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PVC塑木复合材料增强技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-06-13   浏览次数:728
核心提示:​聚氯乙烯(PVC)木塑复合材料是以PVC和木质纤维为主要原料制成的复合材料,兼具有木质材料的使用性能和塑料的热塑加工性能,主要可用作天然木材的替代而广泛使用。其自身的强度高、阻燃性能强、抗有害生物特性和耐腐蚀性能好成为用作结构材料的首选,但是该材料同样因为具备弯曲强度、冲击强度差,热变形温度低及抗蠕变性差等缺点而降低了实用性。

聚氯乙烯(PVC)木塑复合材料是以PVC和木质纤维为主要原料制成的复合材料,兼具有木质材料的使用性能和塑料的热塑加工性能,主要可用作天然木材的替代而广泛使用。其自身的强度高、阻燃性能强、抗有害生物特性和耐腐蚀性能好成为用作结构材料的首选,但是该材料同样因为具备弯曲强度、冲击强度差,热变形温度低及抗蠕变性差等缺点而降低了实用性。传统PVC增韧改性通常是在树脂中加入橡胶类弹性体,是以降低材料宝贵的刚性、耐热性、尺寸稳定性为代价的。

目前,国际上较热门的方式是通过加入刚性的增韧纤维既增强力学性能又不影响综合性能。利用玻璃纤维(GF)增强木塑复合材料不仅可以让其拥有较好力学性能与摩擦磨损性能,还能兼具良好的耐疲劳特性。在PVC复合材料中加入一定偶联剂或成型剂等可以在一定程度上提高复合材料的稳定性。同时能增强界面相容性从而提高材料的力学强度,很明显地让GF较多地保留在PVC当中,从而提高GF在PVC中保留的长径比。GF没有经过处理时不溶性的物质容易附着到GF表面,使得GF与PVC不能充分湿润。这两个原因直接导致处理后材料的耐磨性及力学性能大幅度增加。科研人员通过在PVC/稻壳木塑复合材料中加入不同含量的稻壳、GF及偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)与钛酸酯,采用模压成型方法来探究GF及偶联剂含量对木塑复合材料的力学性能及摩擦磨损性能的影响。

稻壳用量对PVC复合材料的影响
力学性能
研究证明,随稻壳含量增加,材料的硬度逐渐减小。说明稻壳含量越大,材料硬度越小。这是因为随着稻壳含量的增多,致使稻壳在PVC中分散性较差而使得复合材料缺陷增加所以样板的硬度有所降低。不同GF用量时PVC木塑复合材料的硬度。随GF含量增加,材料的硬度呈现先减后增的趋势。GF含量在10%时,PVC复合材料硬度最低,这是因为GF的硬度相对来说比较大,当其含量增多时,使得试样的整体硬度也会有所上升。而GF含量为15%时硬度也较大,可能是因为GF较少时对材料的割裂破坏较小,所以PVC复合材料整体的硬度也会较高。
摩擦磨损性能
随着稻壳含量的增加,PVC复合材料磨损量出现先减后增的趋势,在稻壳含量为40%时磨损量最低。可以看到稻壳用量越多材料的耐磨性能也就越好,稻壳含量达到40%左右,耐磨性最好。持续加大稻壳用量将会致使耐磨性有所降低。
GF用量的增加,PVC复合材料磨损量出现先减后增的趋势,在GF用量为15%时磨损量最低。复合材料中的GF具有分散和传递载荷的作用,使加在其上的力分散到周围基体上,同时GF均匀分布在材料中与周围基体相互之间有力的作用使得材料难以被磨损。而这种作用在GF含量占15%时最佳,此时GF耐磨损性最好。
因此,当稻壳用量和木塑复合材料的弯曲模量呈正相关关系;而拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和硬度都与稻壳含量呈负相关关系。在40%是摩擦性能最好。
GF作为增韧剂,其含量对PVC木塑复合材料具有较大影响:材料的硬度随着GF用量的增多呈现先减后增的规律,10%时最低。GF含量在15%以下时,随着GF含量的增加木塑复合材料的拉伸强度与冲击强度总体上随之增加,超过15%则随GF含量增大而减小。弯曲强度出现先减后增的趋势,在15%时最小。弯曲弹性模量呈现先减后增的规律,10%时最大。材料的耐磨损性在GF含量占15%时最佳,摩擦系数在15%时最大。
用合适的偶联剂处理能提升木塑复合材料的硬度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量和耐磨性。其中KH550的增强效果比较好,钛酸酯不能提高材料的力学性能和耐磨性。

 
 
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