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1、2 0 0 8年 第 5期 ( 总 第 7 1期 ) 塑 料 助 剂 木塑复合材料的制备及其研究进展 李跃 文陈兴华 ( 湖南科 技职业学 院，长沙 。 4 1 0 0 0 4 ) 摘要介 绍 了木 质 填 料 的种 类 、 用量 、 尺 寸和 塑 料 的 种 类 对木 塑 复合 材 料 ( Wo o d - P l a s t i c C o mp o s i t e s ， wP c ) 性 能的影响， 综述 了WP C的界面改性 、 增韧改性、 加工改性和成型技术及其研 究进展。 关 键词 木 质填 料 热 塑性 塑料 复合材 料界 面改性 增韧加 工 改性 成型技 术 The Pr e
2、 pa r a t i o n o f W o od y W o o d-Pl a s t i c Co mpo s i t e s a n d I t s Re s e a r c h Pr o gr ess e s Li Yu e -we n Ch e n Xi n g -h u a ( H u n a n V o c a t i o n a l C o l l e g e o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y ， C h a n g s h a ， 4 1 0 0 0 4 ) Ab s t r a c t ： T h e e f f e c t o
3、f s p e c i e s ，d o s a g e ， d i me n s i o n o f wo o d y fi l l e r a n d t y p e s o f p l a s t i c s o n t h e p r o p e r t i e s o f w o o d - p l a s t i c c o m p o s i t e s ( WP C )w a s i n t r o d u c e d ， a n d r e s e a r c h p r o g r e s s e s a b o u t i n t e r p h a s e m o d
4、i fi c a t i o n ， t o u g he n i n g ，i mpr o v e me n t i n p r o c e s s i n g a n d pr o c e s s i n g t e c h n o l o g y f o r W P C we r e s u mma r i z e d Ke y wo r d s ：wo o d p l a s t i c c o mp o s i t e s ；i n t e r p h a s e mo d i fi c a t i o n ；t o u g h e n i n g ；i mp r o v e me
5、n t i n p r o c e s s i n g ； mo u l d i n g t e c hn o l o g y 木塑复合材料主要有三类。第一类是木片、 木 粉等木质填料和酚醛树脂 、脲醛树脂等热固性树 脂 经热 压成 型而 制 得 的复 合材 料 ，这类 材料 南于 在 使用 过程 中会 释放 甲醛 ，使 用 范 围正 受 到越 来 越多的限制。第二类是在低档次的木材中浸入聚 合物单体或预聚体 然后通过辐射或加热引发单 体或预聚体聚合所制得 的复合材料 这类材料性 能优异 ， 但成本偏高 ， 难 以广泛应用。第三类就是 本 文将要 讨论 的木 塑 ( 木 质填 料 热 塑性 塑
6、 料 ) 复 合 材料 ( WP C ) 。 WP C具 有很 多 明显 的优 点 ：与相 应 的塑料 相 比， WP C具有更好的拉伸强度 、 模量 、 硬度 、 弯曲性 能和耐蠕变性能 ，以及更 自然的外观 ：与木材相 比， WP C具有更好 的尺寸稳定性 、 耐水性 、 维护性 和加lT性能 ： 有一定的生物降解性和可回收性 ， 环 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 5 0 6 保性较好 ； 可大量利用废 旧塑料 和木粉 、 秸杆 、 稻 糠等农业和林业 的废弃物 ， 成本低廉 ， 并可减少白 色污 染 。正是 南 于其 优 良的性能 、 低 廉 的成本 和较 好 的环保 性 ， WP
7、 C已成 为研 发 的热点 。 1主 要 组 分 1 1 木 质填 料 木质填料包括木粉 、稻糠 、秸杆和蔗渣等种 类 ， 它们的主要化学成分是纤维素 、 半纤维 素 、 木 质素和抽提物 ，其 中纤维素分子链 刚性和极性都 很大 ， 且高度结晶并取向 能赋予复合材料较高的 模量 、 拉伸强度和弯曲强度。木质填料来源丰富 据统计 ，我国每年木材加_T业废弃的木屑达数百 万吨 ， 大米加T业产生的稻糠数千万吨f I 1 。这类填 料 成本 低 廉 ，填 充到 塑料 中既 可 改善 其 性 能 又可 降 低其 成本 。 木粉添加到塑料中后 ， 仍保持纤维束状结构 2 塑 料 助 剂 2 0 0 8
8、年第 5期 ( 总第 7I期 ) 木纤 维具 有 较高 的刚 性 _车 1 I 强 度 且 一般 具 有 一定 的长径 比， 因此除冲击性能外 ， 复合材料 的其他力 学性 能 一般 都会 随木 粉 的加 入 而改 善 。但 术 粉含 量过高 ， 其分散性变差 ， 结构中的缺 陷增加 ， 复合 材 料 的力学性 能会 劣化 。因此 WP C只有 在木 粉 与 塑料配 比适 当时才会取得最佳 的综合力学性能。 聚丙 烯 ( P P ) 木 粉 WP C最佳 的木 塑 比比值 的 大小 与复合材料的成型方法 、相容剂或偶联剂 的种类 和用量 等 因素有关 ( 见表 1 ) 。 表 l P p 木粉
9、 复合 材 料 取 得 最 佳 力 学性 能 时 的木 塑 比 T a b 1 T h e b e s t r a t i o o f P P w o o d fl o u r i I 1 W P C wi t h o pt i mu m me c h a ni c a l pr o p e ai e s 复合材料成 型方法 挤m造粒 ， 注塑制样 手T铺装 热压 制样 预混后热压制样 开炼机混炼 热 压 制 样 挤 出造粒 注塑制样 手工铺装 。 热压制样 手工铺装 热压制样 未 加4 3 ： 1 0 0 未 加 1 0 0 ： 1 0 0 5 偶联 剂 K H 5 5 0 3 0 ： 1
10、0 0 等 酐 接 聚 10 o ：10 0(P P g M A H 丙 烯 一 一 1 6 9 P P g - MA H( 7 0 - 1 0 0 ) ： 1 0 0 5 异氰酸( MD I ) 1 5 0 ： 1 0 0 8 马 来 酸 酐 ( MA t I ) 和 1 6 过 氧 化 二异 1 0 0 ： 1 0 0 丙苯( D C P ) ( 数据来源见参 考文献 2 - 7 ， 部分数据进行 了换算) 木粉 的粒 径对 复合 材 料 的性 能 也有 影 响 。李 兰杰 8 1 等研究 了木粉粒径对高密度聚乙烯( H D P E ) 基 WP C性能的影响 ， 结果表明， 在 1 0
11、0 8 5 0 m范 围内粒径较大的木粉有 利于复合材料弯曲性能 和冲击性能的提高 ；拉伸强度随木粉粒径 的增 大 呈 现先 上升 后下 降 的趋 势 ， 在粒 径 2 0 0 m 时 出现 最大值 ；在 1 0 0 1 5 0 m范 围内，熔体流动速率 ( MF R ) 随粒径的增大而减小 ， 在 1 5 0 8 5 0 m粒径 范围内 较大的粒径有利于 M职 的提高 ； 综合考 虑 粒 径 为 1 8 0 2 5 0 1 x m 的木 粉可 赋 予 WP C较 佳 的综合 性 能 。赵 永 生9 1 等 比较 了不 同粒 径 、 不 同树 种 的木粉 对 聚氯 乙烯 ( P V C ) 基
12、 WP C力 学性 能 的影 响 ， 发现同为杨木 ， 粒径为 1 5 0 m 的木粉制备 的 WP C力学 性 能 比 2 1 2 m 的要好 ； 同为 2 1 2 m 的 木粉 云杉 木粉 制 得 的 WP C力 学 性 能 比杨 木粉要 好 稻糠来源广泛 ， 用稻糠代替木粉制备 WP C已 开始 被重 视 。应 伟斌 【 O l 等 用 稻糠 分 别与 H D P E和 聚甲醛( P O M) 制得了 WP C ， 结果显示 ， 随稻糠含量 的增加 ， 两种复合材料的弯曲模量 、 热变形温度都 明显提高 ； 拉伸强度 、 屈服强度和冲击强度均明显 下降。稻糠的纤维短小 ， 单用稻糠与塑料
13、复合难以 取得 良好 的力学性能， 如果部分采用稻糠 部分采 用木 粉 则 可 以通 过较 长纤 维 的木 粉 弥补 稻糠 纤 维短小的不足 ， 开发 出较高强度 的木塑复合材料。 林建 国 1 等将质量比为 1 ： 1的稻糠 木粉混合填料 与聚乙烯f P E 1 复合制得的 WP C加丁性 能 、 弯 曲强 度 、 拉伸 强 度 、 冲击 强 度和 弹性 模 量均 比全部 用 木 粉 制得 的 WP C要好 。 1 2塑料 用 于 制备 WP C的 热塑 性塑 料 主要 有 P E、 P P、 P V C、 聚苯 乙烯( P S ) 、 丙烯晴 丁二烯 苯乙烯共 聚物 ( A B S ) 、
14、 P O M 等种类 ， 塑料 在 WP C中主要 起 粘结 填 料和传递应力的作用。 WP C中的塑料 的性质对其性能有显著影响。 王正 、 郭 文静 3 , 1 2 , 1 3 】 等 的研 究 表 明 。 线 型 低密 度 聚 乙 烯( L L D P E ) 、 P S、 P P三种树脂 ( 均为新料 ) 分别与木 粉制得的 WP C相 比， 因 L L D P E性软而韧 ， 其 WP C 的弯曲强度和弹性模量都最低 ， 但冲击强度最高； P S性硬而脆 其 WP C的弯曲强度和弹性模量都 最高 ， 但 冲击性能最差 ； 而 P P的特点是硬而韧 ， 所 以用其 作原 料 的 WP
15、C的冲击性 能 、弯 曲强 度 、 弹 性 模量 及拉 伸 强度 都 相对 居 中 ， 综 合 性 能最 佳 ； 将 L L D P E和 P S与木粉复合制得的i元复合材料， 可 以克 服 L L D P E和 P S两 者存 在 的不 足 ；在 L L D P E 与 P S的质 量 比为 5 ： 5 ， 共 混 温度 为 2 0 0时 ， 元 复合材料物理力学性能最好 ，接近 P P 木粉复合 材料 的力 学性 能 。 而且 外观 质量更 好 。而 回收 P S 、 P E、 P P制得 的 WP C中 ， 回收 P S制 得 的 WP C综 合 性能最好 回收 P E的其次 ， 回收 P P的最差 ， 这可 能与回收 P P的降解严重有关。应伟斌【 0 l 等的研究 表 明 ， P O M 稻 糠 和 H D P E 稻糠 复 合 材料 相 比 ， P O M 基 复合 材料 的拉 伸性 能 、弯 曲性 能 和耐 热性 均 优 于 HD P E基 复 合 材 料 ，而 冲击 性 能 则 比 HD P E基 复合材 料要 差 。 2界面改性 木质填料为极性材料 ，而常用树脂 的极性较 第 5期 李跃 文， 等 术 复合帚 寸 料 的制备及其研究进展 3 弱 两 者 十 差 很 大 ， 故 其 界 面 容 性 不 理 想
