微发泡木塑复合材料

微发泡木塑复合材料

木塑复合材料具有一系列优于木材和塑料的特殊性能；有木质外观以及类似木材的二次加工性。但尺寸稳定性要比木材好，且吸小性小，不怕虫蛀、不会象木材那样产生裂缝和翘曲变形；具有热塑料性塑料的加工性，但硬度比塑料高，耐磨、耐老化、耐腐蚀。各种助剂的加入可以赋予其更多特殊性能：如抗菌性、阻燃性、抗强酸强碱性等。如加入着色剂、覆膜或复合表层可制成具有各种色彩和花纹的美观制品。尤为值得一提的是，木塑复合材料不但加工原料可采用回收的废塑料和废木材，其本身也可回收再利用，对减少环境污染，保护森林资源意义重大。

通过气体核将非常小的泡孔引入到木塑复合材料中形成的微发泡木塑复合材料除具备上述木塑复合材料的优点外，因材料内部存在良好的泡孔结构可以钝化裂纹尖端，阻止裂纹的扩展；从而可有效地克服一般木塑复合材料脆性大、延展性和抗冲击应力低的缺点，并且降低了材料的密度，不仅节省原料，而且隔音、隔热性能也较好。在建筑结构材料，汽车内饰、航天、物流。园林。室内装潢等方面得到极为广泛的应用。目前微发泡木塑复合材料的主要成型方法是连续挤出成型和注塑成型法。连续挤出成型法由于具有加工周期短。产量大、效率高、成型工艺简单等优点，在工业化生产中与其它加工方法（模压成型、注射成型）相比有着更广泛的应用。目前可用于微发泡木塑复合材料挤出成型的设备主要是单、双螺杆挤出机。本文综述了聚乙烯（PE）/木纤维、聚丙烯（PP）/木纤维、聚苯乙烯（PS）/木纤维四种微发泡木塑复合材料的研究进展。

1、国内外研究状况

木纤维因含有大量的极性羟基和酚羟基等官能团，表面表现出很强的极性，与非极性塑料的相容性差，且易吸水，分散性差。加入木纤维对复合材料的发泡及最终制品的物理机械性能将产生不同程度的影响。因此国内外的研究主要围绕改善界面相容性以及影响复合材料发泡程度和泡孔结构的因素展开。

1.1 PE/木纤维

LI Q X等研究了化学发泡剂的类型、用量对高密度聚乙烯（HDPE）/木粉复合材料的影响，发现化学发泡剂类型对复合材料的泡孔尺寸基本上没有影响；但随着发泡剂用量的增加，复合材料的空隙率增加并在发泡用量为一定量时达到最大；进一步增大发泡剂用量，空隙率基本保持不变。

Rodrigue D等证实木粉可作为泡孔成核剂，发现在一定的范围内增加木粉的用量不但有助于提高

泡孔密度，而且减小了泡孔的平均尺寸。

蔡剑平发现木粉中的水分在物料挤出过程中可以起到发泡剂的作用，可以使制品获得均匀的泡孔结构。但当木粉中水分超过一定量时，会降低物料的粘度，破坏了发泡剂所形成的均匀泡孔，使制品泡孔大小不一；且在模头出口仍有大量水汽逸出，影响了表面结皮；另外，牵引易断裂，导致成型困难。因此，对木粉进行适度干燥处理，利于挤出牵引、提高发泡程度。用平行双螺杆挤出机进行PE/木粉复合材料的发泡挤出可得到密度较精确地控制在0.6-0.7g/CM3的制品。

Zhang H等发明了一种在加工过程中对木粉具有即时除湿功能的串联式挤出系统。使用该系统通过物理发泡生产出了具有良好泡孔结构的HDPE/木粉复合材料。

Matuana L M等发现HDPE/木粉复合材料中的空隙率与挤出机机头温度、螺杆转速以及木粉中的水分有很大关系。当螺杆转速为120R/MIN、木粉中水量控制在12％、挤出机机头温度为170℃时不使用化学发泡剂也能生产出高空隙率的复合材料。

1.2 PVC/木纤维

Matuana L M等发现氨基硅烷处理过的木纤维具有很强的碱性和供电能力，而PVC经氨基硅烷处理后具有更强的酸性，使PVC与木粉在界面处发生化学反应，从而成为PVC/木粉复合材料有效的偶联剂。

苑会林等发现，用铝酸酯偶联剂和丙烯酸丁酯偶联剂处理木粉可显著提高木粉/PVC发泡材料的力学性能。木料经过表面处理后，不但有助于其在树脂中的分散；而且增加了树脂与木粉间的粘合力。放热型发泡剂偶氮二甲酰胺（AC）分解产生的氮气在PVC基体中的溶解性要比吸热型发泡剂NaHCO3的主要分解产物CO2低，且其分散性也比CO2要好。

钟鑫等发现，采用表面接枝甲基丙烯酸甲酯的方法处理木纤维，可增强其与PVC树脂的界面粘合性用硝酸铈铵作引发剂在木纤维表面羟基处形成自由基，这些自由基与甲基丙烯酸甲酯发生反应，形成接枝物。

Mengeloglu F等研究了用吸热型和放热型发泡剂挤出发泡成型硬质PVC/木粉复合材料的过程。发现放热型发泡剂得到的泡孔尺寸比吸热型发泡剂的小，发泡后复合材料的延展性得到提高，空隙率可达35％；但与此同时，也造成拉伸弹性模量和拉伸强度的降低。

Matuana L M等用木纤维中的水分作发泡剂来发泡成型硬质PVC/木粉复合材料，研究了木纤维中的水量、丙烯酸酯改性剂用量、化学发泡剂AC用量及机头温度对发泡过程的影响。发现木纤维中的水量和AC用量之间没有协同增效作用；在硬质PVC/木粉复合材料的发泡配方中加入丙烯酸酯，可明显降低制品密度；而且如果丙烯酸用量合适，机头温度设定合理，不用任何化学发泡剂也可使硬质

PVC/木粉复合材料发泡成型。

陈立军等研究了尿素、碳酸锌柠檬酸、醋酸锌、硫酸铬和甘油等助发泡剂活化后对AC发泡剂热分解的影响。发现活性物质通常都能够增加单一AC发泡剂的发气量。但不同的活性物质对AC发泡剂的活化作用不同。

Matuana L M等通过试验证实,增塑剂DOP可以降低PVc／木粉复合材料熔融粘度，有利于气体在基体中的扩散和泡孔的生长，有助于增加聚合物的弯曲和拉伸能力；但同时发现，如果增塑剂用量过大会导致粘度过低，加速气体从发泡材料的表面溢出，反而不利于形成较高的孔隙度。苑会林等发现，在PVC/木粉复合材料中加入增塑剂DOP有助于降低加工温度,减少木粉分解和发烟,改善PVC和木粉的亲和性以及熔体流动性,最终改善了材料的力学性能和加工性能。研究还发现增塑剂的加入使材料的玻璃化温度和脆化温度降低，且随着DOP用量的增加,材料的韧性增强,使其在断裂前吸收了更多能量,从而使材料的冲击强度几乎呈线性提高。

Matuana L M等发现,改性剂CPE可提高PVC木塑复台材料的冲击强度、弯曲强度、压缩强度。丙烯酸酯ACR用作PVC的抗冲改性剂，能促进硬质PVC的塑化，使塑化时间缩短。与CPE相比，具有优良的抗冲击效果，玻璃化温度低，低温冲击性能好；其加工温度范围宽，易操作，成品率高，生产稳定性好；产品表面光泽度和尺寸稳定性好，且适合高速挤出。

Shah B L等发现，采用甲壳素和壳聚糖作为偶联剂，能大大提高复合材料的弯曲强度，弯曲模量及储能模量。

Matuana L M等通过分步发泡法制备PVC/木纤维发泡复合材料时发现，为了良好的泡孔结构，在生产过程中需严格控制发泡时间和温度。过长的发泡时间或过高的发泡温度会导致泡孔合并，从而不利于获得最佳的孔隙度。美国的Battenfeld公司生产的一种行星辊轮双螺杆挤出机，采用计量加料，温控精确，混炼效果好，适合热敏性复合材料的加工。

木纤维的种类对PVC／木纤维复合材料的发泡性能有很大的影响。北京化工大学塑料研究所分别研究了PVC/竹粉，PVC/杨木粉，PVC/砂光粉等木塑复合材料的发泡性能。砂光粉里因含有较多的粘合剂和石膏粉，大大增加了复合材料的发泡难度，研究发现采用复配助剂和发泡剂可成功发泡PVC/砂光粉木塑复合材料，发泡后复合材料的密度可控制在0.70～.85g/cm3。

1.3 PP/木纤维

Bledzki A K等采用乙酰化反应处理木粉，即通过乙酰剂中疏水性的乙酰基与半纤维和木质素的羟基反应，生成酯类化台物，从而降低木纤维表面的极性和亲水性，提高其与非极性基体树脂的相容性。用冰醋酸处理木粉，也可改善木粉与PP的界面相容性，提高其力学性能。当木粉与PP的质量比为