 制成的梳子,已经大约有三年时间了,并且最近增加了第二种模型。所使用材料的特殊功能是抗静电。德国ebelin梳子属于“DM”的天然品牌,涵盖了卫生、化妆品和洗涤剂等用生物基原料制成的产品。


市场数据

欧洲每年大约生产40万吨木塑复合材料(WPC)和天然纤维复合材料(NFC)。其最重要的应用市场是装饰,用于汽车内饰和消费品的轻质部件,例如玩具。在nova-Institute最新的市场研究报告《木塑复合材料(WPC)和天然纤维复合材料(NFC):2012年欧洲和全球市场及在汽车和建筑领域的未来发展趋势(http://bio-based.eu/markets)》中,列出了60家商用WPC和NFC颗粒生产商及贸易商的网络地址,以及他们所使用的塑料和纤维。


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智宝公司的WPC 床头柜钟。图片来源:nova-Institut 有限公司。


木材和天然纤维复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。木质纤维在许多变体中都有使用;天然纤维的主要竞争者是竹子、亚麻和大麻。过去几年里,许多生产商、全球企业和类似的中小型企业都有业务。只有新开发的专业基础设施才使消费品制造商能够利用新材料,并且没有技术风险。更高的质量看起来远超过为稍高的颗粒奖品所做的补偿。在欧洲,所有纤维增强复合材料生产总额的15%(等于40万吨)是用木材,或类似大麻、洋麻等韧皮纤维的天然纤维来增强的。


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DM 药店供应的WPC 梳子。图片来源:nova-Institut 有限公司。


这些15,000吨所谓生物基复合材料只有一小部分是注塑成型的,在2012年,纤维的平均含量为42%。根据novainstitute对于此种复合材料的调查,所选择的聚合物92%是聚丙烯(PP);使用生物基聚合物基体的比例为6%,剩下的2%使用了聚乙烯(PE)基体。在注塑成型里,木纤维占了80%的份额;应用的其他纤维来源还有木浆、竹子、麻等天然纤维,以及草和纤维素废料等。与挤出WPC或模压NFC制品相比,为什么注塑成型的WPC和NFC产物的总量仍这么小?


专家认为,可以在市场结构中找到许多具体的原因。生物基颗粒的价格往往比传统颗粒的更高,而且有关这种材料的知识需要了解得更多,也就是说,既不是塑料,也不是木材,但却具有新特性的复合材料。生物基颗粒的技术销售成为了一项挑战,并且很容易就给贸易人员带来挫败感,在过去这是一项相对容易的工作——也即单纯根据价格来出售标准的塑料颗粒。


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Plantoys 公司用橡胶树颗粒作为填充物的游戏火箭炮,可在智宝公司以及其他公司买到。图片来源:nova-Institut 有限公司。


首先必须具备通过新的工艺参数来控制工艺过程的能力,比如化合物的附加干燥,或者降低工艺温度的必要性等。与标准的聚合物相比,使用天然纤维也使得工具表面更好,且更加有必要。如果WPC或NFC颗粒在加工前没有得到充分的干燥,基体中木材含有的水分就会在高的加工温度下释放出来,并促使有机酸从半纤维素中自由分离,然后腐蚀金属部件。其结果是,模具表面变成褐色或黑色,且注塑部件的表面看起来不够好。


集中清洁和使用表面添加剂是短期的措施,但若要取得长期的成功,则需要集中预干燥。加工人员必须了解所有不同于标准聚合物工艺的变化,如较低的温度。好的结果往往不会通过在塑料标准加工过程中测试WPC来轻易获得,令人沮丧的经验使得用户得出了WPC不起作用的结论。在注塑成型中,过程控制是使用生物基复合材料最大的市场障碍之一。


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德国科隆“WPC & NFC 大会”的与会者。图片来源:nova-Institut有限公司。


到目前为止,主要是一些小的制造商和贸易商在供应WPC和NFC颗粒,利用有限的技术支持和经常缺失的数据来模拟。但自从普立万(PolyOne),这家化合物领域的世界领先企业之一开始供应他们新开发的新材料时,情况正在发生变化,这种新材料是用特殊的工业生产木质纤维来增强的:普立万开启了天然纤维增强解决方案在许多高要求的终端应用和市场的工业应用,包括汽车领域。普立万的reSound™NF在形状和性能方面具有较高的稳定性,在全球范围都有供应。这两个特性是天然纤维在汽车领域的应用中最重要的跨越。普立万的reSound™NF含有的生物基容量占到了重量的30%,由一类轻质工程木质纤维增强热塑性塑料,以及一种新的耦合技术和一项特定的合成工艺组成。到目前为止,reSound NF已经在经过第一个官方OEM批准的情况下,在一个至关重要的半结构应用上证明了其在汽车应用上的轻质潜力,并且继续由几个关键OEMs和其层级进行评估。


“2015年木材和天然纤维复合材料奖”


2015年12月16日晚上,令人垂涎的“木材和天然纤维复合材料奖”颁奖典礼在德国科隆最大的国际“WPC & NFC大会”上举行。该奖项突出了木塑复合材料(WPC)和天然纤维复合材料(NFC)领域2015年进入这个市场或即将很快推出的新材料和新产品。超过220名与会者从六个提名中选出了三个获奖产品。



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    WPC NFC 奖的获胜者。图片来源:nova-Institut 有限公司。

“木材和天然纤维复合材料奖”已经是第五次举办了。除了申请的25 家公司,评审团提名了六家。在会议的第一天,每个被提名的公司都用10分钟的演讲向与会者介绍了其新的材料或产品。220名与会者选出了三位获奖者。该奖项的提名是在晚宴期间举行的,由德国科倍隆公司(Coperion)提供赞助。科倍隆在复合和挤出技术方面处于国际市场领先地位。到目前为止,与会者们选择了天然纤维增强的,100%生物基的棺材作为赢家(荷兰的onORA BV,NL)。该产品是注塑成型的,具有很大的设计自由以及各种形状和颜色。这种生物基复合材料使得棺材可以进行生物降解,而且也是生物复合材料新的大批量应用的一个例子。生命周期评估显示其二氧化碳排放量不仅比传统的棺材低,而且还比其他环保棺材的二氧化碳排放量低。


第二名也是荷兰的(Millvision BV),其产品是用农产品剩余纤维制成的一种可降解生物复合材料花盆。这些花盆是用种植的辣椒和番茄等农业剩余纤维制成的,生物基塑料很具有价格竞争力。它们可用于树木苗圃和花园,而且仅在在几个月内就会发生冷土壤生物降解。这种新的花盆可以作为肥料,促进植物的生长,从而防止了油基容器中废塑料的产生,以及相关费用。

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       第三名授予了纤维素纤维增强聚苯乙烯乐器,该产品由芬兰公司Aqvacomp Oy和Flaxwood Oy合作开发。这些复合材料具有替换许多珍稀的濒危树种的潜力。已经开发出了多个具有相同特性分布的配方,可以用于各种乐器,例如纤维素纤维复合材料取代了西番莲木用于单簧管。该单簧管是由奥地利生产商Klarinetts 生产的。其组件具有极好的热和耐湿性,降低了木制乐器典型的调音问题。


成长迅速的市场

在德国Friedrichshafen展览中心举办,Fakuma展会是世界上塑料颗粒注塑和挤出领域最大的盛事,来自117个国家的46,000专业观众和来自36个国家的近1800家展商参展。这项研究的主要作者于2015年10月参观了Fakuma 展会,并调查了WPC和NFC颗粒的市场形势。


越来越多的分销商开始将WPC和NFC 颗粒列入其计划,但在市场推广方面仍然有困难;许多人只是在最近一两年内才进入这一领域。在另一方面,该行业的大经销商已经纷纷退出了,并不指望在可预见的未来有足够的业务量。鉴于目前WPC和NFC的重要性相对较低,在Fakuma展会上,他们各自的颗粒展示得很卖力,推广得非常集中。在欧洲市场一共可以找到约60家WPC/NFC 颗粒的供应商(其中许多在Fakuma展会上有展出);他们中的大部分目前每年的生产量少于1000吨;每年产量超过5000吨的供应商不到十家。


对于WPC和NFC来说,目标市场以及全面的技术知识是必不可少的。为了提供100%的生物基复合材料,目前许多WPC和NFC项目正在进行中,包括生物基聚合物项目。例如,汽车用天然纤维聚乳酸(德国劳士领R?chling和荷兰Corbion合作研发的Plantura ™)和儿童玩具。提高耐冲击性是研究和开发中最重要的主题。另外,一些全新的应用领域正在向市场推出,如建筑物里面用于地板和保温的WPC板材。总体来看,虽然是小规模的,但WPC/ NFC 颗粒市场比整个市场的成长更加迅速。

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