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改善塑木复合材料力学性能的方法
时间:2019-03-11

    塑木复合材料所能利用的木质纤维和植物纤维来源丰富、价格低廉;制品尺寸稳定性好,电绝缘性优良,生产和使用过程中无毒,可反复加工利用。产品也广泛应用于建筑、运输、包装及装饰装修等行业。尽管塑木复合材料具有很多优点,我国也已经成为塑木复合材料的主要生产国,但WPC制品的性能仍有待提高,主要是力学性能和耐气候老化性能。

  植物纤维的加入降低了塑料本身的韧性,并且由于木纤维是极性的,塑料是非极性的,两者之间的界面结合力很小,导致WPC制品力学性能下降,应用局限于非结构性材料和对冲击性能、强度等力学性能要求较低的场合。因此,具备良好的力学性能是对塑木复合材料最基本的要求,生产企业和研究机构始终致力于这方面技术的研发。根据研究表明,主要有以下3种增强途径:

1)熔融共混改善力学性能。聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等热塑性塑料是塑木复合材料常用的塑料基体,通常采用与柔性聚合物共混的方法来提高塑木复合材料的韧性,如共混低密度聚乙烯,聚烯烃弹性体以及橡胶粒子等。此外,利用增强纤维也可以起到提高力学性能的作用,如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、矿物棉、聚酯纤维等。

2)改善界面相容性。对木质纤维或塑料两个主要组分进行化学改性能够很好地改善二者之间的相容性,从而提高复合材料的综合力学性能。对木质纤维的改性可采用聚乙二醇(PEG)、Na OH、乙酸酐等试剂。直接氟化、放电与闪爆脱胶处理对植物纤维表面也有明显的改性效果。在物料熔融混配过程中添加偶联剂是有效提高界面相容性的常用方法,如马来酸酐接枝聚烯烃和铝镐偶联剂,比较新型的偶联剂为烷基烯酮二聚体(AKD)和离子聚合物。天然油脂作为表面活性剂也能改善纤维与基体的界面粘结性,增加复合材料的热稳定性,辛酸与其他天然油脂相比,对复合材料的热稳定性改善效果最好。

3)新型界面改性技术:超/亚临界流体技术界面改性。超/亚临界流体有着独特的物理化学性能,优异的溶解能力、较低的黏度、较高的扩散系数和热传递系数。微小的压力变化能引起热物理性质较大的变化,特别在临界点附近变化极为显著。超/亚临界法对木质纤维与塑料的界面结合有一定的改善效果,超/亚临界流体主要有水、醇类化合物(甲醇、乙醇、丙醇)、CO2等。


老化性能研究

塑料基体易老化一直制约着塑木复合材料的发展,研究中通常采用自然老化、氙灯老化、冻融老化、热氧老化等人工老化方式处理材料,通过材色、物理力学性能、蠕变性能、热稳定性能、表界面微观结构等多方面的测试结果评价其耐老化性能的优劣。研究发现,采用涂饰、添加塑料覆层、颜料、抗紫外线剂、光稳定剂、抗氧化剂、矿物质、维他命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剂和表面涂饰颜料。添加紫外线吸收剂UV326能延缓聚乙烯复合材料表面的氧化。从材料表面褪色程度、弯曲性能、表面化学成分等方面均证明UV326能改善塑木复合材的耐老化性能。此外,ZB与UV326复配使用效果要比ZB与HALS共同使用的效果好。

金属氧化物和无机粒子的添加也能改善塑木复合材料的老化性能,经研究表明,纳米氧化锌和纳米粘土能很好地增强塑木复合材料抗紫外老化的性能。同时,添加纳米氧化钙的塑木复合材料色差值、裂纹、弯曲强度下降幅度及老化程度均比空白组小。采用共挤出的方式制备塑木复合材料,核层采用废旧塑料进行制备,环保且降低成本;在壳层配方中添加更多的抗老化和抗氧化助剂,这对提高塑木复合材料的耐老化性能非常有利,又不会过多地增加成本。