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塑木复合材料不可缺少的综合设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-08-13   浏览次数:186
核心提示:塑木复合材料(WPC)是木质或非木质纤维素和塑料经熔融混合加工而成的复合材料,具有绿色环保、轻质高强、成本低廉等诸多优点,在建筑、市政、汽车交通等领域应用广泛。

 塑木复合材料(WPC)是木质或非木质纤维素和塑料经熔融混合加工而成的复合材料,具有绿色环保、轻质高强、成本低廉等诸多优点,在建筑、市政、汽车交通等领域应用广泛。发展高性能塑木复合材料不仅可以满足社会经济发展的需要,同时可以实现废旧塑料、木屑、秸秆纤维等固体废弃物的高效高质循环再利用,对促进生态环境保护、建设循环经济具有重要意义。

11.1

木质或非木质纤维素表面常含有大量的醇羟基和酚羟基,易形成分子间或分子内氢键,具有较强极性和吸水性。而塑木复合材料常用的聚烯烃树脂通常属于非极性物质,表面能低,极性低,与极性较强的纤维素润湿性和相容性差,也不利于纤维素在基体树脂中的均匀分散,导致界面结合力差,疲劳强度低,难以满足高端场合使用要求。实际生产中,木粉的填充量很高,细度也多在100目以上。在高填充和高细度下,木粉的分散性和界面结合力对材料性能的影响更为显著。增强纤维素和塑料的界面结合力,改善纤维素在塑料基体中的分散性是提升塑木复合材料力学性能的关键途径,受到众多科研人员的关注。无论是在塑料基体中添加纤维素,或是对木粉进行表面改性,还是添加界面相容剂,都会影响塑木复合材料体系的流变性,进而影响塑木复合材料的成型成性过程。因此,优化提高塑木复合材料性能既涉及材料组分,也关系到成型工艺,需要综合考虑各方面影响因素,对材料组分和成型工艺进行综合设计。

有研究以木粉在高密度聚乙烯(HDPE)基体中的分散特性和复合材料的力学性能为研究对象,利用流变仪制备添加不同助剂的塑木复合材料。在成功制备复合材料粒子的基础上,采用注射成型工艺,制备了复合材料平板试样。以剪切黏度、挤出特性和能耗特性等表征复合材料的成型性能。通过剪切流变曲线和复合材料试样横断面微观形貌对复合材料相态分布和成型质量进行间接和直接表征,并测试了复合材料的拉伸、弯曲和冲击性能,分析了不同复合材料体系的损伤破坏特性。研究结果将对高性能塑木复合材料的开发和类型提供技术支撑。

(1)HDPE中加入50%(质量分数)木粉使复合材料拉伸强度略有提高,弯曲性能和冲击强度降低,尤其是冲击强度降低明显;PE-g-MAH可明显提高复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度,表明加入增容剂明显提高木粉与HDPE的结合力。

(2)硬脂酸类加工助剂可有效降低加工能耗和加工黏度,提高挤出量,但会导致复合材料力学性能降低;PE蜡可通过内增塑作用降低黏度,增加对木粉的润湿性,也可以提高加工性,与硬脂酸类润滑剂相比,对加工性提高程度较小,但具有更高的力学性能。

(3)在塑木复合体系中加入PE-g-MAH可改善木粉分散性。加入HSt可明显提高木粉分散程度,这可能与其较低的熔点、较低的黏度以及与木粉可以形成氢键有关。EBS、ZnSt、CaSt 的加入降低了木粉在基体中的分散性,这可能与这 3种助剂熔点较高、黏度较大、不易和 HDPE 良好混容有关。

 
 
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