wpc木塑復(fù)合材料的制備及其性能的研究文檔623

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1、1.1概述塑料作為一種新型材料在上個(gè)世紀(jì)五十年代商業(yè)化以后，逐漸在機(jī)械、電子、交通工具、家用電器和日常生活中得到廣泛應(yīng)用。但人們?cè)谑褂盟芰现破返耐瑫r(shí)，塑料廢棄物的問題越來越引起人們的注意。塑料產(chǎn)品在現(xiàn)代產(chǎn)量很高，但是大多數(shù)是不具有可降解性。我國的塑料產(chǎn)品在市場生存后只有30％左右被回收利用，剩下的幾乎都成為環(huán)境垃圾，嚴(yán)重污染著人們的生活環(huán)境。近年來木塑復(fù)合材料引起了科技界和工業(yè)界的極大關(guān)注，其原因是世界上大多數(shù)國家因亂砍濫伐造成森林資源缺乏，木材的供應(yīng)量減少。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到森林在保護(hù)環(huán)境，維持生態(tài)

2、平衡中的重要作用，很多國家都已明令禁止森林的砍伐，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，木材的需求量又在不斷增加；同時(shí)木材的綜合使用率相當(dāng)?shù)?，浪費(fèi)較大，尤其在我國，僅廢棄的木屑每年就有200萬噸左右，造成一定程度的環(huán)境污染[1]。因此，自七十年代以來，高分子材料科技工作者及工業(yè)界一直在作不懈的努力，進(jìn)行“以塑代木”的研究和開發(fā)工作。木塑復(fù)合材料(Wood-plasticcomposites，簡稱WPC)是用木纖維或植物纖維填充、增強(qiáng)的改性熱塑性材料，經(jīng)擠出或壓制成型為型材、板材或其他制品，替代木材和塑料制品[2]。木纖

3、維塑料配混料研究己有80多年歷史，但一直未能工業(yè)化，直到上世紀(jì)九十年代初，才有很少量用于低值的吸聲制品。由于環(huán)境觀念的加強(qiáng)，美國建筑工業(yè)開始尋找木材的替代材料(不腐蝕、不翹曲、維修方便，外觀與木材相似)，而韓國和日本的紙張和木材加工廠對(duì)鋸木粉、廢木屑等廢料的充分利用，都推動(dòng)和加速了WPC的研究和應(yīng)用開發(fā)。把木粉填充配混料加工成建筑和結(jié)構(gòu)用型材是目前擠出行業(yè)應(yīng)用最活躍的，新的應(yīng)用開發(fā)也層出不窮，然而盡管木纖維塑料配混料已有幾十年的研究歷史，但由于WPC巨大的潛在應(yīng)用市場，因此正受到人們普遍關(guān)注。不少

4、國家投入力量加快開發(fā)和應(yīng)用步伐，尤其是型材的生產(chǎn)，被稱為是一個(gè)“熱門市場”[3,4]。木纖維有廢木粉、刨花、鋸木、植物纖維為粉碎處理過的稻桿、花生殼、椰子殼、甘蔗、亞麻、澤麻、黃麻、大麻等。熱塑性塑料主要為PE，PP，PS和PVC，包括新料、回收料和二者混合料[5]。木塑復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)可以看作熱塑性塑料充當(dāng)連續(xù)相(軟段)，不可塑的木粉充當(dāng)分散相(硬段)從而形成兩相結(jié)構(gòu)，兩相問經(jīng)過化學(xué)手段(接枝、偶聯(lián)等)10有機(jī)地結(jié)合，使得木塑復(fù)合材料兼具塑料和木材的雙重特性，具有塑料的耐水、防腐、抗病蟲害[6]、

5、易著色等優(yōu)勢(shì)，更有木質(zhì)的感觀，并可像木材一樣進(jìn)行切、削、鉆、釘、刨等二次加工。1.2木塑復(fù)合材料的特性木纖維和植物纖維最初作為低成本、提高塑料剛性的改性填充材料，木塑材料可充分利用資源，而且可回收利用，而材料能否回收利用已成為工業(yè)界選材的重要考慮因素，因而前景看好[7]。木塑復(fù)合材料的主要特性可歸結(jié)如下：(1)耐用、壽命長，有類似木質(zhì)外觀，比塑料硬度高，無甲醛等有害氣體釋放；(2)具有優(yōu)良的物理性能，比木材尺寸穩(wěn)定性好，不會(huì)產(chǎn)生裂縫、翹曲、無木材節(jié)疤、斜紋，加入著色劑、覆膜或復(fù)合表層可制成色彩絢麗

6、的各種制品；(3)機(jī)械性能好，有類似木材的二次加工性，可切割、粘接，用釘子或螺栓連接固定，可涂漆，產(chǎn)品規(guī)格形狀可根據(jù)用戶要求調(diào)整，靈活性大；(4)具有良好的熱塑性塑料的加工性，容易成型，用一般塑料加工設(shè)備或稍加改造后便可進(jìn)行成型加工，加工設(shè)備新投入資金少，便于推廣應(yīng)用[8]；(5)化學(xué)性能好，耐酸堿、耐化學(xué)品、耐鹽水性好，可以在低溫下使用，不會(huì)吸濕變形；(6)能重復(fù)使用和回收再利用，利于保護(hù)環(huán)境[9]；(7)維修費(fèi)用低。缺點(diǎn)是韌性低于塑料母體樹脂，加工設(shè)備、下游裝置、模具均需作相應(yīng)調(diào)整和改造。木塑

7、復(fù)合材料是一種應(yīng)用廣泛、附加值高的新型環(huán)境友好材料，它是現(xiàn)代材料工業(yè)發(fā)展的主要方向之一[10]。1.3木塑復(fù)合材料的加工工藝1.3.1原料WPC的主要成分有4種：(1)熱塑性塑料；(2)木材纖維／木粉／N花；(3)相容劑；(4)添加劑[11]。熱塑性塑料具有受熱熔融，冷卻固化的特點(diǎn)，循環(huán)使用對(duì)其性能影響不大。在限定的加熱溫度范圍之內(nèi)，這個(gè)過程可以被重復(fù)很多次，因此近年來國際上著重研究用熱塑性塑料作為WPC的原料。在這些熱塑性塑料中，主要用PE,PP，PVC和PS等熔融溫度低于200oC的塑料和木材

8、進(jìn)行復(fù)合[12]。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)木材纖維的降解溫度在200oC以下，超過此溫度，木纖維的強(qiáng)度將因降解而下降。10木材與塑料復(fù)合時(shí)，它們的形狀、大小、樹種對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度均有影響。其中，纖維狀包日花的增強(qiáng)作用最好，它增強(qiáng)了塑料的強(qiáng)度，使復(fù)合材料成為一個(gè)不可分割的墊子，從而更好地保留了塑料和木材的原始特征。木材纖維的增強(qiáng)作用次之，最后是木粉。目前木粉／刨花／木材纖維的常用大小為20-400目。樹種對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度影響不是很大，主要的區(qū)別在于闊葉材和針葉材，一般由闊葉材所得到的木粉／木材纖