塑木添加石粉：密度會告訴你加了多少

不加無機填充料的塑木，密度到不了 1.3。木粉與 HDPE 都比水重不了多少，兩樣東西怎麼配都有天花板——超過的部分，來自別的東西。

石粉（碳酸鈣）確實有它的作用，也確實有代價。但它與其他添加物最不一樣的地方是：它藏不住。 一張技術資料表上的密度欄位，就已經把答案寫出來了。

石粉（碳酸鈣）是什麼，為什麼會加進塑木

石粉就是碳酸鈣（CaCO₃），由方解石、石灰石、白堊、貝殼等天然礦石機械粉碎而得，是塑膠工業用量最大的無機填充料。

塑木的定義是木質材料與熱塑性塑膠的複合材，配方裡本來沒有它。 會加進去，主要是三個理由：便宜、讓尺寸更穩定、讓擠出更順。

這三件事都成立，先說清楚。

加石粉有什麼好處

效果	依據
抗彎強度、模數、硬度上升	Srivabut 等人（2021）：碳酸鈣含量增加，抗彎強度、模數與硬度均上升
吸水率與厚度膨脹下降	Srivabut 等人（2021）：碳酸鈣含量增加，吸水率與厚度膨脹下降。機制是碳酸鈣取代了會吸水膨脹的木纖維
線膨脹下降	碳酸鈣的線膨脹係數遠低於熱塑性塑膠，屬材料通則
降低成本、提高產線速度	木材高分子複合材回顧文獻：填充料的用途是「降低材料價格、提高製程產出速度，並改善剛性、耐久性與耐水性」
改善熔融流動、降低加工能耗	Cai 等人（2017）：碳酸鈣添加至 20 % 時熔融流動性改善、加工能耗下降

 

這五項都是實在的，也是石粉被廣泛使用的原因。 問題不在它有沒有用，而在用到什麼程度、代價由誰承擔。

加石粉的代價

代價落在兩處：成品變重，抗衝擊能力下降。

碳酸鈣和 HDPE 黏得住嗎

有一個比喻很貼切：塑膠似油、木粉似水，靠耦合劑把兩者相接，像洗碗精把油水相連。

但要補上關鍵的一句：那瓶洗碗精是為木粉調的。

木纖維表面布滿羥基，耦合劑（馬來酸酐接枝聚乙烯）的酸酐端與羥基反應成酯鍵，另一端的聚乙烯鏈段與基材纏結——化學鍵加物理纏結，雙重機制，這是木塑成熟的解法。

碳酸鈣沒有那個羥基。矽烷偶聯劑不會附著在碳酸鈣上，因為它的表面沒有矽醇基可以縮合；要改用酸性的馬來酸酐接枝聚合物，才能與鹼性的碳酸鈣表面成鹽。

而最常見的碳酸鈣表面處理——硬脂酸——目的根本不是黏著。 硬脂酸的羧酸端與碳酸鈣成鹽，烷基鏈朝外，降低表面能，讓粒子在塑膠裡分散得開、不結塊。它是分散劑，不是黏著促進劑。它讓加工變順，不讓界面變強。

順帶把吸水率那一項講完整。 複合材的吸水率下降是置換的結果——碳酸鈣占掉的體積，原本是會吸水膨脹的木纖維。碳酸鈣本身並不防水：它的表面是親水的，工業上用硬脂酸處理它，目的之一正是讓粒子疏水化以利分散與脫水。而界面結合弱的填充粒子，反而可能成為水沿界面滲入的路徑。

加了石粉，衝擊強度會下降嗎

這一項要誠實說：方向不是單一的。

• 模數（剛性）會上升——剛性由體積分率決定，不需要界面傳力
• 抗拉、抗彎強度在高填充量下會下降——這一項由界面控制，界面弱，填充粒子就等效於缺陷
• 衝擊則取決於粒徑與分散——粒徑小、分散良好時，碳酸鈣可以增韌；但粒徑大、分散不佳時，粒子會「成為衝擊時裂紋起始的缺陷」

這正好解釋 Cai 等人（2017）那組看似矛盾的結果：抗彎的最佳添加量落在 10 %，抗拉落在 25 %——抗彎吃模數，抗拉吃界面。

而這個不確定性本身就是重點：同樣標示「含 X % 碳酸鈣」，粒徑、表面處理、分散做得好不好，結果可以差到相反。成分寫得再清楚，也管不到這件事；性能量得出來。

石粉加多少才是為了性能

文獻上談的添加量，量級大致是這樣：

來源	在求什麼	結果
Srivabut 等人（2021）	以回收 PP、木粉、碳酸鈣三者比例為變因，求自然曝露與泡水後綜合性質的最適解	碳酸鈣 6.9 wt%（綜合滿意度 0.767）
Cai 等人（2017），HDPE 基	在所測的添加量範圍內，比較各項力學與加工表現	抗彎 10 %、抗拉 25 %、加工性 20 %
回顧文獻（PE 基複合材）	填充料的建議用量	0～10 vol%

 

三者的變因、範圍與試驗方法都不同，不能互比——但它們指向同一個量級：十個百分點上下。

前兩項是「在某一組條件下求最適」，換一組目標或換一個範圍，答案就會變；第三項才是直接的建議用量。詳細的目標函數、因子範圍與試驗條件，見文末附註所附的原文連結。

塑木加了多少石粉，密度看得出來

密度高不代表品質好，密度低也不代表品質差——但密度高，一定代表有東西被加進去了。 這一節談的是後者：密度能查出什麼。

把各成分的密度放在一起看：

成分	密度 g/cm³
滑石粉	2.75
碳酸鈣（石粉）	2.71
玻璃纖維（E-glass）	2.55
玻璃粉、玻璃珠	2.50
木粉（木材細胞壁實密度）	1.44～1.50
HDPE	0.941～0.965

 

無機填充料全部擠在 2.5～2.8，木粉與塑膠都在 1.5 以下。 兩群之間隔著一道很寬的空隙——所以成品密度幾乎是無機物含量的直接讀數。

不加無機物的密度天花板

木粉比 HDPE 便宜，所以配方的成本壓力天然指向「多加木粉」。

但木粉不能無限加。塑膠是把纖維包起來的基材，塑膠的比例低到某個程度，纖維就包不住。市售共擠塑木常用的配比，木粉大約落在 65 %。

這件事有一個後果，而且是理解石粉的關鍵：木粉加到頭之後，還想再降成本，就只剩下無機填充料這條路。

算之前先解決一個問題：木粉的密度該取多少？答案是不必分樹種。 木材細胞壁的實質密度幾乎與樹種無關——一份涵蓋 18 個樹種的量測，結果落在 1.508～1.529，全距只有 0.021。而木粉進到塑膠裡當填充料，一般採用的取值是 1.44～1.50。以下一律取這個區間，HDPE 取分級範圍 0.941～0.965——所以每一格都是兩個數字：左邊取兩者下限，右邊取兩者上限。

木粉比例	密度
50 %	1.14～1.17
55 %	1.16～1.20
60 %	1.19～1.23
65 %（常用的配比）	1.21～1.26
70 %	1.24～1.29

木粉再多，密度也翻不過木粉自己的實密度。 右邊那個數字已經是對高密度最有利的取值——木粉 1.50、HDPE 0.965——就算把木粉硬推到 70 %，也只到 1.29。

所以判準只有一條：密度超過 1.3，木粉與 HDPE 加不出來，差額來自無機物。

還有一件事讓這條線更穩：木粉在擠出前必須烘到極低含水率，否則水分汽化會讓成品起泡。所以複合材裡的木粉是乾燥狀態，上面的乾基取值適用；而殘留的水分與氣泡只會讓密度低於計算值，不會高於。

加到多少就不算塑木了

以木粉 65 %、HDPE 35 % 為起點，逐步加入碳酸鈣。加的方式要先講清楚：塑膠是基材，比例不能再降——降下去纖維就包不住，多出來的石粉也沒有東西黏它。所以碳酸鈣吃掉的一定是木粉，不是 HDPE。 下表 HDPE 固定 35 %，木粉隨碳酸鈣遞減（取值同前）：

密度	石粉（碳酸鈣）	木質材料剩下
1.21～1.26	0 %	65 %
1.26～1.31	10 %	55 %
1.32～1.36	20 %	45 %
1.35～1.39	25 %	40 %
1.38～1.42	30 %	35 %
1.41～1.45	35 %	30 %

 

這張表反過來讀，就是一支板子的成分推算。 量到 1.30 上下，石粉大約一成；1.35 附近，兩成到兩成半；到了 1.40，石粉已經逼近三成五，木粉只剩三成。區間會重疊，讀到的是量級不是精確值——但要分辨「有沒有加」與「加了多少」，這個精度夠用。

而 CNS 15730:2019 第 3.1 條對「木材－塑膠再生複合材」的定義是：

碳酸鈣加到 25 %，木粉就只剩 40 %——CNS 的門檻就踩在這裡，而這時密度才 1.35～1.39，連 1.4 都還沒到。 要讓密度真的摸到 1.5，碳酸鈣得加到四成三以上，木粉剩不到兩成二；那已經不是塑木加石粉，是石粉裡摻了一點木粉。 而且這是從 65 % 的高木粉配方起算；基礎配方的木粉比例越低，觸線越早。

這件事對採購有直接影響：一份以「塑木」為名的規格，如果密度門檻訂得夠高，技術要求指向的可能已經不是塑木。

石粉加了多少，標示上就查得到

不必做任何試驗，CNS 15730 的標示制度本身就會把這件事攤開。

CNS 15730:2019 第 10 節規定，製品應標示回收材料含有率區分、木質類原料之配合率、塑膠原料之代號、塑膠原料之配合率、用途領域與用途區分代號等項目。

而第 4.3 條公式 (2) 下方寫明：C_W ＋ C_P ＋ C_F ＝ 100（木質類原料、塑膠原料、其他原料三者的配合率相加為一百）。

把標示上的木質配合率與塑膠配合率相加，100 減掉，剩下的就是「其他原料」。

歐盟標準對石粉反而管得比較鬆

EN 15534-4:2014 第 4.2 條只要求宣告基材聚合物與纖維素材料的種類及含量；第 5 節表 11 的最低標示要求是標準編號、基材聚合物、纖維素材料代號與平均含量、使用類別，格式例如 EN 15534-4 PP W60 UC3。

W60 只說纖維素佔 60 %，剩下 40 % 是純 PP 還是 PP 加石粉，標準不問。

這裡有一個地方容易誤讀。表 12 的代號——W 木、F 亞麻、H 大麻、R 稻、B 竹、P 紙、S 瓊麻、C 椰、O 其他——指的是纖維素材料的種類。碳酸鈣不是纖維素材料，不在這套代號裡，也不會被標成 O。

換句話說：EN 的標示沒有任何一個欄位會揭露無機填充料。 而 CNS 的兩個配合率一相加就露出來了。

塑木表面出現白色粉末

有一種狀況特別難處理：板面出現白色粉狀沉積，刷得掉，但過一陣子又長出來。 刷不完，也說不清原因。

「刷完又長」這四個字，其實已經把範圍縮掉一大半。

它排除了幾種常見的解釋：

• 粉化（chalking）——那是紫外線長期降解的結果。Ebe 與 Sekino（2015）在日本七地做兩年戶外曝露才觀察到，粉化產物是纖維狀的木質與顆粒狀的塑膠降解物。施作後不久就發生的，不是這個
• 表層磨耗露出內部填料——磨耗不會「長」
• 施工污染、水泥漿殘留——刷掉就不會再有

會持續長回來，表示來源在板材內部，而且儲量夠大。 符合這個條件的有兩種：

一是碳酸鈣本身溶出後再結晶。 碳酸鈣在中性水裡難溶，但雨水含溶解的二氧化碳呈弱酸性，會把它轉為可溶的碳酸氫鈣。水沿內部孔隙帶到表面，水分蒸發、二氧化碳逸散，逆反應把碳酸鈣重新析出——與鐘乳石同一個機制。石粉含量越高，內部儲量越大，供應得越久。

二是加工助劑遷移。 潤滑劑、安定劑在成型後持續向表面析出，常用的硬脂酸鈣本身就是白色粉末，同樣是刷了又來。

兩者從外觀分不出來。 沉積集中在木紋壓紋的凹槽裡，看起來像是積水蒸發後留下的——但助劑遷移出來後，凹處也同樣比較不會被雨水沖走。光用看的就是分不出。

想確認石粉含量，可以做什麼

石粉這件事，從頭到尾都驗得出來。

想知道	方法
有沒有大量無機物	密度，依 CNS 15730 第 9.3(a) 條、CNS 12451
無機物有多少重量	灰分試驗，ASTM D5630-22 或 ISO 3451-1
是纖維還是粉粒	斷面顯微觀察
白色沉積是不是碳酸鹽	滴一滴稀鹽酸，起泡即為碳酸鹽

 

買塑木板材時可以自己做的三件事

第一：看標示上的兩個數字。 木質類原料配合率加上塑膠原料配合率，100 減掉，剩下的就是「其他原料」。這個數字如果是兩位數，該問清楚是什麼。

第二：算密度。 實心板用重量除以體積；空心板取一小塊實心部位。超過 1.3，就不是木粉與 HDPE 加得出來的。

第三：拿性能報告，不要拿成分宣稱。 石粉的好處與代價，兩套標準裡都有對應的項目在把關——

• CNS 15730 表 7：密度（真比重）0.8～1.5、吸水率 10 % 以下、長度變化率 3 % 以下、衝擊強度 0.5 kJ/m² 以上（依 CNS 5846，適用 EX-I 與 EX-II）
• EN 15534-4:2014：第 4.5.1 條表 2 落錘衝擊（落高 700 mm、落錘 1 000 g；中空材十支試片均不得有裂長 ≥10 mm 或殘留壓痕 ≥0.5 mm，實心材不得有殘留壓痕 ≥0.5 mm）、第 4.5.5 條表 7 吸水膨脹、第 4.5.6 條表 8 線膨脹係數 ≤ 50×10⁻⁶ K⁻¹

這些量的都是做出來的結果，不問配方。 加了石粉而性能過得了，那是本事；性能過不了，寫再多成分也沒用。

手頭重不重是一種感覺。密度是一個數字，而且查得到。

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