台灣大學森林環境暨資源學系<木材、塑膠複合材的物性測試>

撰文者:行銷專員/吳驊恩  
  台灣大學森林環境暨資源學系成立於1925年，台灣的地形以山地為大宗，其中3000公尺以上的高山就超過200座，包含海岸山脈、中央山脈、雪山山脈、玉山山脈和阿里山山脈等五大山脈，造就台灣豐富的林業資源與多樣性。台灣大學森林環境暨資源學系成立於1925年，鑑於台灣森林資源之豐饒與林業經營之重要，而後為台灣林業產學界培育眾多的專才。
  目前木材的應用不只僅限於建材跟家俱，當前木材的發展也朝向複合高分子材料，凡舉車內的木材內裝飾板，為了增加堅固及耐久度，會與高分子材料做結合。木材、塑膠複合材是用木纖維或植物纖維與熱塑性樹脂混合，經擠出或壓制成型為板材或其他製品，兼有木材與塑膠的優點，可以部分替代木材和塑膠。廣泛應用於建材行業、汽車工業、室內家飾、家具工業等方面，有利於緩解對木材資源有限的緊張，同時為塑料廢棄物回收利用提供新途徑。按照木材、塑膠複合材的木質基體與有機單體的結合方式，木材、塑膠複合材可以分成「實木改性木塑複合材材料」及「木質纖維材料與高分子塑料結合為主的木塑複合材」兩大類。

▲實木改性木塑複合材材料(Wood polymer composites，簡稱為WPC)
  木質基體與有機單體之間或有機單體在木質基體內部通過加熱或輻射等方式引發化學合成反應為主要特徵，最早於1961年在美國出現，常用的有機單體主要有苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、醋酸乙烯(VAc)、丙烯腈(AN)、不飽和聚脂(UPE)和丙烯酸類寡聚合物等的單獨或混合液體；樹脂液的注入方式與木材保存處理的注入方式大致相同；木材內樹脂的聚合方法，一般利用放射線照射法或觸媒加熱法來使樹脂浸漬的木材引發聚合反應或樹脂液的引發劑因加熱作用引發自由基聚合反應而形成木材、塑膠複合材。
  該等複合材兼具木材和塑料的性能，較未處理的木材堅硬、強韌、耐久與耐磨，尺寸穩定性亦較佳，此外在耐燃性、耐腐蝕性及耐微生物侵蝕能力皆較未處理材佳，早期槍托的處理即是常見的例子；或因其具良好的尺寸安定性、力學性能、耐磨及耐腐性能，亦廣泛用於建築材料、工業材料、家具材料與音響、樂器用品等。

▲木質纖維材料與高分子塑料結合為主的木塑複合材(Wood plastic composites，亦簡稱為WPC )
  通過木質纖維材料與高分子塑料直接複合，結合的方式以兩種材料表面(或界面)物理結合為主；木質基材的組合元型態除了木粉外，單板、刨木屑、木纖維等也可運用，纖維原料不僅侷限於木材纖維，已經開始採用多種天然植物纖維(稻殼、麥梗等)。木塑複合材料其複合工藝和方法，除了傳統塑膠加工技術(如混煉、擠出、射出等) 成型外，無紡成型、人造板加工複合等皆為WPC重要的技術方式。

  台大森林系研究室進行ASTM D790、D 198-14、D1037-12、D143-94等測試規範，在2019年時向國科公司採購了MTS Criterion 43靜態材料拉力機，主要作三點彎曲測試，長條木棍試片厚度2.5CM，設定測試出力在700〜800N。研究生張同學表示「整體使用起來相當直觀，尤其是操作介面的設計友善，對於在進行繁瑣的實驗過程中起到非常大的幫助。先前有過其他日本廠牌的設備使用經驗，使用起來都沒MTS來的順手，且MTS機台所測出的實驗數據相當準確。」
 

MTS Criterion 43靜態材料拉力機

三點彎曲測試<厚度2.5CM_木材、塑膠複合材>

*Lod speed 4mm/min
*3T Load cell
*Bamboo Laminated Composite 3mm thickness
*32  span-depth ratio

參考資料來源: 國家林產技術平台<木材、塑膠複合材的介紹> 李明賢博士