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1、PVC木塑仿木装饰材料的研究研究报告李碧朱 刘浩 李冬迪目录1前言12 研究目标及基本思路12.1研究目标12.2基本思路23. 创新点44.技术关键和技术指标44.1关键技术问题44.2技术指标55.作品的科学性和先进性66、作品的设计和实验76.1、配方：76.2、木粉（稻壳粉、果壳粉）的制备：86.3、复合材料试样的制备：86.4、木塑复合材料冲击断口形态结构的SEM分析97应用范围和应用前景预测11PVC木塑仿木装饰材料的研究摘要：以废弃的边角、锯末、农业植物、PVC为原料。经过对木粉的改型、填充PVC、塑化等工艺制备PVC木塑。该方法为废弃的塑料找到了新的利用价值。不仅降低了成本，并
2、且保护了环境，是无毒无害的环保型材料。关键词：回收 环保 阻燃1前言自21世纪以来，世界各地对环境保护和人类健康都极为重视。 我国每年废弃塑料高达七千万吨，大多作填埋处理，无独有偶，我国每年有超过七亿吨的秸秆需要处理，处理的主要方式飞焚烧，那就意味着每年至少有3.5亿吨的二氧化碳排放，这不仅严重降低秸秆的附加值，其对环境造成严重危害。2 研究目标及基本思路2.1研究目标 木塑复合材料由于具有木材和塑料成本和性能的优点，而有望成为新一代木质基础材料的理想替代品，来缓解木材贫乏问题。将废弃木材边角料与回收的塑料共混，等到一种吸水率低、阻燃效果好的新型材料。近年来，随着经济的发展和人民生活水平的提高
3、，对木材和人造板等木质材料的需求逐年增加，而我国是一个木材资源不丰富的国家，储量小，产量满足不了市场的需求。而木塑复合材料由于具有木材和塑料成本和性能的优点，而有望成为新一代木质基础材料的理想替代品，来缓解木材贫乏问题。由于PVC是目前世界上最重要的通用塑料之一，PVC每年巨大的消耗量相应的产生了大量的废旧塑料。而我国对废旧塑料的回收率仅为18左右，大量的废旧塑料被丢弃为垃圾，这既是一种浪费又污染环境。另一方面，废弃的木材边角料，锯末，农业植物纤维如稻糠，秸杆等大量的被放火烧掉，不仅浪费了资源也给环境带来了大量的污染，我们把它们回收，作为复合材料的填料，提高了其附加值，而且PVC木塑复合材料仍
4、可以回收再利用，也就是说可循环利用。2.2基本思路1、木粉预处理：磨粉、干燥、改性。偶联剂法的主要原理是：硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其通式为RSiX3.式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团；X代表能够水解的烷氧基。在进行偶联时，首先X基水解形成硅醇，然后与无机粉体颗粒表面上的羟基反应，形成氢键并缩合成-SiO-M共价键（M表示无机粉体颗粒表面）。同时，硅烷各分子的硅醇又相互缔合齐聚形成网状结构的膜，覆盖在粉体颗粒表面，使无机粉体表面有机化。其化学反应的简要过程如下：水解：与纤维素反应：与树脂部分反应：偶联： 2、改性后的木粉与PVC经过混合、冷却、挤出得
5、到成品。 3、拉伸性能：拉伸速度5mm /min，参照GB10401992；弯曲性能：实验跨度：100mm，实验速度5mm /min， 参照GB/93412000；冲击性能: 无缺口冲击:参照GB/104393。3. 创新点1、开发合理利用废弃塑料的新途径，减少对环境的危害。 2、增加废弃秸秆、稻穅等的附加值。 3、制备回收率高、绿色环保的新材料。4.技术关键和技术指标4.1关键技术问题 1、木粉的改性 2、阻燃剂的控制4.2技术指标制得PVC木塑来测量木粉种类含量及粒径对木塑复合材料力学性 能的影响。 (a)木质填料含量对复合材料拉伸强度影响 (b)木质填料含量对复合材料断裂伸长率影响(c)
6、 木质填料含量对复合材料弯曲强度影响 ( d) 木质填料含量对复合材料冲击强度影响 图 4-1由图(a)、(b)、(c)、(d)可得出，随着木粉、稻壳粉和果壳粉含量的增加，复合材料的力学性能曾显著下降趋势，稻壳粉体系的拉伸强度和断裂伸长率高于木粉和果壳粉体系，添加量为45份时，稻壳粉体系的拉伸强度为31.21MPa，木粉和果壳粉体系分别为30.07MPa和31.21MPa和26.9MPa和31.21MPa。果壳粉体系的冲击强度稍高些，而弯曲强度较低，稻壳粉的综合性能最好。木质填料在填充塑料中填料作为分散相，实际上是被分割在基体树脂构成的连续相中。在外力作用下基体树脂从填料颗粒表面被拉开，因承受
7、外力的总面积减小，所以填充塑料的拉伸强度较未填充体系有所下降。这是由于稻壳粉、木粉和果壳粉均为纤维素类填料，主要由纤维素和少量的木质素及其它化合物组成，但纤维素的含量不同。理论上纤维长度越长，拉伸强度越大。界面剪切强度越大31，拉伸强度也越大。而界面剪切强度与相容性有关，相容性越好，界面剪切强度越大。因此相容性和纤维长度是复合材料机械性能的决定因素。在相同的填充量情况下，复合材料的拉伸强度稻壳粉的要稍高于木粉和果壳粉。稻壳粉颗粒有较大的长径比，对PVC起到一定的增强作用；而果壳粉则长径比小些，对PVC的增强作用相对差些。在相同填充量的情况下，填充体系的冲击强度稻壳粉的低于果壳粉的，这与稻壳粉中
8、高纤维素含量有关。这是因为低长径比的填料通常不会提高聚合物的拉伸强度，但会提高韧性，而具有较高长径比的填料会使聚合物变脆，冲击强度降低。稻壳粉中纤维素含量高，因而冲击强度下降的较大。5.作品的科学性和先进性科学性：本次课题中的原料是从污染环境的废弃物中提取出来的。不仅保护了环境还降低了成本。先进性：PVC木塑具有许多普通木质没有的特点，例如：吸水率低、无形变、阻燃效果好。6、作品的设计和实验6.1、配方： PVC: 100份； 改性木粉： 40-60份; 轻钙： 20-40份； 复合稳定剂：4-5份； 硬脂酸： 2-2.5份； 石蜡： 1-2份； DOP: 1-5份； 染料： 适量； AC发泡
9、剂： 2-3份； 发泡调节剂：10-15份主要的仪器及设备仪器名称型号厂家粉碎机FE220北京中兴伟业仪器高速混合机GH-10北京塑料机械厂开放式炼塑机SK-160B上海轻工业机械股份上海橡胶机械厂平板硫化机XLB中国青岛亚东橡胶青岛第三橡胶机械厂冲片机CP-25上海化工机械厂250毫米台式砂轮机S3ST-250上海砂轮机厂电热恒温鼓风干燥箱DHG-9070A上海精宏实验设备冲击实验机XJU-22承德实验机有限责任公司微机控制电子万能实验机RGL-30A深圳市瑞格尔仪器毛细管流变仪XLY-吉林大学科教仪器厂偏光显微镜扫描电镜（SEM）JSM-6360LV日本 表 6-16.2、木粉（稻壳粉、果
10、壳粉）的制备：准备好木屑（稻壳、果壳）以备用。将准备好的木屑（稻壳、果壳）在120下用烘箱烘制6小 时， 烘去其中的水 分利以于粉碎和筛选。将烘干的木屑（稻壳、果壳）用高速万能粉碎机粉碎。将筛选好的木粉（稻壳粉、果壳粉）密封装袋留以备用。6.3复合材料试样的制备： 1、将自制的木粉（稻壳粉、果壳粉）在120烘箱内干燥6h， POE-g-MAH 和EVA-g-MAH 70干燥5h将PVC和DOP复合稳定剂、硬脂酸、石蜡、在高速混合机里混合均匀，备用。 2、将混合好的PVC和木粉（稻壳粉、果壳粉）混合，在塑炼机上塑化，混炼8min，出片后于平板硫化机上模压成型，然后在另一台平板硫化机上、在同等压力
11、下冷压，取出模压片材，在橡塑冲片机上裁制性能测试标准试样。3、同样，将混合好的PVC(100份)和硅烷改性稻壳粉(45份)混合，在炼塑机上塑化2min，加入偶联剂改性的CaCO3，混炼6min，模压制备试样。同样，将混合好的PVC和稻壳粉在炼塑机上塑化2min，加入相容剂混炼8min，模压制备试样。同样，将混合好的PVC和改性的稻壳粉在炼塑机上塑化8min，模压制备试样。 原料、配比： 本次课题通过研究热稳定剂对PVC木塑的极限氧指 数(阻燃性能)，抑烟性的作用，寻找环保高效阻燃体系，提高PVC木塑的阻燃和抑烟性能；通过对低发泡型的PVC木塑工艺研究和结构设计，改善PVC木塑复合材料阻燃效果差
12、的缺点。 本次课题研究不仅能降低材料的火灾危险，同时保持外观与实木的极度相似性。能够提供一种阻燃性能好，同时又具有经济、环保、力学性能好的做然木塑装饰材料无添加阻燃剂实验原料及配比PVC100份改性后的木粉60份石蜡2 份硬脂酸2 份DOP邻苯二甲酸二辛酯5 份碳酸钙35份复合稳定剂5 份AC发泡剂3 份发泡调节剂15份表 6-2添加阻燃剂实验原料及配比PVC 100份改性后的木粉60份石蜡 2 份硬脂酸 2 份DOP邻苯二甲酸二辛酯5 份碳酸钙35份复合稳定剂5 份AC发泡剂3 份发泡调节剂15份阻燃剂30份表 6-3氢氧化铝（ATH）和硼酸锌（ZB）配比分别为：3:1 4:1 5:1 6:
13、1 7:1经实验测得正常的木塑产品为23个极限氧浓度；而我们的配比得到的PVC木塑在5：1时得到的极限氧浓度为32.%有效的改进了PVC木塑阻燃性差的缺点6.4、木塑复合材料冲击断口形态结构的SEM分析 (a)未处理的 (b)POE-g-MAH(5phr) (c)EVA-g-MAH(2.5phr) (d)nanoCaCO3(7.5phr)(e)硅烷偶联剂(1.5%) 由(a)(b)(c)(d)(e)分别为2000倍下未改性、5份POE-g-MAH、2.5份EVA-g-MAH、7.5份纳米CaCO3 和1.5%的硅烷偶联剂扫描电镜照片，可以看出加入7.5份纳米CaCO3体系的相容性和分散性最好。
14、由图(a)可以看出稻壳粉未经表面处理时断面较平滑43,纤维与树脂间存在十分清晰的相界面，粘结强度较弱，在外力作用下,复合材料发生脆性断裂而破坏，因而复合材料力学性能较差；从图(b)(c)可以看出，复合材料加入POE-g-MAH和EVA-g-MAH 时,断面变得粗糙,稻壳粉颗粒受外力作用被拉断而形成的孔洞变形严重，呈现韧性断裂的特征。EVA-g-MAH体系基体与稻壳粉之间的界面模糊，稻壳粉与 PVC的结合性有了很大改善，较加入POE-g-MAH更明显提高力学性能；从图 (d)可以看出断面呈现片层状，改性的纳米CaCO3粒子均匀的分布在基体中，基体与稻壳粉和CaCO3的相容性更好，界面变得模糊，在断裂时改性CaCO3粒子可吸收更多的能量，从而显著提高材料的冲击强度；从图(e)可以看出断面曾片层状结构，稻壳粉的分散性变好，说明硅烷改性后的稻壳粉与PVC基体间的界面结合作用增强，复合材料抵抗外力作用提高。7应用范围和应用前景预测 该复合材料集合了木材和塑料的优点，因而可以作为装修材料，例如厨房、卫生间的柜子。还可以制作成室外的护栏、扶手、楼梯、木质桥梁等，适用范围非常广，我们的
