改性剂对木塑复合材料性能的影响研究

改性剂对木塑复合材料性能的影响研究
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Posted by -- on 11/07/06 04:27 PM, updat ed on 07/29/08 09:40 AM
许民李坚
摘要：采用木纤维分别与PE、PS、ABS、SAN 等制成木塑复合材料，研究了不同改性剂对木塑复合材料性能的影响，结果表明：改性剂的加入能使木纤维与塑料很好地交接，改性剂不同对复合材料的性能产生不同的影响，木塑复合材料既保持了木质材料原来的优良品质，又具有塑料的一些性能，其防水性、尺寸稳定性、力学强度等均有较大改善。

关键词：木纤维，热塑性高分子聚合物，木塑复合材料，改性剂，力学性能
Research of Modifiers’ Effect on the Properties of Wood-polymer
Composites
Xu Min Li Jian
Abstract: Wood-polymer com posites (WPC) were prepared from wood fiber, PE, PS, ABS, SAN. The effects of different m odifiers on the m echanical of the com posites were studied. The results showed m odifiers can m ake the bond strength between wood fiber and polym er better and different m odifiers produce different effects on Wood-polymer com posites properties . Composites have the advantages of both wood fiber and polym er. In addition, it improves com posites’ waterproof, dimensional stability and dynamic strength.
Keywords: wood fiber, thermoplastic polyester, wood-polym er com posites, modifier , the m echanical properties
木塑复合材料（Wood-polymer com posites）是由木材和塑料通过一定的工艺复和而成的材料，简称WPC，它具有硬度大、强度高、耐磨、美观、尺寸稳定性好等优点。

WPC 自20 世纪60 年代问世以来，一直备受各国学者和企业界的重视，特别是近几年来，由于高分子材料工业的迅猛发展，废旧塑料的回收利用已成为不可忽视的问题。

另外，森林资源日趋匮乏，林产品的成本、尺寸稳定性等问题，也迫使人们不断加强对木塑复合材料的研究。

有关专家指出，21 世纪木材产品的优先发展领域之一，就是提高附加值的适应于不同场合的木塑复合材料。

如何提高木塑复合材料的产品质量、降低成本、改善操作条件，对废旧塑料回收利用和速生劣质木材应用的开发有重要意义。

1 试验材料与方法
1.1 试验仪器
高速涡流多用磨粉机，50t 试验预压机，100t 试验热压机，自制旋转拌胶机，AG-10TA 岛津万能试验机，LJ500 型抗张力试验机。

1.2 试验材料
木纤维、塑料（PE、PS、ABS、SAN）、过氧化二异丙苯、异氰酸酯胶、丙酮。

1.3 试验方法
1.3.1 木纤维的处理
用搅拌机将木纤维打碎，并干燥至含水率为15%，用薄膜塑料袋密封，备用。

1.3.2 塑料的处理
用高速涡流多用磨粉机将塑料粉碎，由于粉碎后的塑料体积大小不一，很难和木纤维混合均匀，故分别用20 目、34 目筛子筛出，使其体积大小均一，能够得到均匀的塑料、木纤维混合物。

1.3.3 板坯的制备
先将木纤维投入到旋转式拌胶机中，喷入过氧化二异丙苯或丙酮和异氰酸酯胶配比的溶液，旋转数圈后再加入20 目或34 目塑料，使其充分混合均匀，把均匀的混合物利用手工铺装成320mm×340mm的疏松板坯，然后在室温状态下进行预压，预压压力为1Mpa，时间30s。

然后取出放入热压机中进行热压，热压压力（高压12MPa，低压4MPa），热压时间（高压4min，低压6min），热压温度控制在175℃。

为防止塑料熔融时发生“粘板”现象，用耐200℃的高温聚酯膜（0.1mm厚）贴于板坯表面，复合板最终厚度控制在11mm。

1.3.4 检测方法
将热压制成的复合板锯制成320mm×50mm 的长板五块，并编号。

取第2、4 块并锯制成50mm×50mm 的试件八块，编号后，前三块测内结合强度，4、5、6 块测板的静曲强度和弹性模量，后两块测吸水厚度膨胀率。

2 结果与讨论
2.1 木纤维与不同塑料及偶联剂的配比对内结合强度的影响
木纤维主要含有纤维素和木质素，可用物理、化学方法如：涂覆处理，动态交联和粉末胶增韧等进行改性。

本文用不同偶联剂对木纤维进行表面处理，诣在改善木纤维与塑料的相容性，提高二者的粘接性能，材料的内结合强度如图1 所示。

木纤维直接与各种非极性塑料填充复合时，因二者的极性相差太大，二者间粘接效果太差，复合材料的内结合强度几乎为零。

在加入偶联剂后，内结合强度有了明显改善，从图1 可以看出，无论是何种塑料，加入异氰酸酯胶的内结合强度都比加入过氧化二异丙苯的要高，而且变化很显著，说明异氰酸酯胶能更好地改善木纤维表面结构特性，降低木纤维表面极性，同时减少木纤维与塑料界面的孔洞和缺陷，使强度提高。

2.2 木纤维与不同塑料及偶联剂的配比对静曲强度与弹性模量的影响
从图2、图3 可以看出，在加入偶联剂后的复合材料由于加入塑料品种的不同，可见，无论加入哪种偶联剂，大多数达到了MDF 标准要求，而且，SAN 和ABS 的静曲强度和弹性模量均高于其他塑料制成的复合材料，。

这说明ABS 不论用何种偶联剂，都能和木纤维很好的交联在一起，这主要是由于其结构所决定。

2.3 木纤维与不同塑料及偶联剂的配比对吸水厚度膨胀率的影响
从图4可以看出，除了木纤维与PS 混合成型的木塑复合材吸水厚度膨胀率平均值很大外，其它的都变化不大，而且基本达到中密度板国家标准所要求的值。

这说明木纤维与PS 混合成型的木塑复合材的木材吸湿特性最突出，木纤维中仍存在着游离羟基，使吸水后的厚度明显增大，尤其是异氰酸酯胶的加入并没有很好地起到偶联作用。

而其它如PE 等和木纤维混合成型的木塑复合材通过偶联剂作用，降低了木纤维的极性，使吸水厚度膨胀率平均值变化不大。

3 结论
木质材料是一种不均匀的各向异性天然高分子材料，因此界面特性十分复杂。

由于试验中所使用的木纤维是由纤维素、半纤维素和木素等主要成分组成的混合纤维，其中含有大量的极性羟基和酚羟基官能团，其表面表现出很强的化学极性。

为了和非极性的塑料界面之间具有良好的相容性，在试验中加入了偶联剂，从试验得出无论加入那种偶联剂，其吸水厚度膨胀率降低，说明这种复合材料有一定的拒水性。

但是单纯只加入过氧化二异丙苯时，板材的静曲强度、弹性模量和内结合强度都未得到很好的改善，因此要考虑其他工艺条件的影响，使用异氰酸酯胶部分提高了复合板材力学性能。

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摘自《中国林学会木材科学分会第九次学术研讨会论文集》。