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1、PP/麻类纤维复合材料的性能与应用摘要：本文对比了 PP/麻类纤维复合材料与其他常见木塑复合材料的性能差异，研究了麻类纤 维用量、相容剂类型及用量等对PP/麻类纤维复合材料性能的影响规律，举例说明了 PP/麻类纤维 复合材料的应用前景及目前存在的主要问题。关键词：PP，麻类纤维，性能，应用1引言由于纤维状的麻类物质与粉体状的木粉相比其增强增刚效果更为明显，因此,PP/麻类纤维复合 材料已成为近年来研究开发较多的一类新型塑木复合材料。麻类纤维的品种很多，常见的有苎麻、亚麻、黄麻、洋麻、大麻、胡麻、罗布麻、蕉麻等。随着麻类植物的品种、生长周期、加工方法等的差异，所得麻纤维的外观色泽、化学组成、纤维
2、结构与 性状特点等也各不相同，进而导致PP/麻类纤维复合材料的性能差异也较大。与塑木复合材料常用的木粉相似，麻类纤维的化学成分主要也是各种（半）纤维素、木质素、果胶等，由于它们与塑料基体的极性差异较大，两者间的相容性往往较差。因此，如何改进塑料基体与麻类纤维间的界面相容性是提高该类材料物理机械性能的关键问题。另外，在耐热性、剪切敏感性等方面，麻类纤维与木粉的特性也较相似，对加工工艺条件的控制精度要求同样较为严格。本文简要介绍PP/麻类纤维复合材料的性能与应用，并初步探讨了该类材料目前在研发应用中存在的主要问题。2 PP/麻类纤维复合材料的性能2-1 PP/麻类纤维复合材料与其他塑木复合材料的性
3、能对比表1 pp/麻类纤维复合材料与其他塑木复合材料的性能对比木质材料类型与用量密度拉伸弯曲性能简支梁缺口冲击强度热变形基体用量性能弯曲弯曲23弋-20C温度树脂类型强度模量%，wt.g/cMPaMPaMPakJ/m2kJ/m2Cm31.152532.4HDPE松木粉50.00923.8536.1735.2164.69399.31.152251.9HDPE稻糠粉50.00620.3534.6714.4644.056105.01.111828.2HDPE竹粉50.00219.7033.3635.2044.943101.41.163307.4PP松木粉50.00726.2342.6653.3573
4、.012149.31.052454.4PP稻糠粉50.37715.5828.9032.1581.837140.91.082559.7PP竹粉50.37518.7633.8072.0491.692143.61.175079.6PP黄麻纤维50.00642.9185.6738.2615.084160.71.093155.4PP汉麻45.25739.4650.9825.0224.027149.01.194742.7PP汉麻60.24941.8753.0383.9494.028148.01.042332.1PP洋麻30.25129.4141.0343.2942.878140.51.144478.4PP
5、洋麻50.22325.5640.8053.9503.592144.6旗开得胜表 1 列出了两种基体树脂与各种木质纤维所得的几种塑木复合材料的性能，由此可见：1 ） PP/木粉复合材料与PE/木粉复合材料相比，前者的密度稍小、韧性稍差、耐热性较好， 而强度与刚性指标相近；2）PP/麻类纤维复合材料与PP/木粉复合材料相比，前者的强度、刚性与韧性等指标一般均 明显优于后者；3）麻类纤维品种不同时，所得PP/麻类纤维复合材料的性能有明显差异。某些麻类纤维（如 黄麻）所得PP/麻类纤维复合材料的综合性能较好；而另一些麻类纤维（如洋麻）则由于 麻纤维本身刚脆性较大等问题，难以得到综合性能优异的PP/麻类
6、纤维复合材料。22影响PP/麻类纤维复合材料性能的主要因素PP/麻类纤维复合材料的性能受至储多因素的影响：1）麻纤维的品种：麻纤维的类型、生长期、制麻工艺、前期处理工艺、存放时间等；2）麻纤维的预处理方法：干燥工艺、表面处理剂类型与添加量、表面处理工艺等；3 ） PP/麻类纤维复合材料配方：基体树脂类型、麻类纤维添加量、相容剂类型与用量等；4）加工工艺：加工（造粒）方式、加工温度、螺杆型式与转速（剪切力大小）、模具结构、 注塑压力等。麻类纤维品种对PP/麻类纤维复合材料性能的影响由表1可见一斑。麻纤维的初始含水率一般在 810%左右（有的甚至更高），干燥工艺不当、干燥温度过高或干 燥时间过长时
7、，容易使麻纤维色泽加深、性状变脆，从而影响PP/麻类复合材料的最终性能。因此， 在PP/麻类纤维复合材料的制备过程中，麻类纤维的干燥方法和干燥工艺的优化至为重要。麻纤维可采用高能射线辐射处理、碱液处理、氰乙化处理、乙酰化处理、偶联剂处理、接枝共 聚改性等多种方法进行预处理，但或者由于处理费用昂贵、或者由于需要进行大量的污水处理、或 者由于效果不明显等问题，往往不具备实际工业应用价值，主要限于实验研究。改进麻类纤维与基 体树脂的相容性目前大多采用添加相容剂的方法来实现（见后文）。麻类纤维添加量对PP/麻类纤维复合材料的影响举例如图1所示。000005nim041/g,xed3nIgnitl2eM
8、 1O450300.0/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式Content of China-Hemp Fiber, %wtA 汉麻纤维用量对材料熔体流动速率的影响25.0/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式Content of China-Hemp Fiber, %wtB 汉麻纤维用量对材料拉伸强度的影响/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式Content of China-Hemp Fiber, %wt/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/
9、通用格式/通用格式Content of China-Hemp Fiber, %wtC 汉麻纤维用量对材料弯曲强度的影响D 汉麻纤维用量对材料弯曲模量的影响/通用格斑用格趟用格施用格斑用格趟用格施用格斑用格式Content of China-Hemp Fiber, %wt23 C-20 C0600000025m/J4k,h3tgne2rtS1tca000000000000000000016C14,.12pm10eT8noi6tro4tsi2D格/通式用格/通式用格/通式用格/通式用格/通式用格/通式用格/通式用格式Content of China-Hemp, %wtE 汉麻纤维用量材料冲击强度的
10、影响 F 汉麻纤维用量对材料热变形温度的影响图1汉麻纤维用量对PP/汉麻纤维复合材料性能的影响由图1可见，一般而言，随着麻类纤维用量的增大,PP/麻类纤维复合材料的流动性迅速降低， 拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量及热变形温度呈明显增大的趋势，而材料的冲击强度则有所降低。如何改进塑料基体与麻类纤维间的界面相容性是提高该类材料物理性能的关键问题，目前研究 应用最多的方法是添加适当的相容剂。文献报道的相容剂品种繁多，如各种马来酸酐接枝物（PP-g- MAH、PE-g-MAH、POE-g-MAH、S（E）BS-g-MAH 等）及其他极性单体（如富马酸、衣康酸、丙 烯酸及其脂类）接枝物等，其中最常用的是各
11、种马来酸酐接枝物15。马来酸酐接枝物的添加方式也有两类，一是将马来酸酐接枝物配制成溶液后对麻类纤维进行预 浸渍处理，二是在挤出造粒时直接在配方中加入马来酸酐接枝物。尽管有些文献报道第一种方法的 效果较好，但由于操作复杂、且后期需回收溶剂等问题，目前大多采用第二种方法。笔者研究了相容剂类型对PP/洋麻纤维复合材料性能的影见表2及相容剂(POE-g-MAH ) 用量对PP/汉麻纤维复合材料性能的影响(见表3)由表2可见，相容剂类型对PP/洋麻纤维复合 材料性能的影响差异并不十分明显。而由表3可见，添加相容剂POE-g-MAH后，PP/汉麻纤维复 合材料的拉伸强度和弯曲强度均有明显提高，冲击强度改善
12、不明显，而热变形温度则有所下降；且 由试验数据可见，相容剂用量一般在25phr即可，相容剂用量进一步增大时对材料性能的改进效 果未见同步增大，反而会增大材料成本。表2相容剂类型对PP/洋麻纤维复合材料性能的影响样号相容剂类型熔体流动速率拉伸强度弯曲性能简支梁缺口冲击强度热变形温度弯曲强度弯曲模量23弋-20Cg/10minMPaMPaMPakJ/m2CWPP/KF-11相容剂A0.7216.3531.522123.275.6915.236133.1WPP/KF-12相容剂B1.4214.8629.042088.765.8385.384118.8WPP/KF-13相容剂C1.5816.9132.
13、752234.907.3705.913121.1WPP/KF-14相容剂D1.4717.6733.222068.916.8736.296103.1WPP/KF-15相容剂E1.5812.6028.481695.806.4974.818117.3WPP/KF-16相容剂F2.0615.4430.282023.166.9216.784132.2注：洋麻纤维用量均为30%wt.，相容剂添加量均为3phr。表3相容剂POE-g-MAH用量对PP/汉麻纤维复合材料性能的影响样号相容剂用量熔体流动速率拉伸强度弯曲性能简支梁缺口冲击强度热变形温度弯曲强度弯曲模量23弋20弋g/10mkJ/mkJ/mphrinMPaMPaMPa22CWPP/HP-0.00.36527.8143.52899.64.664.21152.8207651WPP/HP-2.50.77337.1449.12916.9
