美国木塑复合材料市场研究与分析就像他们吹捧的原材料性能一样，木塑复合材料（WPC）①生产线在经济处于最严重低迷的时候，仍旧充分显示了其旺盛的生命力。美国的市场需求几乎覆盖了各类WPC产品（占总WPC产品三分之二份额），有可能该需求到2013年，年需求量将从2.2％降至1％，但是弗里多尼亚集团②（位于美国俄亥俄州克里夫兰市）2009年的市场分析报告却显示，WPC的需求将每年上升9.5个百分点。该报告表示，“寿命更长，低维护费用和尺寸稳定性高，不开裂、不翘曲等优点”无疑使得越来越多的消费者关注此种材料。
　　随着美孚石油公司对旧塑料袋回收方法的研究，该公司能够将回收聚乙烯和锯末结合起来，生产一种可以用作装饰板的复合材料。该部门后来发展为Trex，成为北美木质复合材料的领先者。也是在九十年代的早中期，Strandex公司提供WPCs预制型材，挤出后无需另外的磨铣，公司现在继续提供这个技术的许可。耐用和低维护的特性已成为WPC甲板，栏杆、栅栏、窗户和其它WPC产品最大的卖点。上述两点优势对于WPC产品来说是至关重要的，因为比起其竞争对手：常规生产的压力处理木材产品，顾客通常要为WPC产品多支付10％~20％的费用。目前，WPC已经发展成为一个十亿美元的产业，仅北美市场就有超过30多家极具竞争力的生产商。
　　许多WPC产品已进入第二个十年服务期，然而其高韧性和低维护最近面临新的挑战，WPC产品的先驱Trex在2009年7月经历了一场诉讼官司：两名消费者起诉Trex公司，称其WPC板材类产品表皮脱落，而公司并未采取适合的补救措施。Trex总裁兼CEORonKaplan在一份声明中表示，最好的解决办法是避免这场昂贵和费时的诉讼，而不是承认这些指控。
　　虽然通过此案能够多多少少为评价产品的优缺点提供一些参考，但实际上该案例是值得我们深思的。消费者始终对生产商的索赔期望很高。来自俄勒冈州立大学JefferyMorrell教授表示，“如果WPC产品开始出现一些耐候性问题的时候，这个行业将在未来不得不改变其营销策略。”在这个过程中，生产商和相关研发人员也不是无所事事的。目前，针对提高WPC产品耐久性的研究工作主要集中在四个方面：不退色性；防划性；抗污性；防霉性。另一个目标，是提高WPC板材产品的刚度。实现这一目标将有利于扩大销量及市场份额。
　　如何提高防水防霉性能
　　由于WPC产品大多数被用于户外环境（需长期经历日晒、雨淋和冰冻的气候变化考验），因此在研究人员进行产品开发的过程中，通常要考虑产品要适应最恶劣的气候环境，尤其在产品使用寿命内，要保证产品不出现气候变化造成的质量问题。WPC产品是一种具有一定吸水性的材料（木屑）和疏水性材料（塑料）与各类颜料和添加剂在一起混合而成的复杂材料。在WPC行业标准中，木材填料添加比例通常为40％~60％。这样能够增加产品的刚度和抗蠕变性。木材填料的价格在大致0.1美元/磅，但是从整体生产考虑，WPC还是比同类全塑产品降低了生产成本。木屑的类型（硬木或软木）能够最终影响WPC产品的耐候性能，每个降解聚合物都有其自身的特性。WPC中75％是由聚乙烯（PE）制成。目前少数但是将是未来的趋势是，生产商采用聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）代替原有的聚乙烯原料，这样的产品更为坚固耐用，加工过程更为复杂。但同时也存在缺点：聚丙烯和聚氯乙烯却比聚乙烯更容易表面受到氧化。
　　Morrell说，“WPC产品防潮性能非常好，特别是与木材相比。但是随着时间的推移，其防潮性能会打折。”目前，她的实验室正在进行商用WPC板材产品水分循环（湿/干）周期研究。该种板材由Strandex集团公司生产。该种板材60％由木屑组成，40％由高密度聚乙烯（HDPE）组成。试验结果表明，每个水分循环周期之后，板材含水量都会有一定程度的上升。在经历了四个周期之后，其含水量竟然达到2.6％。这项试验结果表明，经历了水分循环周期测试后，木材和塑料之间的空隙体积增加了。
　　“WPC产品的构成是非常复杂的，”阿特拉斯材料测试技术公司高级顾问AllenZeilnik说，“聚合物和生物纤维都有自己单独的降解机理”“由于降解聚合物在复合材料表面，位于纤维的两端，因此湿气会经由材料表面被深入吸收到内部。”他继续解释道。就像一个漏水的水龙头，这个问题会随着时间的推移持续恶化。纤维由于吸收了水分而持续膨胀，变干后留下空隙。这样会导致复材产品内部吸收更多的水分，如此恶性循环。这些空隙，同时为微生物、真菌和霉菌提供了非常有益的生长环境。“我甚至还看到过WPC产品上长出了蘑菇。”Zelinik说。
　　缅因大学AEWC先进复合材料结构中心，木材科学与技术研究教授Douglas Gardner认为，WPC产品发生霉变情况不单由生产原理决定，同时也和地理位置，即工作环境有关。例如，WPC板材产品在佛罗里达州安装几年之后，表面出现了红色真菌。这意味着木材仍易受生物降解影响。其它热带、潮湿环境也被报告出现同样情况，例如夏威夷。
　　由于水分通过木材纤维被吸收到复合材料内部，简单的方式是减少木材填料量。Gardner表示，目前很多的商业板材生产中加入了60％~65％的木材填料。“有时候，甚至生产商加入的木屑原料太多了。”他说。
　　另一项防止WPC产品发生霉变的方法可以在生产过程中使用其它类型的木屑。Morrell说，试验显示，有一种真菌，白腐菌，更喜欢硬木。而硬木是WPC产品生产中木粉的主要来源。解决方法可以使用西部红柏的木屑作为替代品。因为西部红柏是软木的一种，切具有高度的防腐性能。还有一些研究人员表示，可以在WPC产品的木屑加工过程中加入杀菌剂，例如硼酸锌。虽然硼酸能够很好的控制真菌的生长，但却不能有效的防霉。
　　如何生产更好的WPC板材
　　最终，唯一行之有效的既能防止发霉和真菌的生长，又能提高WPC板材整体性能的方法提前让WPC板材达到合理含水量。为此，一些公司已经引入（或正在引入），具有挤压层的WPC产品。涂层或其它新特点旨在发展木材复合材料共挤技术的优势，这样做是为了使得WPC板材保持合理的水分同时，提高耐候性。
　　目前市场上有两类这样的产品：GAFDecking系统的CXline和AZEK建筑产品公司的Deck Harvest Collectiondecking系统。CXline板材包含一个共挤聚丙烯表面层和WPC芯材。聚丙烯外涂层能够将板材端部的木纤维“封装”起来。GAF的副总裁兼总经理MartinGrohman认为，这样处理表面层，能够有效解决消费者对WPC产品三个关注的方面：褪色，防霉性，和着色性。通过挤压的表面层能够增加紫外线保护和抗菌添加剂，考虑到生产成本，这些是不能添加到整块板材中。CXline板材有6种可选颜色，并且有长达25年的质保期。
　　AZEK公司公共关系顾问Maureen Murray表示，公司在2007年购进了ProcellDecking系统，并应用这项专有的PVC生产技术制成了DeckHarvestCollection型原材料。该板材不含有任何木纤维。取而代之的是亚麻纤维或其它农作物纤维。在制造过程中，上述原料添加比例不到10％。她说，亚麻与木材不同，前者本质上来讲是不可降解的。将亚麻纤维加入到WPC板材中，不仅能够增加板材的强度，而且能够减轻热膨胀和收缩的影响。Murray说，“通常WPC板材之间的间隙为6.35毫米。应用我们公司最新技术生产的板材，能将这部分间隙缩小到1.6毫米。”AZEK公司应用ProcellDecking系统同时还生产装饰板和门廊版。DeckHarvestCollection型原材料提供6种可选颜色和终身质保服务。Murray表示，“我们认为蜂窝PVC板材在目前同类产品中性能最为优越。能够充分满足消费者对产品高期望值。即对复合材料产品，塑料板材和其它WPC产品耐久性的要求。”
　　BASF公司（密歇根州Wynadotte）目前已与华盛顿州立大学下属木质材料工程实验室（WMEL）合作开发一种新型的多重挤压WPC板材，充分提高了耐候性的特点。BASF公司目前正与一些WPC板材生产商合作开拓此种新产品的销售市场。该新品包括由HDPE和48％~68％松木木屑制成的WPC夹芯；LurabondGA101连接层；LuranSQ440ASA聚合物表层。BASF公司产品技术经理Greg Anderson认为，这种多重挤压WPC板材可以使用公司现有的挤压设备生产。
　　Anderson说，“我们产品的表面材料对于WPC芯材具有很好的附着力。”他同时表示，这种多重挤压工艺具有简易操作和易于监控的特点。而且，与蜂窝PVC板材比较，该种新型板材具有更多的色彩选择方案，更高的生产能力和更少的原材料成本投入。
　　其他方面，AEWC的研究人员公布了泡沫-苯乙烯WPC板材更多的商业价值。DouglasGardner教授表示，他的员工目前正着手测试NovaChemicals化学品公司提供的苯乙烯马来酸酐聚合物样本。测试内容为该原料能否应用于WPC产品。聚合物多年前已经被广泛应用于汽车工业。当木屑被加入到挤压机后，会出现发泡现象。Gardner说，“这项发现是意料之外并且是令人激动的。”在聚合物反应过程中，水在高温下变成水蒸气，导致发泡现象。“我们有能力进行一些技术上和生产配方上的调整，控制这项反应变化，生产出发泡板材。”Gardner表示应用此技术生产的发泡板材会比传统的聚烯烃WPC板材重量更轻，更坚固耐用。他说，AEWC研究的的发泡苯乙烯木屑板材技术，据他所知，目前是独一无二的。Gardner同时表示，目前该技术即将投入商业市场。前期在我们接近研究尾声的时候，NovaChemicals化学品公司却由于一些原因停止了该种聚合物的生产。“目前我们正在积极的申请该项技术的专利，同时正在寻找一些新的能够生产该聚合物的公司合作。”
　　推动WPC行业积极发展背后的力量，是生产商和客户对于更耐用、更优质产品的不懈追求。现在看来，人们在这条道路上应该已取得了一些成绩。