改性剂对木塑复合材料性能的影响研究

改性剂对木塑复合材料性能的影响研究 Image Posted by - on 11/07/06 04:27 PM, updated on 07/29/08 09:40 AM 许民李坚 摘要：采用木纤维分别与PE、PS、ABS、SAN 等制成木塑复合材料，研究了不同改性剂对木塑复合材料性能的影响，结果表明：改性剂的加入能使木纤维与塑料很好地交接，改性剂不同对复合材料的性能产生不同的影响，木塑复合材料既保持了木质材料原来的优良品质，又具有塑料的一些性能，其防水性、尺寸稳定性、力学强度等均有较大改善。关键词：木纤维，热塑性高分子聚合物，木塑复合材料，改性剂，力学性能Research of Modifiers Effect on the Properties of Wood-polymer CompositesXu Min Li JianAbstract: Wood-polymer composites (WPC) were prepared from wood fiber, PE, PS, ABS, SAN. The effects of different modifiers on the mechanical of the composites were studied. The results showed modifiers can make the bond strength between wood fiber and polymer better and different modifiers produce different effects on Wood-polymer composites properties . Composites have the advantages of both wood fiber and polymer. In addition, it improves composites waterproof, dimensional stability and dynamic strength.Keywords: wood fiber, thermoplastic polyester, wood-polymer composites, modifier , the mechanical properties木塑复合材料（Wood-polymer composites）是由木材和塑料通过一定的工艺复和而成的材料，简称WPC，它具有硬度大、强度高、耐磨、美观、尺寸稳定性好等优点。WPC 自20 世纪60 年代问世以来，一直备受各国学者和企业界的重视，特别是近几年来，由于高分子材料工业的迅猛发展，废旧塑料的回收利用已成为不可忽视的问题。另外，森林资源日趋匮乏，林产品的成本、尺寸稳定性等问题，也迫使人们不断加强对木塑复合材料的研究。有关专家指出，21 世纪木材产品的优先发展领域之一，就是提高附加值的适应于不同场合的木塑复合材料。如何提高木塑复合材料的产品质量、降低成本、改善操作条件，对废旧塑料回收利用和速生劣质木材应用的开发有重要意义。1 试验材料与方法1.1 试验仪器高速涡流多用磨粉机，50t 试验预压机，100t 试验热压机，自制旋转拌胶机，AG-10TA 岛津万能试验机，LJ500 型抗张力试验机。1.2 试验材料木纤维、塑料（PE、PS、ABS、SAN）、过氧化二异丙苯、异氰酸酯胶、丙酮。1.3 试验方法1.3.1 木纤维的处理用搅拌机将木纤维打碎，并干燥至含水率为15%，用薄膜塑料袋密封，备用。1.3.2 塑料的处理用高速涡流多用磨粉机将塑料粉碎，由于粉碎后的塑料体积大小不一，很难和木纤维混合均匀，故分别用20 目、34 目筛子筛出，使其体积大小均一，能够得到均匀的塑料、木纤维混合物。1.3.3 板坯的制备先将木纤维投入到旋转式拌胶机中，喷入过氧化二异丙苯或丙酮和异氰酸酯胶配比的溶液，旋转数圈后再加入20 目或34 目塑料，使其充分混合均匀，把均匀的混合物利用手工铺装成320mm340mm 的疏松板坯，然后在室温状态下进行预压，预压压力为1Mpa，时间30s。然后取出放入热压机中进行热压，热压压力（高压12MPa，低压4MPa），热压时间（高压4min，低压6min），热压温度控制在175。为防止塑料熔融时发生“粘板”现象，用耐200的高温聚酯膜（0.1mm厚）贴于板坯表面，复合板最终厚度控制在11mm。1.3.4 检测方法将热压制成的复合板锯制成320mm50mm 的长板五块，并编号。取第2、4 块并锯制成50mm50mm 的试件八块，编号后，前三块测内结合强度，4、5、6 块测板的静曲强度和弹性模量，后两块测吸水厚度膨胀率。2 结果与讨论2.1 木纤维与不同塑料及偶联剂的配比对内结合强度的影响木纤维主要含有纤维素和木质素，可用物理、化学方法如：涂覆处理，动态交联和粉末胶增韧等进行改性。本文用不同偶联剂对木纤维进行表面处理，诣在改善木纤维与塑料的相容性，提高二者的粘接性能，材料的内结合强度如图1 所示。木纤维直接与各种非极性塑料填充复合时，因二者的极性相差太大，二者间粘接效果太差，复合材料的内结合强度几乎为零。在加入偶联剂后，内结合强度有了明显改善，从图1 可以看出，无论是何种塑料，加入异氰酸酯胶的内结合强度都比加入过氧化二异丙苯的要高，而且变化很显著，说明异氰酸酯胶能更好地改善木纤维表面结构特性，降低木纤维表面极性，同时减少木纤维与塑料界面的孔洞和缺陷，使强度提高。2.2 木纤维与不同塑料及偶联剂的配比对静曲强度与弹性模量的影响 从图2、图3 可以看出，在加入偶联剂后的复合材料由于加入塑料品种的不同，可见，无论加入哪种偶联剂，大多数达到了MDF 标准要求，而且，SAN 和ABS 的静曲强度和弹性模量均高于其他塑料制成的复合材料，。这说明ABS 不论用何种偶联剂，都能和木纤维很好的交联在一起，这主要是由于其结构所决定。2.3 木纤维与不同塑料及偶联剂的配比对吸水厚度膨胀率的影响从图4可以看出，除了木纤维与PS 混合成型的木塑复合材吸水厚度膨胀率平均值很大外，其它的都变化不大，而且基本达到中密度板国家标准所要求的值。这说明木纤维与PS 混合成型的木塑复合材的木材吸湿特性最突出，木纤维中仍存在着游离羟基，使吸水后的厚度明显增大，尤其是异氰酸酯胶的加入并没有很好地起到偶联作用。而其它如PE 等和木纤维混合成型的木塑复合材通过偶联剂作用，降低了木纤维的极性，使吸水厚度膨胀率平均值变化不大。3 结论木质材料是一种不均匀的各向异性天然高分子材料，因此界面特性十分复杂。由于试验中所使用的木纤维是由纤维素、半纤维素和木素等主要成分组成的混合纤维，其中含有大量的极性羟基和酚羟基官能团，其表面表现出很强的化学极性。为了和非极性的塑料界面之间具有良好的相容性，在试验中加入了偶联剂，从试验得出无论加入那种偶联剂，其吸水厚度膨胀率降低，说明这种复合材料有一定的拒水性。但是单纯只加入过氧化二异丙苯时，板材的静曲强度、弹性模量和内结合强度都未得到很好的改善，因此要考虑其他工艺条件的影响，使用异氰酸酯胶部分提高了复合板材力学性能。参考文献1 杨文斌，刘一星，李坚，张显权木刨花与再生塑料复合材的物理力学性能福建林学院学报，2002，22(4)2 王正，郭文静，王建军木/塑复合材料板制造工艺的因子研究林产工业，1996，23(2)3 秦特夫木粉加入量对木/塑复合材料性能影响的研究木材工业，2002，16(5)4 中国林科院木材工业研究所木质纤维复合材料专题组木塑纤维复合材料力学性能平衡性初探木材工业，1998，12(5)5 尹以高，夏成林，钟圣兆塑木复合材料的研制和性能塑料工业，2002，30(6)6 木/塑复合材料及增强机理研究复合材料学报，19927 殷荣忠主编酚醛树脂及其应用北京：化学工业出版社，1990，788 王文广主编塑料材料的选用北京：化学工业出版社，20019 邢玉清主编简明塑料大全哈尔滨工业大学出版社200210 林尚安等编著高分子化学科学出版社，198411 Norm Kutscha.Trends in wood research and utilization.Forest Product Journal,1999, 49(718): 12-17摘自中国林学会木材科学分会第九次学术研讨会论文集