熱塑性木塑復(fù)合材料

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1、熱塑性木塑復(fù)合材料木塑復(fù)合材料(WoodPlasticComposite,WPC)是指采用木纖維或植物纖維填充、增強(qiáng)的改性熱塑性材料。與木材相比,WPC能夠連續(xù)擠出,能夠獲得任意橫截面;尺寸穩(wěn)定性和精確性良好,幾乎不產(chǎn)生廢料;WPC可以采用與木材一樣的方法進(jìn)行加工,因此其戶外維修的費用非常低;為了更美觀,可以給WPC上漆,這一點比絕大部分塑料都要容易;另外WPC的戶外耐久比軟木要好,使用時間預(yù)期為25~30年。熱塑性塑料基體主要為PE、PP、PS等聚烯烴和聚氯乙烯,包括新料、回收料以及二者的混合料;木纖維有廢木粉、刨花、鋸木

2、;其他植物纖維有粉碎處理過的稻稈、花生殼、椰子殼、甘蔗、亞麻、澤麻、黃麻、大麻等。廢木可以從倒塌或壞死的樹木獲得,也可以從傳統(tǒng)木材加工過程中回收。木纖維和植物纖維對成型設(shè)備磨損小,尺寸穩(wěn)定性良好,電絕緣性優(yōu),無毒,可反復(fù)加工,能生物降解?？梢?進(jìn)行WPC制備、加工的研究有巨大的環(huán)保意義和經(jīng)濟(jì)效益,其應(yīng)用有廣闊的前景。雖然木塑復(fù)合材料力學(xué)性能比木材要好，但目前TWPC大都作為非結(jié)構(gòu)材料。對施工和建筑應(yīng)用來說，能否在各種環(huán)境下保持所需力學(xué)性能非常重要。有人對在海水環(huán)境中腐蝕2年的TRIMAX木塑材料(HDPE類)做性能測試，沒有

3、發(fā)現(xiàn)翹曲等變形或開裂，尺寸變化也在生產(chǎn)廠商標(biāo)明的允許范圍內(nèi)，材料的模量和強(qiáng)度只有很小的變化。疲勞測試中，由于木成分會升溫，而塑料對溫度敏感，所以木塑材料的疲勞性能難以測試。木塑材料的螺釘聯(lián)結(jié)強(qiáng)度隨溫度的降低而增加。木材是極性親水性物質(zhì),大多熱塑性聚合物為非極性憎水性物質(zhì),因此必須采取各種措施來提高木-塑界面相容性。目前采用的方法主要有:對木材進(jìn)行乙酰化或硬脂酸化處理、聚甲基丙烯酸甲酯處理、馬來酸酐處理等。另外由于絕大多數(shù)木材是以粉末或短纖維態(tài)與熱塑性塑料復(fù)合的,它們不易混合而易生成毛團(tuán)狀,同時極性纖維與非極性塑料難以相容膠合

4、,造成復(fù)合體力學(xué)性能低劣。因此,木塑復(fù)合材料在生產(chǎn)中的最大問題除了相容性之外還有分散性問題。相容劑可以改善木纖維在聚烯烴樹脂中的分散性,而偶聯(lián)劑可以改善木纖維與樹脂之間的粘結(jié),因而可以提高木纖維塑料復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度;降低木纖維塑料復(fù)合材料的吸水率;提高熱塑性木纖維復(fù)合材料在濕態(tài)條件下的力學(xué)性能的保留率以及熱變形溫度。用于WPC的偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑等。通常認(rèn)為乙酰化處理原理是纖維組分的羥基與乙酸酐的?；磻?yīng)。由于木纖維中排列緊密,有強(qiáng)交聯(lián)鍵的結(jié)晶區(qū)的羥基完全不可接觸到,因此參與反應(yīng)的羥基只是

5、纖維組分(木質(zhì)素、半纖維和無定形纖維)的小部分。乙?；饔媚芙档湍静脑谒械呐蛎?大大減少天然纖維的吸水,提高界面剪切強(qiáng)度,增加纖維表面自由能。纖維含量80~90wt%時,乙?；商岣叱叽绶€(wěn)定性。硬脂酸作為膠粘劑可對纖維表面改性。利用羧基COOH與纖維的羥基發(fā)生酯化反應(yīng),從而減少與水鍵合的羥基數(shù)量。此外,硬脂酸的長烴鏈?zhǔn)窃魉鶊F(tuán),能為纖維提供特別保護(hù)。用硅烷偶聯(lián)劑對木纖維處理后,再接枝甲基丙烯酸甲酯單體,同時使MMA適當(dāng)聚合,也是一種木纖維改性的方法。通常認(rèn)為,將MMA單體在常溫真空浸漬木纖維要比在非真空條件下的浸漬效果好。

6、但若采用甲醇作為MMA的膨脹溶解劑,能極大提高接枝率、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度,并可以獲得與真空條件相似效果。馬來酸酐處理后制得的WPC硬度大大提高,并且可以限制樣品膨脹,阻止水及蒸汽的吸收,這方面對硬木的效果最為明顯。用改性鈦酸酯類偶聯(lián)劑TC-POT、TC-PBT處理木纖維,可提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度,但大大降低了復(fù)合材料的拉伸斷裂伸長率。采用輻射技術(shù)對木材進(jìn)行處理,目前國內(nèi)報導(dǎo)較少,但國外文獻(xiàn)對這方面研究卻很活躍。采用Co60伽馬放射源輻射配合各種添加劑處理木材,可以獲得更好接枝效果和聚合物負(fù)載。用伽馬射線輻射黃麻纖維

7、,再使黃麻與MMA接枝,可使黃麻強(qiáng)度大大增加。馬來酸酐浸漬過的木材用伽馬輻射技術(shù)處理后,得到的WPC吸水性顯著降低,尺寸穩(wěn)定性大大提高,壓縮強(qiáng)度和硬度也有很大提高。目前,WPC大都是作為非結(jié)構(gòu)材料,對施工和建筑應(yīng)用來說,彎曲性能是材料彎曲和負(fù)載抗彎曲的主要標(biāo)準(zhǔn)。要獲得良好的物理性能和加工經(jīng)濟(jì)性,就是要在硬度,木材含量和降低密度三方面找到平衡點。當(dāng)負(fù)載速率低于62.5mm/min時,彎曲性能明顯下降。當(dāng)前WPC材料主要應(yīng)用有:建筑業(yè),如建筑板、活動板房板材、門、窗、樓梯扶手、裝飾材料、鋪墊地板材料等;汽車業(yè),如車門板材、車廂板

8、、頂棚材料等;農(nóng)業(yè),如蔬菜大棚支架、槽等;交通業(yè),如高速公路防護(hù)欄、隔離墻板、鐵道防護(hù)欄、鐵軌枕木等;倉儲業(yè),如物料搬運用包裝箱、木塑托盤等。而WPC最大規(guī)模的應(yīng)用是在諸如地板和次級建筑材料這類中高檔產(chǎn)品中。美國已經(jīng)能夠利用回收料制備的WPC制造隔音墻。隨著公眾對降低交通噪音的需要日益增長