不同增容劑對HDPE基木塑復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

1、收稿日期:20060810作者簡介:吳遠楠(1981-,男,甘肅人,北京印刷學(xué)院碩士研究生,主攻綠色包裝材料及技術(shù)。不同增容劑對HDPE 基木塑復(fù)合材料力學(xué)性能的影響吳遠楠,武軍(北京印刷學(xué)院,北京102600摘要:研究了4種不同增容劑對HDPE 基木塑復(fù)合材料力學(xué)性能的改善效果。比較并分析了不同增容劑用量對復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明:不同增容劑對木塑復(fù)合材料的拉伸、彎曲等性能的改善程度存在較大差別,其中馬來酸酐改性聚丙烯(MA 2PP 的增容效果最佳。關(guān)鍵詞:HDPE;木塑復(fù)合材料;增容中圖分類號:T B484;T B487文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1001-3563(200606-008

2、5-02Effects of D i fferen t Com pa ti b ili zers on M echan i ca l Properti esof HD PE Ba sed W ood 2pl a sti cs 2co m positeWU Yuan 2nan,WU Jun(Beijing I nstitute of Graphic Communicati on,Beijing 102600,China Abstract:The a meli orating effects of different compatibilizers on mechanical p r operti

3、es of wood 2p las 2tics 2composite (W PC based on HDPE were studied .Analyzing and comparing with the effects resulted by different content on mechanical p r operties .The results showed that there are obvi ous differences bet w een a 2mendat ory extent which caused by different compatibilizers on t

4、ensile and flexural p r operties ofW PC .There 2int o,compatibilizing effect of MA 2PP is the best .Key words:HDPE;wood 2p lastics 2composite materials;compatibilizing木塑復(fù)合材料是指利用木質(zhì)纖維填料(包括木粉、秸稈、稻殼粉等和熱塑性樹脂(包括廢舊回收塑料為主要原料,外加一些加工助劑,經(jīng)成型加工而制得的復(fù)合材料。木塑復(fù)合材料加工設(shè)備方法簡單,可利用傳統(tǒng)的加工塑料的成型方法,如擠出、注射和壓制等,而且可以回收利用木材加工過程中剩下的

5、邊角余料,也可以大量使用熱塑性回收塑料,是一種新型的綠色環(huán)保材料,有著顯著的經(jīng)濟和社會效益,因此應(yīng)用前景廣闊。木塑復(fù)合材料從結(jié)構(gòu)上可以看作是熱塑性塑料充當(dāng)連續(xù)相、不可塑的木纖維充當(dāng)分散相從而形成兩相結(jié)構(gòu),兩相間經(jīng)過化學(xué)手段(接枝、偶聯(lián)等有機地結(jié)合在一起,使得木塑復(fù)合材料集木材和塑料的優(yōu)點于一身,不僅有類似木材的加工性,還可進行切割、粘接、釘、鉆、刨等二次加工。1實驗部分1.1實驗原料木粉(80-100目,從木材加工廠隨機收集木屑粉碎制得;高密度聚乙烯(HDPE ,牌號DG DA6098,齊魯石化;乙稀2醋酸乙烯共聚物(E VA ,牌號1422,北京石化公司;乙烯丙烯酸共聚物(E AA ;北京石

6、化公司;馬來酸酐改性聚丙烯(MA 2PP ,牌號HD200P,南京華都科技實業(yè)有限公司;馬來酸酐改性聚乙烯(MA 2PE 牌號HD900E,南京華都科技實業(yè)有限公司;硬脂酸,北京化學(xué)試劑公司。1.2實驗設(shè)備SHR 210A 型高速混合機,北京塑料機械廠;SK 2160開放式煉塑機,上海雙翼橡塑機械有限公司;平板硫化機,上海雙翼橡塑機械有限公司;ZHY 2W 型萬能制樣機,承德試驗機有限責(zé)任公司;電子萬能試驗機,深圳新三思試驗機有限公司。電子掃描顯微鏡,日本日立。1.3工藝流程木粉80干燥并進行表面處理,加入塑料和其他組分粗混,再經(jīng)雙輥塑煉機塑化均勻并成粘流態(tài)后,按模具大小拉片,取34片疊合后放

7、入模具,用平板硫化機進行壓制再制樣,最后進行性能測試。1.4性能測試分別按G B /T 104021992,G B /T 934122000,測試復(fù)合材料的拉伸強度、彎曲強度。58吳遠楠等不同增容劑對HDPE 基木塑復(fù)合材料力學(xué)性能的影響2結(jié)果與討論2.1不同增容劑對力學(xué)性能的影響木質(zhì)纖維的主要成分是纖維素和木質(zhì)素,因此具有強極性,而HDPE幾乎沒有極性。如果未經(jīng)處理,親水的木質(zhì)纖維與疏水的樹脂兩相間界面結(jié)合性會很差1,為使材料具有最佳的綜合性能,必須引入增容劑。用增容劑對兩相進行接枝處理,可顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能2。對于HDPE/木粉體系,研究了乙烯-醋酸乙烯共聚物(E VA、乙烯丙烯酸

8、共聚物(E AA、馬來酸酐改性聚丙烯(MA2 PP、馬來酸酐改性聚乙烯(MA2PE4種增容劑對材料力學(xué)性能的影響。體系中木粉含量為50%,增容劑含量為9%,實驗結(jié)果見表1。表1不同增容劑對HDPE/木粉復(fù)合材料力學(xué)性能的影響Tab.1The effects of d i fferen t com pa tibili zerson m echan i ca l properties of HD PE ba sed W PC增容劑力學(xué)性能拉伸強度/MPa彎曲強度/MPa彎曲彈性模量/MPa未增容 3.59 5.721301.74MA2PE 6.5211.84949.32EAA 6.5412.739

9、12.26EVA 3.84 6.69511.03MA2PP11.2117.771176.94從表1可以看出,MA2PE、E AA、E VA、MA2PP對復(fù)合體系的拉伸強度都起到了一定的改善,但改善程度差異較大,MA2 PP對體系的增強效果最佳,E AA和MA2PE的增強效果比較接近,而與HDPE相容性較好的E VA的增強效果則明顯低于其他三者,幾乎對拉伸強度沒有改善。彎曲強度方面,依舊是MA2PP的效果最為明顯,E AA和MA2PE較為接近,而E VA對于彎曲強度的改善作用如同拉伸強度一樣十分微弱。在材料的剛性(彎曲彈性模量方面,增容劑的加入都不同程度的使材料的剛性有所下降,這是因為增容劑一方

10、面提高了樹脂基體與木粉的相容性,另一方面同時又不可避免的降低了木粉的增剛效果,而且增容劑本身的剛性一般都低于樹脂基體,從而導(dǎo)致了復(fù)合材料剛性的下降。從表中可以看出E VA 的加入,使得材料的彎曲模量降低了50%以上,也就是說E VA 的加入對材料起到了較為顯著的增韌作用。以上各種性能的變化的原因,可能是酸酐和羧基與木纖維中的羥基發(fā)生了反應(yīng),產(chǎn)生了一定的化學(xué)鍵合,從而改善了復(fù)合材料的界面層,有利于應(yīng)力在材料中各組分間的傳遞。2.2增容劑用量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響增容劑的用量對材料力學(xué)性能影響很大,用量太少,則木纖維包覆的不完全,難以形成良好的增容及分子層,起不到有效的改善界面相容性的效果,而且

11、對木粉表面易反應(yīng)的槍擊集團消耗不夠,材料易吸濕變形;增容劑用量過多,則纖維表面會覆蓋過多的增容劑,形成多分子層,易造成木粉與樹脂之間界面結(jié)構(gòu)的不均勻性,而且一般增容劑的力學(xué)性能都弱于樹脂基體,過多反而會造成材料力學(xué)性能的下降5;另外,增容劑中含有極性的可以與木粉表面羥基反應(yīng)的官能團,過多的剩余在復(fù)合材料中也不利于材料的使用壽命。從圖1可以看出,當(dāng)MA2PP的用量為8%時,復(fù)合材料的拉伸強度最大,比加入E VA時提高了約8MPa,而隨著用量的 增加,材料的拉伸強度還略有下降3。圖2所示,增容劑用量的增加對體系的彎曲強度影響不大,不過在MA2PP的含量達到8%時,材料彎曲強度最大;同時還可以看出E

12、 VA在4種增容劑中增加彎曲強度的效果最差。在木塑材料的性能研究中,一般情況下增容劑的加入都會增加界面結(jié)合力,提高材料的抗彎曲性能。圖1增容劑含量對材料拉伸強度的影響圖2增容劑含量對材料彎曲強度的影響Fig.1The effect resulted bycontent of compatibilizerson tensile strength of W PCFig.2The effect resulted bycontent of compatibilizerson flexural strength of W PC 2.3SE M形態(tài)觀察通過對復(fù)合材料斷面的微觀結(jié)構(gòu)觀察,從圖3可以看出,圖3

13、EVA、EAA、MA2PP、MA2PE對HDPE/木粉復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3The effect resulted by E VA,E AA,MA2PP,and MA2PE on m icr ostructure of HDPE based W PC(下轉(zhuǎn)第103頁68包裝工程P ACK AGI N G E NGI N EER I N G Vol.27No.62006.12子天平(精確度0.01mg 分別測定PS 版感光前后的質(zhì)量,測得A 和B 版的感光層的質(zhì)量密度。分別稱取含等量感光材料的A 型和B 型PS 版,溶解于丙酮中,制備相同質(zhì)量濃度的2種PS 版的丙酮溶液,用丙酮稀釋后進

14、行UV 2V I S 測試。圖6所示是2mg/cm 3的A 和B 型PS 版在320460n m 范圍的紫外可見吸收光譜,臨界曝光能量高的A 版明顯比B 版有著豐富的譜圖結(jié)構(gòu),分別在342n m 和397.9n m 處存在較大的吸收,經(jīng)過一段時間后重新測定吸收光譜無明顯變化,說明PS 版中感光材料的光穩(wěn)定性較好。圖中B 版在測定范圍內(nèi)幾乎沒有紫外吸收出現(xiàn),說明B 版中感光材料的含量是極低的,于是所需要的臨界感光能量也相應(yīng)減小,并且這樣小的臨界感光能量也不利于PS 版的貯存和質(zhì)量穩(wěn)定 。圖62種PS 版的紫外可見吸收光譜Fig .6The UV 2V is s pectru m of A and

15、 B p late3結(jié)語本文對當(dāng)前市場通用的2種重氮萘醌系陽圖型PS 版進行了分光譜曝光顯影實驗,得到了2種PS 版的感光特性曲線,實驗發(fā)現(xiàn)2種PS 版的感度存在較大差異,分別為170mJ /cm 2、10mJ /c m 2。進一步從感光層的紅外光譜、紫外-可見光譜分析了引起感度差異的原因,結(jié)果表明2種PS 版中重氮鹽含量的多少是造成感度差異的主要因素。在CTcP 應(yīng)用中,適當(dāng)?shù)闹氐}添加量可以加快曝光速度,提高印刷效率,但感光成分過少勢必對PS 版的貯存,顯影效果,耐印力等印刷指標(biāo)產(chǎn)生影響,不利于CTcP 技術(shù)的推廣。參考文獻:1紀(jì)超.CTP 技術(shù)的崛起J .印刷雜志,1995,(4:47-

16、49.2期刊編輯.計算機直接制版系統(tǒng)-qutenberg J .印刷世界,1995,(4:26.3蔣文燕,陳文革.CTP 技術(shù)面面觀J .中國包裝,2005,(4,66-67.4臻峰.PS 版的今天和明天J .影像技術(shù),2002,(1:23-32.5李朝陽,陳強,張廣秋.空心陰極氮氣等離子體放電光源實現(xiàn)普通PS 版感光感光化學(xué)與光化學(xué)J .2006,24(3:215-220.6余尚先,楊金瑞,張改蓮.PS 版的感度和CTCP 技術(shù)的推廣應(yīng)用J .今日印刷,2004,(8:41-43.7李朝陽,陳強,張廣秋.普通PS 版感光特性的研究J .信息記錄材料,2006,7(2:46-49.8聶康明,龐

17、文民,王雨松,等.聚酯/無機雜化分子間鍵合作用及微結(jié)構(gòu)相關(guān)性的光譜研究J .光譜學(xué)與光譜分析,2005,(4:537-540.(上接第86頁加入E VA 后,樹脂和木粉的結(jié)合情況仍然較差,兩相界面清晰,在木粉周圍有明顯的縫隙存在,木纖維與樹脂結(jié)合力弱,容易從樹脂中被拉出,因此加入E VA 對界面沒有明顯的改善作用,這和前面討論的E VA 對拉伸強度的影響相一致。E AA 和MA 2PE 對復(fù)合材料的界面有較好的改善作用,而MA 2PP 對復(fù)合材料界面的改善作用最好,從圖3c 中可以看出,木粉和樹脂的結(jié)合面變得模糊,很難分辨出樹脂和木粉,這意味著木粉將被樹脂包裹起來,在受到外力是缺陷就有可能在基體中產(chǎn)生,而不是兩相結(jié)合處,從而能夠有效的傳遞和承受載荷,使復(fù)合材料的強度得到顯著提高。3結(jié)語(1除了E VA 外,所加入的其他3種增容劑均顯著的提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。(2對于HDPE /木粉復(fù)合體系,E AA 和MA 2PE 的對體系的改善效果相近,而MA 2PP 是最有效的增容劑,當(dāng)M