不同樹脂基木塑復(fù)合材料的性能對比

1、不同樹脂基木塑復(fù)合材料的性能對比摘要：由于木塑復(fù)合材料中所用的木質(zhì)纖維填料一般只能承受200加工溫度，因此，木塑復(fù)合材料一般采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等加工溫度較低的熱塑性樹脂?；w樹脂類型不同時(shí)，木塑復(fù)合材料的性能差異較大。本文初步研究了基體樹脂類型及木質(zhì)纖維類型對木塑復(fù)合材料制品性能的影響規(guī)律，這對人們根據(jù)制品的應(yīng)用領(lǐng)域舍理地選擇基體樹脂和木質(zhì)纖維具有一定的參考價(jià)值。前言從廣義上講，木塑復(fù)合材料(woodplastic cornposite，WPC)泛指任何含有木質(zhì)材料與熱固性塑料或熱塑性塑料的材料。其中熱固性塑料包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等；而熱塑性塑料則包括聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等 。

2、通常由于木質(zhì)纖維的熱穩(wěn)定性有限(一般不超過200 oC)，目前木塑復(fù)合材料所采用的基體樹脂一般僅限于加工溫度不高于200 oC的各種熱塑性塑料。迄今為止，國內(nèi)生產(chǎn)的木塑復(fù)合材料采用最多的基體樹脂是聚乙烯，部分采用的是聚氯乙烯，其它樹脂品種在木塑復(fù)合材料生產(chǎn)中的應(yīng)用則較少。木塑復(fù)合材料中采用的木質(zhì)纖維包括廢木粉、刨花、鋸木、稻草、花生殼、椰子殼、甘蔗、亞麻、澤麻、黃麻、大麻等植物纖維或其粉體。但迄今為止，由于原材料來源、價(jià)格等因素的限制，國內(nèi)生產(chǎn)的木塑復(fù)合材料采用最多的木質(zhì)纖維主要限于木粉和稻糠等少數(shù)幾個(gè)品種，其它木質(zhì)纖維的相關(guān)研究報(bào)道不多，在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用則更少。眾所周知，木塑復(fù)合材料的性能

3、與基體樹脂、木質(zhì)纖維、添加劑以及成型加工工藝等諸因素有關(guān) ，對比研究基體樹脂對木塑復(fù)合材料性能的影響規(guī)律，對木塑復(fù)合材料在應(yīng)用中的合理選材具有重要的參考價(jià)值。本文采用3種較為常見的基體樹脂和5種不同的木質(zhì)纖維制備木塑復(fù)合材料樣品，并對其物理機(jī)械性能進(jìn)行對比分析，以期供業(yè)內(nèi)同行參考。l 實(shí)驗(yàn)11 主要原材料高密度聚乙烯，6100M，燕山石化公司，MI=013 g10 min；聚丙烯，K8303，燕山石化公司，MI= 200 g10 min；聚氯乙烯，SG一5，齊魯石化公司；稻糠粉，80120目，江蘇無錫；松木粉，80120目，北京；竹粉，80120目，安徽廣德；稻草纖維，纖維狀(經(jīng)表面處理)，安

4、徽合肥；麥秸纖維，纖維狀(經(jīng)表面處理)，安徽合肥。12主要儀器設(shè)備SHL一10型實(shí)驗(yàn)用高速混合機(jī)，江蘇省張家港市輕工機(jī)械廠；SK160一B型電加熱雙輥煉塑機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠；QLBD 025MN型平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠；RG2000100型微機(jī)控制萬能材料試驗(yàn)機(jī)，深圳市瑞格爾儀器(制造)有限公司；XJJ一5型簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，承德金建檢測儀器有限公司。13試樣制備工藝131 工藝流程原料預(yù)處理一一配方稱量一一高攪混料一一熱雙輥塑煉一壓片制樣一一性能測試132 物料混合工藝將PE樹脂和各種助劑按配方比例一次加入到高速混合機(jī)中，高速混合8min，出料待用。133塑化混合工藝先將雙輥煉塑

5、機(jī)輥筒溫度預(yù)熱至(185±5) ，調(diào)好輥距；將混合好的物料通過熱雙輥的加熱和剪切作用使物料塑化、混合，混煉總時(shí)間控制在810 min。134 壓片制樣在平板硫化機(jī)上將壓片模具預(yù)熱至1 80 oC，將煉塑好的物料趁熱放入模具，在10 MPa壓力下熱壓5 min，再冷卻定型20 min，制成4 mm厚的板材，再用制樣機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)制備樣條。14 性能測試141 拉伸性能參照標(biāo)準(zhǔn)GBT 10401992。量程為05000 N，標(biāo)距50 mm，大變形傳感器，試驗(yàn)速率20mmmin。142 彎曲性能參照標(biāo)準(zhǔn)GBT 93412000。量程為05 000N，跨度64 mm，絕對位移傳感器，試驗(yàn)速率2 m

6、mmin，規(guī)定撓度15 d。143 沖擊性能參照標(biāo)準(zhǔn)GBT 10431993。A型銑缺口，測試量程005 J。144 熱變形溫度參照標(biāo)準(zhǔn)GBT 16341979。最大彎曲正應(yīng)力045 MPa，升溫速率12 oC6min。2 結(jié)果與討論21 HDPE基木塑復(fù)合材料的性能采用相同的試驗(yàn)配方和相同的加工工藝條件，采用5種不同的木質(zhì)纖維(其質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為50 )，分別制備5種不同的HDPE基木塑復(fù)合材料樣品，其性能參數(shù)，如表1所示。從表1可見，由5種不同的木質(zhì)纖維制備的HDPE基木塑復(fù)合材料的物理機(jī)械性能較為接近，其拉伸強(qiáng)度為1924 MPa，彎曲強(qiáng)度為3336MPa，缺口沖擊強(qiáng)度(一20 oC)為40

7、50 kJm 。從表1也可看出，由于稻草纖維和麥秸纖維本身的剛性較低，由這兩種農(nóng)業(yè)秸稈纖維制備的木塑復(fù)合材料的彎曲模量明顯偏低，但這種材料的熱變形溫度卻較高。22 PP基木塑復(fù)合材料的性能采用相同的試驗(yàn)配方和相同的加工工藝條件，采用5種不同的木質(zhì)纖維(其質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為50)，分別制備5種不同的PP基木塑復(fù)合材料樣品，其性能參數(shù)，如表2所示。從表2可見，由5種不同的木質(zhì)纖維制備的PP基木塑復(fù)合材料中，采用竹粉時(shí)所得材料的物理機(jī)械性能最好，其次是采用稻草纖維和麥秸纖維的復(fù)合材料。但總體而言，采用不同的木質(zhì)纖維制備的PP基木塑復(fù)合材料的性能差異也不大，其拉伸強(qiáng)度一般為1622 MPa，彎曲強(qiáng)度為304

8、1MPa，彎曲模量為2228 GPa，缺口沖擊強(qiáng)度(一18)為2534 kJm ，熱變形溫度為126145 oC。一23 PVC基木塑復(fù)合材料的性能采用相同的試驗(yàn)配方和相同的加工工藝條件，采用5種不同的木質(zhì)纖維(其質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為50)，分別制備5種不同的PVC基木塑復(fù)合材料樣品，其性能參數(shù)，如表3所示。從表3可見，由5種不同木質(zhì)纖維制備的PVC基木塑復(fù)合材料的物理機(jī)械性也十分接近，其拉伸強(qiáng)度為1627 MPa(采用木粉的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度最高)，彎曲強(qiáng)度為4453 MPa，彎曲模量為31 43 GPa，缺口沖擊強(qiáng)度(一18oC)為3442kJm 。熱變形溫度為7477 。24不同樹脂基木塑復(fù)合材料

9、的性能對比木質(zhì)纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為50 ，制備PE、PP、PVC基木塑復(fù)合材料，其性能參數(shù)，如表4所示。由表4可見，幾種木塑復(fù)合材料的密度比例為P(PE基)：P(PP基)：P(PVC基)=100：096：123。由于所用材料配方的成本比例為PE基：PP基：PVC基=100：100：076，因此，可推算出以三種復(fù)合材料制造的產(chǎn)品的體積成本比例為PE基：PP基：PVC基=100：096：093。由此可見，PVC基木塑復(fù)合材料的成本最低，PP基次之，PE基木塑復(fù)合材料的成本相對最高。PVC基木塑復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均高于PE及PP基木塑復(fù)合材料的，但其熱變型溫度最低。由此可見，在制備耐熱性能要

10、求不高的木塑復(fù)合制品時(shí)(如室內(nèi)裝飾線條等)，可優(yōu)先考慮采用PVC作為基體樹脂，其制品綜合性能較好，而成本則較低。PP基木塑復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等性能指標(biāo)與PE基的相近，而熱變形溫度最高(可達(dá)135 以上)。因此，若制備耐熱性能要求較高的木塑復(fù)合制品時(shí)(如南方地區(qū)戶使用的各類承重結(jié)構(gòu)部件等)，可優(yōu)先考慮采用PP作為基體樹脂。PE基木塑復(fù)合材料除了其抗沖擊性能較PP、PVC基木塑復(fù)合材料有一定優(yōu)勢外(當(dāng)然后兩種材料也可通過改性在一定程度上彌補(bǔ)這一缺陷)，其彎曲剛性明顯小于PP及PVC基木塑復(fù)合材料的；熱變形溫度則遠(yuǎn)不如PP基木塑復(fù)合材料的，加之其材料相對成本較高，因此，我們認(rèn)為PE在許多場合不應(yīng)作為木塑復(fù)合制品的首選樹脂。目前國內(nèi)生產(chǎn)的木塑復(fù)合制品大部分采用HDPE，由上述分析來看是不恰當(dāng)?shù)?。在?shí)際應(yīng)用中，PE基木塑復(fù)合制品(如戶外地板、公園座椅等)也確實(shí)存在較為嚴(yán)重的蠕變問題 ，這可能與其彎曲剛性較