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改善塑木複合材料力學性能的方法
時間:2019-03-11

    塑木複合材料所能利用的木質纖維和植物纖維來源豐富、價格低廉;製品尺寸穩定性好,電絕緣性優良,生產和使用過程中無毒,可反複加工利用。產品也廣泛應用於建築、運輸、包裝及裝飾裝修等行業。盡管塑木複合材料具有很多優點,我國也已經成為塑木複合材料的主要生產國,但WPC製品的性能仍有待提高,主要是力學性能和耐氣候老化性能。

  植物纖維的加入降低了塑料本身的韌性,並且由於木纖維是極性的,塑料是非極性的,兩者之間的界麵結合力很小,導致WPC製品力學性能下降,應用局限於非結構性材料和對衝擊性能、強度等力學性能要求較低的場合。因此,具備良好的力學性能是對塑木複合材料最基本的要求,生產企業和研究機構始終致力於這方麵技術的研發。根據研究表明,主要有以下3種增強途徑:

1)熔融共混改善力學性能。聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等熱塑性塑料是塑木複合材料常用的塑料基體,通常采用與柔性聚合物共混的方法來提高塑木複合材料的韌性,如共混低密度聚乙烯,聚烯烴彈性體以及橡膠粒子等。此外,利用增強纖維也可以起到提高力學性能的作用,如玻璃纖維、碳纖維、玄武岩纖維、礦物棉、聚酯纖維等。

2)改善界麵相容性。對木質纖維或塑料兩個主要組分進行化學改性能夠很好地改善二者之間的相容性,從而提高複合材料的綜合力學性能。對木質纖維的改性可采用聚乙二醇(PEG)、Na OH、乙酸酐等試劑。直接氟化、放電與閃爆脫膠處理對植物纖維表麵也有明顯的改性效果。在物料熔融混配過程中添加偶聯劑是有效提高界麵相容性的常用方法,如馬來酸酐接枝聚烯烴和鋁鎬偶聯劑,比較新型的偶聯劑為烷基烯酮二聚體(AKD)和離子聚合物。天然油脂作為表麵活性劑也能改善纖維與基體的界麵粘結性,增加複合材料的熱穩定性,辛酸與其他天然油脂相比,對複合材料的熱穩定性改善效果最好。

3)新型界麵改性技術:超/亞臨界流體技術界麵改性。超/亞臨界流體有著獨特的物理化學性能,優異的溶解能力、較低的黏度、較高的擴散係數和熱傳遞係數。微小的壓力變化能引起熱物理性質較大的變化,特別在臨界點附近變化極為顯著。超/亞臨界法對木質纖維與塑料的界麵結合有一定的改善效果,超/亞臨界流體主要有水、醇類化合物(甲醇、乙醇、丙醇)、CO2等。


老化性能研究

塑料基體易老化一直製約著塑木複合材料的發展,研究中通常采用自然老化、氙燈老化、凍融老化、熱氧老化等人工老化方式處理材料,通過材色、物理力學性能、蠕變性能、熱穩定性能、表界麵微觀結構等多方麵的測試結果評價其耐老化性能的優劣。研究發現,采用塗飾、添加塑料覆層、顏料、抗紫外線劑、光穩定劑、抗氧化劑、礦物質、維他命E等方式都能在一定程度上改善WPC的耐老化性能,其中最常用的方法是添加抗老化劑和表麵塗飾顏料。添加紫外線吸收劑UV326能延緩聚乙烯複合材料表麵的氧化。從材料表麵褪色程度、彎曲性能、表麵化學成分等方麵均證明UV326能改善塑木複合材的耐老化性能。此外,ZB與UV326複配使用效果要比ZB與HALS共同使用的效果好。

金屬氧化物和無機粒子的添加也能改善塑木複合材料的老化性能,經研究表明,納米氧化鋅和納米粘土能很好地增強塑木複合材料抗紫外老化的性能。同時,添加納米氧化鈣的塑木複合材料色差值、裂紋、彎曲強度下降幅度及老化程度均比空白組小。采用共擠出的方式製備塑木複合材料,核層采用廢舊塑料進行製備,環保且降低成本;在殼層配方中添加更多的抗老化和抗氧化助劑,這對提高塑木複合材料的耐老化性能非常有利,又不會過多地增加成本。