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第1章 绪论：木塑复合材料1

1.1 WPC：价格制约9

1.2 WPC：品牌和制造商10

1.3弯曲强度11

1.4弯曲模量与挠度12

1.4.1铺板板材12

1.4.2楼梯踏板13

1.5热膨胀-收缩14

1.6收缩15

1.7防滑性17

1.8吸水、膨胀与翘曲18

1.9微生物降解20

1.10抗白蚁性22

1.11燃烧性23

1.12氧化与破碎25

1.13光氧化和褪色27

1.14木塑复合材料——产品、发展趋势、市场容量和动态及未解决或部分解决的问题28

1.14.1 WPC产品28

1.14.2公众认知度28

1.14.3 WPC市场容量和动态29

1.14.4 WPC市场的竞争31

1.14.5尚未解决或仅部分解决的研发问题33

参考文献34

第2章 木塑复合材料铺板板材的组分：热塑性塑料35

2.1引言35

2.2聚乙烯35

2.2.1低密度聚乙烯（LDPE）38

2.2.2中密度聚乙烯（MDPE）38

2.2.3高密度聚乙烯（HDPE）38

2.3聚丙烯40

2.4聚氯乙烯41

2.5丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）43

2.6尼龙6和其他的聚酰胺45

2.7结论46

2.8附录：塑料工业技术术语的定义及其缩写和塑料规范的ASTM测试48

2.8.1 ASTM D 883“塑料相关的标准术语”48

2.8.2 ASTM D 1600“塑料相关术语的缩写”49

2.8.3 ASTM D 1784“硬质聚氯乙烯（PVC）和氯化聚氯乙烯（CPVC）的标准规范”49

2.8.4 ASTM D 1972“塑料制品的通用标记应用标准”50

2.8.5 ASTM D 4066“尼龙（PA）注射和挤出材料的标准分类方法”50

2.8.6 ASTM D 4101“聚丙烯注射和挤出材料标准规范”50

2.8.7 ASTM D 4216“硬质聚氯乙烯（PVC）和相关PVC及氯化聚氯乙烯（CPVC）建筑产品的标准规范”50

2.8.8 ASTM D 4396“常压塑料管及配件用硬质聚氯乙烯（PVC）和氯化聚氯乙烯（CPVC）的标准规范”51

2.8.9 ASTM D4673“丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）塑料及合金模压和挤出材料的标准分类方法”51

2.8.10 ASTM D 4976“聚乙烯塑料模压和挤出材料标准规范”51

2.8.11 ASTM D 5203“回收废旧HDPE模压和挤出材料的标准规范”52

2.8.12 ASTM D 6263“硬质聚氯乙烯（PVC）和氯化聚氯乙烯（CPVC）挤出棒材的标准规范”52

2.8.13 ASTM D 6779“聚酰胺（PA）模压和挤出材料的标准分类方法”53

参考文献53

第3章 木塑复合材料的组分：纤维素和木质纤维素填料55

3.1引言55

3.2美国WPC专利中关于纤维素填料的简要历史57

3.2.1 WPC初期：热固性材料58

3.2.2纤维素在热塑性复合材料中作为增强组分59

3.2.3改善WPC的力学及其他性能60

3.2.4改善填料与聚合物基体的相容性：偶联剂62

3.2.5木塑复合材料中除HDPE以外的塑料64

3.2.6纤维素-聚烯烃复合材料粒子66

3.2.7发泡的木塑复合材料67

3.2.8可生物降解的木塑复合材料68

3.3作为填料的木质纤维的一般性质68

3.3.1化学成分68

3.3.2木质素的不利影响71

3.3.3半纤维素的不利影响：蒸气爆破71

3.3.4长径比72

3.3.5密度（比重）73

3.3.6颗粒尺寸74

3.3.7颗粒形状74

3.3.8颗粒尺寸分布74

3.3.9比表面积75

3.3.10含水率和吸水性75

3.3.11填料的吸油性75

3.3.12燃烧性76

3.3.13对复合材料力学性能的影响76

3.3.14对塑料和复合材料褪色和耐久性的影响77

3.3.15对热熔黏度的影响78

3.3.16对成型收缩率的影响79

3.4木纤维79

3.4.1木粉79

3.4.2锯末80

3.4.3稻壳80

3.5长天然纤维83

3.6造纸污泥84

3.7 Biodac？85

3.7.1 Biodac？释放的VOC85

3.7.2稻壳和Biodac？在WPC中作抗氧剂87

参考文献87

第4章 木塑复合材料的组分：矿物质填料94

4.1引言94

4.2矿物质填料的一般性质95

4.2.1化学组成95

4.2.2长径比95

4.2.3密度（比重）96

4.2.4粒子大小96

4.2.5粒子的形状97

4.2.6粒子大小的分布98

4.2.7粒子的表面积98

4.2.8含水率：吸水能力98

4.2.9吸油能力98

4.2.10阻燃性能99

4.2.11对复合材料力学性能的影响99

4.2.12对热熔体黏度的影响100

4.2.13对成型收缩率的影响100

4.2.14热性质101

4.2.15颜色：光学性质101

4.2.16对塑料和复合材料褪色及耐久性的影响101

4.2.17健康性与安全性102

4.3填料102

4.3.1碳酸钙（CaCO3）102

4.3.2滑石粉105

4.3.3 Biodac？（一种纤维素和矿物质填料的混合物）109

4.3.4硅土（SiO2）112

4.3.5高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）113

4.3.6云母113

4.3.7硅酸钙（CaSiO3）114

4.3.8玻璃纤维114

4.3.9粉煤灰114

4.3.10炭黑119

4.4纳米填料和纳米复合材料119

4.5结论121

参考文献122

第5章 木塑复合材料的组分：偶联剂124

5.1引言124

5.2本章概述125

5.3马来酸化聚烯烃（POLYBOND、INTEGRATE、FUSABOND、EPOLENE、EXXELOR、OREVAC、LOTADER、SCONA和一些不知名的系列产品）126

5.4有机硅烷（DOW CORNING Z-6020，MOMENTIVE A-172及其他产品）132

5.5 METABLENTMA3000（丙烯酸改性聚四氟乙烯）137

5.6其他偶联剂137

5.7偶联剂对木塑复合材料力学性能的影响：实验数据138

5.8交联、偶联和／或增容作用的机理139

5.8.1光谱研究139

5.8.2流变研究145

5.8.3动力学研究146

5.8.4其他方面147

5.9偶联剂对木塑复合材料性能的影响：小结148

5.9.1对弯曲和拉伸模量的影响149

5.9.2对弯曲和拉伸强度的影响150

5.9.3对吸水性的影响151

5.10与偶联剂相容和不相容的润滑剂153

参考文献155

第6章 木塑复合材料的密度（比重）及其对WPC性能的影响158

6.1引言158

6.2 WPC密度（比重）的影响160

6.2.1对弯曲强度和模量的影响160

6.2.2对氧化和降解的影响160

6.2.3对燃烧性、引燃、火焰传播的影响162

6.2.4对含水率和吸水性的影响163

6.2.5对微生物感染／降解的影响164

6.2.6对收缩率的影响165

6.2.7对摩擦系数（滑移系数）的影响165

6.3 GEODECK中空木塑板材横截面区域的密度166

6.4一些商业化木塑铺板板材的密度和重量168

6.5用沉浮法测定木塑复合材料的密度169

6.6测定比重（密度）的ASTM推荐方法170

6.6.1 ASTM D 6111“利用排水法测试塑料板材和型材密度和比重的标准试验方法”170

6.6.2 ASTM D 792“用排水法测定塑料密度和比重（相对密度）的标准试验方法”171

6.6.3 ASTM D 1505“用密度梯度法测定塑料密度的标准试验方法”172

6.6.4 ASTM D 1622“硬质泡沫塑料表观密度的标准试验方法”173

6.6.5 ASTM D 1895“塑料材料的表观密度、体积因数和可倾注性的标准试验方法”174

参考文献174

第7章 复合材料及型材的弯曲强度和弯曲模量175

7.1引言175

7.1.1基本定义和公式175

7.1.2转动惯量177

7.1.3弯矩179

7.2 ASTM推荐标准182

7.2.1 ASTM D 790“未增强和增强塑料及电绝缘材料的弯曲性能标准测试方法”182

7.2.2 ASTM D 6109“未增强及增强塑料板材的弯曲性能标准测试方法”184

7.2.3 ASTM D 6272“未增强与增强塑料和电绝缘材料弯曲性能的四点弯曲标准测试方法”187

7.3复合材料铺板的弯曲强度189

7.3.1英制单位和国际制单位189

7.3.2中点加载或集中载荷（3点载荷）190

7.3.3 1／3点加载（4点载荷或1／3跨度载荷）192

7.3.4复合材料铺板的弯曲强度193

7.3.5材料与型材的弯曲强度195

7.3.6同种材料制得的不同型材的弯曲强度196

7.3.7中点加载与1／3点加载的对比196

7.3.8 1／4点加载（4点载荷）197

7.3.9均布载荷198

7.3.10温度对复合材料弯曲强度的影响199

7.3.11商业HDPE材料对复合材料铺板弯曲强度的影响200

7.3.12复合材料的密度（比重）对弯曲强度的影响201

7.3.13纯HDPE及其他塑料的弯曲强度及其与WPC产品弯曲强度的对比201

7.3.14塑料含量对复合材料弯曲强度的影响201

7.3.15一种用作楼梯踏板的铺板202

7.4复合材料铺板板材的弯曲模量206

7.4.1中点加载或集中载荷（3点载荷）206

7.4.2 1／3点加载（4点载荷，或1／3跨度加载）208

7.4.3复合材料铺板的弯曲模量208

7.4.4材料和型材的弯曲模量210

7.4.5同种材料制得的不同型材的弯曲模量：实心和中空铺板板材211

7.4.6中点加载和1／3点加载的对比212

7.4.7 1／4点加载（4点载荷）213

7.4.8均布载荷213

7.4.9铺板上的积雪214

7.4.10温度对复合材料弯曲模量的影响215

7.4.11商业HDPE对复合材料铺板板材弯曲模量的影响216

7.4.12复合材料的密度（比重）对弯曲模量的影响217

7.4.13塑料含量对复合材料弯曲模量的影响218

7.5纯HDPE和其他塑料的弯曲模量及其与WPC弯曲模量的对比219

7.6用于楼梯踏板的铺板：弯曲模量的重要作用221

7.7复合材料的形变：案例分析222

7.7.1风力作用下隔音墙的形变和弯矩222

7.7.2围栏的形变226

7.7.3热浴盆下面铺板的形变228

7.7.4装有热水的中空铺板的形变229

7.7.5复合材料铺板的蠕变和形变230

7.8栏杆系统240

7.9弯曲强度及剪切强度的组合：“鸟枪法”测试246

7.10 WPC的数学模拟及实际情况247

参考文献252

第8章 复合材料型材的拉伸、压缩强度及模量253

8.1引言253

8.2基本定义和公式253

8.3 ASTM推荐标准254

8.3.1 ASTM D 638，“塑料拉伸性能的标准试验方法”254

8.3.2 ASTM D 5083，“用直边试件测定增强热固性塑料拉伸性能的试验方法”256

8.3.3 ASTM D 695，“硬质塑料压缩性能的标准试验方法”257

8.3.4 ASTM D 6108，“未增强和增强塑料板材的压缩性能的标准试验方法”257

8.4复合材料的拉伸强度258

8.5复合材料的拉伸弹性模量260

8.6复合材料的压缩模量262

参考文献263

第9章 挤出成型木塑复合材料的线性收缩264

9.1引言264

9.2收缩的起因264

9.3收缩尺寸266

9.4 WPC的密度（比重）对其收缩的影响267

9.5挤出条件对收缩的影响268

9.6复合材料板材的退火处理268

9.7索赔：GeoDeck复合材料板材269

参考文献278

第10章 温度作用下复合材料铺板板材的膨胀-收缩：线性热膨胀-收缩系数279

10.1引言279

10.2线性膨胀-收缩系数279

10.3膨胀-收缩系数实用性的一些限定条件280

10.4测定线性热膨胀-收缩系数的ASTM推荐测试方法281

10.4.1 ASTM D 696“用玻璃硅膨胀计测定塑料在-30℃～30℃之间线性热膨胀系数的标准试验方法”281

10.4.2 ASTM D 6341“测定-30？～140？（—34.4℃～60℃）之间塑料板材和型材线性热膨胀系数的标准试验方法”283

10.4.3 ASTM E 228“用玻璃硅膨胀计测定固体材料线性热膨胀系数的标准试验方法”（已废除）283

10.5木塑复合材料的线性热膨胀-收缩系数，填料和偶联剂的影响283

10.6实例：案例研究286

参考文献289

第11章 复合材料铺板板材的防滑性及摩擦系数290

11.1引言290

11.1.1定义290

11.1.2解释和一些例子291

11.2塑料的防滑性291

11.3木制铺板的防滑性292

11.4木塑复合材料铺板的防滑性293

11.5推荐的测定静摩擦系数的ASTM方法295

11.5.1 ASTM D 2047“用James机测量抛光-涂覆地板表面静摩擦系数的标准试验方法”295

11.5.2 ASTM F 1679“使用可变入射角摩擦仪（VIT）的标准试验方法”295

11.5.3 ASTM D 2394“木材和木质基抛光地板材料的模拟应用测试的标准方法”296

11.6采用斜面法测量防滑性297

11.7复合材料铺板板材配方对防滑性的影响：滑动增强剂299

参考文献299

第12章 复合材料的吸水性及其相关影响301

12.1引言301

12.2矿物质填料对吸水性的影响302

12.3膨胀（尺寸不稳定性）和压力的产生及翘曲303

12.4短期和长期的水分吸收310

12.5 ASTM推荐标准313

12.5.1 ASTM D 570，“塑料吸水性的标准测试方法”313

12.5.2 ASTM D 1037，“评价木质纤维和碎料板材料性能的标准实验方法”314

12.5.3 ASTM D 2842“刚性发泡塑料吸水率的测试方法”314

12.5.4 ASTM D 6662“聚烯烃基塑料铺板板材的标准规范”315

12.5.5 ASTM D 7032“木塑复合材料铺板板材和栏杆类（栏杆或扶手）制品性能等级建立的标准规范”315

12.6复合材料中纤维素含量对吸水率的影响315

12.7板材密度（比重）对吸水率的影响316

12.8木材和木塑复合材料的含水率317

12.9吸水率对弯曲强度和模量的影响318

12.10抗冻-融循环318

12.10.1板材密度对抗冻-融性的影响——案例研究318

12.10.2板材密度和老化对抗冻-融性的影响——案例研究319

12.10.3多个冻-融循环的影响320

12.11市场上一些木塑复合材料铺板板材吸水性的对比320

参考文献322

第13章 木塑复合材料的微生物降解与表面“黑斑”：抗霉菌性323

13.1引言323

13.1.1微生物对复合材料的影响323

13.1.2霉菌和孢子323

13.1.3潮湿与通风：临界含水率323

13.1.4木材腐朽菌324

13.1.5生物杀灭剂与“抗霉菌性”325

13.1.6木材用防腐剂325

13.2微生物对复合材料的降解和污染327

13.2.1霉菌327

13.2.2黑霉332

13.2.3海藻类（Black Algae）333

13.2.4案例研究335

13.3微生物对木塑复合材料的侵扰336

13.4复合材料对微生物降解的敏感性和抵抗力：例证337

13.5木塑复合材料微生物生长与降解的ASTM测试方法339

13.5.1 ASTM D 1413“实验室土壤-木块培养法测试木材防腐剂的标准测试方法”339

13.5.2 ASTM D 2017“实验室加速测试木材天然耐腐朽性的标准方法”（已停止使用）342

13.5.3 ASTM E 2180“测定抗菌剂在聚合物或疏水物中效果的标准测试方法”343

13.5.4 ASTM G 21“测定合成聚合物材料抗真菌性的标准实施方法”343

13.6配方对木塑复合材料微生物降解敏感性和抵抗力的影响344

13.7木塑复合材料用生物杀灭剂（已实际应用和正在考虑应用的）345

13.7.1硼酸锌［例如，Borogard（U.S.Borax），Fiberguard（Royce International）］345

13.7.2偏硼酸钡（Barium Metaborate，Busan）347

13.7.3灭菌丹［Folpet，Fungitrol 11，Intercide TMP（羧酰亚胺）］347

13.7.4百菌清（四氯酚酞），Nuocide 960351

13.7.5 OBPA，Intercide ABF（10，10′-氧代双吩噁吡），Vinizene BP 5-5352

13.7.6 IPBC，Polyphase？，Tro？，Intercide IBF（2-碘代-2-炔丙基-n-丁基氨基甲酸酯，3-碘代-2-炔丙基-n-丁基氨基甲酸酯）353

13.7.7 OIT，DCOIT，辛噻酮，Micro-Chek，Intercide OBF（2-n-辛基-4-异噻唑啉-3-酮）354

13.7.8吡啶硫酮锌，奥麦丁锌，Intercide ZNP，巯基嘧啶-1-氧化锌355

13.7.9噻苯咪唑，Irgaguard F3000，2-（4-噻唑基）-1H-苯并咪唑2-（4-Thiazolyl）-1H-benzimidazole，4-（2-苯并咪唑）-噻唑，涕必灵，MK-360，TBZ355

13.8生物杀灭剂：实验室加速测试数据和实践数据355

参考文献362

第14章 木塑复合材料的燃烧性及耐火等级363

14.1引言363

14.2木材的燃烧性364

14.3复合材料的引燃性364

14.4复合材料的火焰传播指数和耐火等级366

14.5矿物质填料对燃烧性的影响368

14.6烟、有毒气体及发烟指数368

14.7塑料和复合材料用阻燃剂369

14.7.1塑料用阻燃剂370

14.7.2对某些溴系阻燃剂的限制或禁止371

14.7.3含氯阻燃剂371

14.7.4三水合氧化铝（ATH）和氢氧化镁（MDH）372

14.7.5 ATH脱水：定量的测试方法373

14.7.6木塑复合材料用阻燃剂374

14.7.7纳米粒子作为阻燃剂375

14.8 ASTM推荐标准376

14.8.1 ASTM D 635“水平放置塑料的燃烧速率和／或燃烧程度及燃烧时间的标准试验方法”376

14.8.2 ASTM D 1929“塑料引燃温度的标准测定方法”377

14.8.3 ASTM E 84“建筑材料表面燃烧特性的标准试验方法”378

14.8.4 ASTM E 1354“采用耗氧仪测试材料和制品的热和可见烟释放速率的标准试验方法”379

14.8.5 E 162“采用辐射热源测量材料表面可燃性的标准试验方法”380

14.8.6 E 662“固体材料发烟的比光密度标准试验方法”380

14.9复合材料铺板和铺板板材的耐火性能381

参考文献387

第15章 建筑复合材料的热氧化和光氧化降解及使用寿命388

15.1塑料和塑料基复合材料的使用寿命介绍：实例388

15.2热氧化、光氧化、氧化降解和产品破碎与破坏390

15.3加速复合材料氧化降解的因素394

15.3.1复合材料的密度（比重）395

15.3.2温度399

15.3.3聚合物的物理和化学结构404

15.3.4塑料来源（原生，回收）405

15.3.5纤维素纤维的类型和用量406

15.3.6矿物质填料的类型和用量406

15.3.7应力的存在406

15.3.8金属催化剂的存在409

15.3.9水分的存在412

15.3.10抗氧剂及其用量412

15.3.11太阳辐射（紫外光）416

15.3.12回收料用量（如果使用的话）423

15.4 ASTM推荐标准425

15.4.1 ASTM氧化诱导时间检测方法425

15.4.2塑料里酚类抗氧剂的ASTM测试方法428

15.5复合材料铺板和栏杆系列制品的表面温度431

15.6无抗氧剂GEODECK铺板在美国各地的使用寿命435

15.7复合材料铺板板材的OIT和使用寿命443

15.8目前市场上的木塑复合材料铺板板材的耐用性（氧化降解方面）443

15.9 GeoDeck铺板板材的氧化降解和破碎：案件起因和问题的解决445

15.9.1问题出现前板材的密度、孔隙度和力学性能445

15.9.2问题的出现446

15.9.3 GeoDeck板材在2003年10月前的密度447

15.9.4破碎问题的纠正448

15.10补充：利用差示扫描量热法检测填充复合材料氧化诱导时间的方法450

15.11案例研究452

15.11.1亚利桑那州的GeoDeck铺板板材452

15.11.2马萨诸塞州的GeoDeck铺板板材454

15.12主动收回的GEODECK产品455

15.13 GEODECK问题铺板：安装时间与索赔456

参考文献457

第16章 建筑复合材料的光氧化和褪色459

16.1引言459

16.1.1如何衡量褪色459

16.1.2褪色：一些定义的介绍461

16.2木塑复合材料的加速老化和自然老化及它们之间的相关性：加速因子463

16.3商业化木塑复合材料的褪色468

16.4由于氧化造成的复合材料铺板板材的褪色与碎裂471

16.5加速或减缓复合材料褪色的因素473

16.5.1复合材料的密度（比重）473

16.5.2温度473

16.5.3紫外光吸收剂及其用量473

16.5.4颜料及其用量474

16.5.5抗氧剂及其用量475

16.5.6塑料的来源（纯塑料与回收塑料）475

16.5.7复合材料中水分的影响475

16.5.8纤维素的含量和种类476

16.5.9挤出成型与注塑成型的木塑复合材料476

16.6 ASTM推荐标准477

16.6.1 ASTM D 2565“室外用塑料的氙弧灯暴露的标准规范”477

16.6.2 ASTM D 1435“塑料室外老化的标准规范”477

16.6.3 ASTM D 4329“塑料荧光紫外暴露的规范”478

16.6.4 ASTM D 4364“用聚集自然光法进行塑料室外加速老化测试的规范”478

16.6.5 ASTM D 4459“室内用塑料的氙弧暴露规范”479

16.6.6 ASTM D 5071“可光降解塑料暴露于氙弧装置中的规范”479

16.6.7 ASTM D 5208“可光降解塑料荧光紫外暴露的规范”479

16.6.8 ASTM D 5272“可光降解塑料的室外暴露测试规范”480

16.6.9 ASTM G 155“非金属材料暴露试验的氙弧灯设备操作规范”480

16.7附录481

参考文献483

第17章 流变学及复合材料用塑料的选择484

17.1引言：纯塑料、填充塑料、复合材料和再生材料的流变学484

17.2基本定义和方程484

17.2.1剪切速率、剪切应力、剪切黏度、动态黏度、表观黏度、极限黏度484

17.2.2剪切变稀效应和幂律方程485

17.2.3沿毛细管方向的体积流量和压力梯度488

17.2.4壁面滑移现象490

17.2.5 Rabinowitsch修正490

17.3毛细管流变仪领域的ASTM推荐方法491

17.3.1 ASTM D 1238-04，“利用挤压式塑性计测定热塑性塑料熔体流动速率的标准试验方法”491

17.3.2 ASTM D 3835-02，“用毛细管流变仪测定聚合物材料性能的标准试验方法”492

17.3.3 ASTM D 5422-03，“用螺旋挤压毛细管流变仪测定热塑性材料性能的标准试验方法”493

17.4与旋转流变仪有关的ASTM推荐标准494

17.4.1 ASTM D 4440-01，“塑料的标准试验方法：动态力学性能——熔体流变学”494

17.4.2 ASTM D 4065-01，“塑料的标准试验方法：动态力学性能——方法的采用与报告规程”495

17.5常规观测495

17.5.1纯塑料495

17.5.2复合材料498

17.6复合材料和塑料流变学几乎未知的领域505

17.6.1填料粒径对复合材料流变性的影响505

17.6.2偶联剂、润滑剂和聚合物加工助剂的影响505

17.6.3复合材料如何选择不同来源的塑料507

17.6.4木塑复合材料再生料的流变性511

17.6.5塑料及其复合材料和再生料的熔体破裂：表面撕裂515

参考文献524