木塑復(fù)合材料材料力學(xué)性能的研究

木塑復(fù)合材料材料力學(xué)性能的研究

木塑料是一種新型的綠色材料，保持了塑料薄膜的良好耐水性和強度，并結(jié)合了木材易于加工的特點，無毒環(huán)保。具有木材的天然質(zhì)地、易受細菌和螞蟻的損害、低熱量、防潮、隔熱、耐腐蝕性、釘、刨、壓縮強度高、邊角剩余材料的回收性等特點。廣泛應(yīng)用于建筑材料、包裝、運輸、裝飾等領(lǐng)域。我國木材資源十分短缺,但在木材的加工和使用過程中卻有20%~30%的木粉和邊角余料被作為“廢料”燃燒或作為固體垃圾處理。在原材料浪費的同時,還造成一定程度的環(huán)境污染。保護森林、回收利用廢棄木粉是社會發(fā)展的必然要求。筆者利用經(jīng)預(yù)處理的木粉和聚氯乙烯(PVC)型材顆粒料為原料,采用擠出成型工藝生產(chǎn)木塑型材,研究了木塑混合料的配比對其流動性、塑化性能、成型加工性能等的影響。制得的木塑型材是可再生循環(huán)使用的環(huán)保型新材料。1實驗部分1.1穩(wěn)定性和重質(zhì)木粉:粒徑96、380μm,江蘇南通如皋木粉廠;PVC型材顆粒料:型材破碎料,連云港杰瑞化學(xué)建材廠;PVC:S-1000,山東齊魯石化公司;復(fù)合穩(wěn)定劑:FW-01,天津天星化工廠;丙烯酸酯類共聚物(ACR):ACR-201,蘇州安利化工廠;氯化聚乙烯(PE-C):135A,山東濰坊化工廠;CaCO3:重質(zhì),連云港板浦化工廠;鄰苯二甲酸二辛酯(DOP):99%,市售。1.2速混合機、成分配機鼓風(fēng)干燥箱:DHG-9203型,上海一恒科技有限公司;高速混合機:SHR-25A型,張家港杰達機械有限公司;錐形雙螺桿擠出機:SJ-65型,上海金緯機械制造有限公司;模具:MJ00429、01597,連云港杰瑞模具技術(shù)有限公司。1.3木塑物料的研制1#、2#和3#實驗配方為在標(biāo)準(zhǔn)配方(見表1)中分別加入40份粒徑為380μm的木粉、50份粒徑為96μm的木粉和粒徑分別為380、96μm的木粉各25份,按照圖1所示工藝流程擠出木塑型材。2結(jié)果與討論2.1干燥時間對木粉含水率的影響木粉含水率對木粉填充PVC型材的力學(xué)性能有很大影響。若木粉中含水較多,在擠出型材的過程中可能導(dǎo)致型材內(nèi)部出現(xiàn)泡孔、表面出現(xiàn)水跡,形成不穩(wěn)定的分解產(chǎn)物而造成制品表面不光潔,進而影響型材的性能。因此,實驗前需對木粉進行干燥。取一定量的木粉,在鼓風(fēng)干燥箱溫度為110℃左右的條件下進行干燥,每隔1h稱量一次木粉質(zhì)量,直至質(zhì)量不再減輕為止。在干燥過程中,前期干燥速度較快,干燥出的水分較多,主要是木粉通過物理力吸附的水易脫出。干燥3h后,脫出水的難度加大,這主要是因為分子內(nèi)存在氫鍵等化學(xué)作用的水,繼續(xù)干燥時木粉中的水分也不能完全脫出,因為一些像細胞內(nèi)的水分,在110℃的鼓風(fēng)干燥箱中不能脫出。通過測定,在干燥時間達到3.5h后,木粉含水率小于3%,達到材料的成型加工要求。所以選擇木粉的干燥時間為3.5h。當(dāng)干燥溫度過高(高于120℃)時,木粉顏色會變黃,并隨時間的延長逐漸加深,有時會轉(zhuǎn)變成褐色,甚至炭化;當(dāng)溫度小于110℃時,木粉制成的型材表面不光潔,容易造成型材發(fā)泡,木粉達不到使用要求,故木粉干燥溫度選擇110℃。2.2木材制成工藝條件(1)木粉預(yù)處理技術(shù)首先除去木粉中的硬雜質(zhì),然后在鼓風(fēng)干燥箱中烘干除去水分,烘干溫度為110℃,時間為3.5h。(2)pvc與木粉的混合疏松的木粉顆粒影響PVC與其它助劑的混合塑化,從而影響型材制品的質(zhì)量,所以先將PVC與其它助劑混合,然后再加入木粉進行混合。混料工藝參數(shù)如表2所示。(3)生產(chǎn)工藝從料斗加入PVC顆粒料,從擠出機排氣孔加入木粉料,進行混料,擠出成型工藝參數(shù)如表3所示。2.3木塑原料增塑劑的選擇木粉是剛性填料,加入后使物料的流動性變差,塑化情況也變差,擠出型材質(zhì)量下降。所以在配方中加入Pbst、Cast、Hst、Wax幾種潤滑劑,以改善物料的流動性能,提高生產(chǎn)效率,減少邊緣磨損。PVC的熱穩(wěn)定性差,未加入穩(wěn)定劑時在130℃就開始分解,木粉的熱穩(wěn)定性也較差,在170~200℃開始分解,因此,在加工過程中,如果物料流動性不佳,加工時間延長,必將導(dǎo)致材料在加工過程中分解,使材料各項性能大為下降,因而有必要加入一定量的增塑劑。DOP具有揮發(fā)性低、耐熱、耐低溫、耐水和高凝膠化性能等優(yōu)點,所以選擇DOP作為木塑型材的增塑劑。加入DOP可以降低加工溫度,減少木粉分解和發(fā)煙,改善復(fù)合材料的拉伸性能。2.4纖維增強的作用表4列出木粉粒徑、型材截面對制品性能的影響。從表4可以看出,木粉的粒徑過大,加工流動性大大下降,制品疏松,力學(xué)性能也會變差。但木粉的粒徑也不能過小,因為木粉中的木纖維能對PVC起到增強作用。從纖維增強原理可知,所用的纖維必須具有一定的長徑比。所以如果木粉粒徑過小,其中木纖維的長徑比也越小,從而影響到其增強作用,使其拉伸強度等力學(xué)性能下降。2.5比較好的制品表面由表4可見,用80上亮框成型時,由于截面較復(fù)雜、內(nèi)筋較多且壁厚較薄,所以制品表面光滑,但內(nèi)筋有輕微發(fā)泡,制品韌性較差。而墊板模具壁厚較厚,制品成型較好,制品表面光滑無發(fā)泡,且質(zhì)地密實,韌性和強度均有所提高。所以木塑復(fù)合材料適合成型制品形狀相對簡單、內(nèi)筋少的截面制品,如墊板、托盤等。2.6該產(chǎn)品的物理特性通過檢測木塑復(fù)合材料型材發(fā)現(xiàn),制得的木塑型材具有尺寸變化率小、加熱后狀態(tài)穩(wěn)定、吸水率小等特點。3最佳配方的確定(1)選用96、380μm兩種不同粒徑的木粉,在110℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥3.5h后,其含水率小于3%,能滿足成型加工要求。(2)3#配方為最佳配方,物料的塑化性能較好,擠出制品的成型情況最好。最佳配方為:100份PVC,3份3Pb,1.5份2Pb,0.6份Pbst,0.5份Cast,0.