木塑发泡材料的制备和性能的研究

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木塑发泡材料的制备与性能研究摘要木塑复合材料是由热塑性聚合物与木屑或木粉、植物纤维粉等共混，并添加各种加工助剂，经过高温混炼再经挤出、模压、注射等成型加工而制得的一种环保复合材料。该材料成本低，可广泛应用于建筑、交通、轻工业等部门，具有广阔的市场前景和环保价值。木塑复合材料也有一些不足，木塑复合材料的密度通常为实木材料密度的两倍，而且由于木纤维作为填料加入导致复合材料延展性和冲击强度的下降。本课题主要通过以下几个方面研究并制备了木塑发泡复合材料。(1)通过对比实验研究了PP和PE基木塑复合材料的配方。考察了木粉含量，相容剂含量对复合材料性能的影响，得出的最佳配比为木粉含量为60％，PP．g．MAH含量为8％，。(2)选择合适的发泡剂对上面制得的木塑材料发泡，研究了发泡剂含量，木粉含量对PP和PE基木塑材料的性能影响。结果表明：经发泡的木塑复合材料的密度有了较大的下降，冲击强度得到提高。但是拉伸和弯曲强度会随着发泡剂含量的增加而逐渐降低。发泡剂用量为1．5％时，PP基复合材料的密度降低了17％，冲击强度达到23．3kJ／m2。PE基复合材料的密度降低了18．8％，冲击强度提高了23％。PP基复合材料的发泡剂应选用TA。210，最佳用量为1．5％，PE基复合材料的发泡剂应选用TA．600，最佳用量为1％。木粉含量增加小幅提高了材料的密度，降低了材料的力学性能，但是由于木粉的加入能够大大降低材料的成本，所以可以综合考虑选择木粉的添加量。(3)用自制的发泡母料对比经发泡剂发泡的复合材料，考察了加工条件对发泡材料的性能影响，并用电镜观察了泡孔的结构。结果表明，用发泡母料发泡的复合材料的性能要好于未通过发泡母料发泡的复合材料。发泡剂的用量决定发气量的多少，由于本次实验为微孔发泡，并且发泡剂用量越多，性能下降越厉害，当发泡剂的量为O．5％时为最佳。成核剂的加入，可以增加气泡核的数量，使得泡孔分布均匀，孔径大小相近，复合材料性能上升，但是当其加入量增多时，就会变成填料，导致性能下降。本论文中以8％为佳。发泡木塑的生产中，控制因素很重要。本次实验中根据所用的树脂性能，加工温度180℃为最佳的，而为了保障其不补料，其操作步骤中在射出后先让其样品冷却下来，再储料的方式。通过电镜的观察可知用发泡母料发泡过的复合材料泡孔结构比未经发泡母料发泡的泡孔更加均匀且泡孔直径更小。(4)研究了回收塑料替代新料和竹粉稻壳粉替代木粉的性能。结果显示，在生产条件未改变的前提下采用回收料代替新料制备发泡复合材料是可行的。完全采用回收料替代新料制备的复合材料在力学性能上低于新料制备的复合材料。但性能差别不明显。但用回收料可以减少废旧塑料对环境造成的影响还可以为企业降低生产成本。竹 粉替代的复合材料密度最大，弯曲性能最好，但稻壳粉替代的复合材料冲击强度最好。表明本文的配方有着较强的适用性，在实际生产中有着比较好的指导意义。关键词：木塑复合材料发泡性能聚丙烯聚乙烯 Wood—plasticcompositePreparationandPropertiesofFoamMaterialsResearchABSTRACTcomposites(WPCs)aremadefromthermoplasticpolymermixedwithsawdustorwoodflour，plantfiberpowderandavarietyofprocessingaids．Afterahigh—temperaturemixing，extrusion，molding，injectionmolding，akindsofenvironmentallyfriendlycompositematerialscanbeobtained．BecausethematerialiSlowcost，WPCscanbewidelyusedinconstruction，transportation，lightindustryandhavebroadmarketprospectsandenvironmentalvalue．ButtheWood-plasticcompositeshavesomeshortcomings．ThedensityofWPCsisusuallytwiceofwood．Asaresultoftheadditionofwoodflours，negativeeffectsonductilityandimpactstrengthoftheWPCsareobserved．nleobjectiveofthisstudyistoinvestigateandproducethefoamedwood·plasticcompositesinthefollowingaspects．(1)ObtainedtheformulabycomparedwiththeWPCmadefromPPandPE．Theeffectsofwoodflourcontent，compatibilizercontentandcouplingagentcontentonthemechanicalpropertiesofWPCsareobserved．Atlastwehavetheoptimumratioofwoodflour／MAPPof60％：8％．(2)SelectedtheappropriatefoamintheoptimumratiooftheWPCs．meffectsofthefoamingagentcontent，woodflourcontentonthemechanicalpropertiesoftheWPCsmadefromPPandPEareinvestigated．Theresultsshowedthatthedensityoffoamingwood-plasticcompositeshaveasignificantdecreaseandimpactstrengthisimproved．However，tensileandbendingstrengthdecreasedwithincreasingthefoamingagentcontent．whenfoamingagentdosageis1．5％，thedensityoftheWPCsmadefromPPreducedbyl7％，impactstrengthis23．3kJ／m上．AndthedensityoftheWPCsmadefromPEreducethedensityofby18．8％，theimpactstrengthincreasedby23％．TheWPCsmadefromPPshouldbeusedfoamingagentTA．210．andthebestdosageiS1．5％．TheWPCsmadefromPEshouldbeusedfoamingagentTA·600，andthebestdosageis1％．ThedensityoftheWPCshasaslightlyincreasewiththeadditionofwoodflours，whilethemechanicalpropertiesofmaterialsiSdecreased．Butthecostofmaterialscanbereducedsignificantly，SOwecanaddaappropriateamountofwoodflour．(3)ComparedtheWPCsusinghomemadefoamingagentandfoamingagent，processingconditionsonthefoamingpropertiesofthematerial．Observedthefoamporestructurebyelectronmicroscopy．Theresultsshowedthattheproperties of。foamWPCsiSbetterthantheWPCsdidnotfoam．Theamountoffoamingagentisdeterminedtheamountofbubble．Inourstudy，theexperimentismicro—foam．Themorethefoamingagentused，themorethemechanicalpropertiesdecreased．Theamountofblowingagentof0．5％isbest．Theadditionofnucleatingagentscanincreasethenumberofbubble，makebubbleholesevenlydistributedandporesizeuniformperformance，SOthemechanicalpropertiesoftheWPCscanbeincreased．IfnucleatingagentsincreaseSOmuch，itwillbecomeafiller．Thenthemechanicalpropertieswillbedecreased．Inthispaper，theamountof8％isthebest．Thecontrollingfactorisveryimportantintheproductionofwood．plasticfoam．Accordingtotheplastic，thebestprocessingtemperatureofthisexperimentis180℃．Butinordertoprotecttheirnon—feeding，letthesamplecooldownaftertheshot，thenstoragematerial．Observedbyelectronmicroscopy，foamstructureoftheWPCsusingfoamingagentismoreuniformandthebubbleholediametersmallerthantheWPCswithoutthefoamingagent．(4)ThispaperstudythepropertiesofWPCsmadefromtherecycledplastic，ricehuskpowderorbamboopowderthatreplaceanewplasticandwoodflour．Theresultsshowedthatiftheproductionconditionsarenotchanged，usingrecycledmaterialsinsteadofnewmaterialsisfeasible．ThemechanicalpropertiesofWPCsmadefromrecycledplasticislowerthanthenew．Butthedifferenceisnotobvious．However，recycledmaterialscanreducethewasteplasticsintheenvironmentalandcanalsoreduceproductioncosts．TheWPCsmadefrombamboopowderhasthehighestdensityandthebendingstrength．TheWPCsmadefromricehuskpowderhasthebestimpactstrength．ThisShowthattheformulahasastrongapplicabilityandhasagoodguidanceintheactualproduction．Keyword"WPCfoamPropertiesPPPE 插图清单图2-1木粉含量与弯曲强度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11图2-2木粉含量与弯曲模量的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．12图2-3木粉含量与冲击强度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．12图2-4木粉含量与拉伸性能的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13图2—5木粉含量对密度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯．．13图2-6PP—g—MhH含量对弯曲强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14图2-7PP—g—MAH含量对弯曲模量的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14图2-8PP—g—MAH含量对冲击强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15图2-9PP—g—MAH含量对拉伸强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15图2-10PP—g—MAH含量对密度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16图3-1NH一100热失重分析图谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18图3-2P-100热失重分析图谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19图3-3TA-200热失重分析图谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．19图3-4TA-210热失重分析图谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．20图3-5Th-500热失重分析图谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．20图3-6TA-600热失重分析图谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21图3-7Th-880热失重分析图谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21图4-1发泡剂含量与PP基复合材料弯曲强度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．27图4-2发泡剂含量与PP基复合材料弯曲模量的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．28图4-3发泡剂含量与PP基复合材料冲击强度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．28图4—4发泡剂含量与PP基复合材料拉伸强度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．28图4-5发泡剂含量与PP基复合材料密度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．29图4-6发泡剂含量与PE基复合弯曲强度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．29图4—7发泡剂含量与PE基复合弯曲模量的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．29图4—8发泡剂含量与PE基复合材料冲击强度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．30图4—9发泡剂含量与PE基复合材料拉伸强度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．30图4一lO发泡剂含量与PE基复合材料密度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．30图4—11成核剂含量对PP基复合材料弯曲强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31图4—12成核剂含量对PP基复合材料弯曲模量的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32图4-13成核剂含量对PP基复合材料冲击强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32图4-14成核剂含量对PP基复合材料拉伸强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32图4-15成核剂含量对PP基复合材料密度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33图4-16成核剂含量对PE基复合弯曲强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33图4-17成核剂含量对PE基复合弯曲模量的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33图4-18成核剂含量对PE基复合冲击强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34 图4-19成核剂含量对PE基复合拉伸强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34图4-20成核剂含量对PE基复合密度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34图4-21未发泡木塑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36图4-22未用发泡母料发泡⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36图4-23发泡母料发泡⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．37 表格清单表3．1不同发泡剂对木塑复合材料的性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22表3．2不同发泡剂含量对复合材料的性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．22表3．3不同木粉含量对复合材料的性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。23表3-4不同发泡剂种类对PE基复合材料的性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23表3．5不同发泡剂含量对PE基复合材料的性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24表3-6不同木粉含量对PE基复合材料的性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25表4．1射出工艺参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。36表4．2储料工艺参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36表4．3配方列表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。．37表4．4回收LDPE对材料的性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38表4．5不同填料对材料的性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．38 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金月巴工业太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：签字日期山fo年汐月≥踞学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金蟹王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金胆王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者签名：签字日翟之咔年彳且扬日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：导师签名签字日期电话：邮编： 特别声明本学位论文是在我的导师指导下独立完成的。在研究生学习期间，我的导师要求我坚决抵制学术不端行为。在此，我郑重声明，本论文无任何学术不端行为，如果被发现有任何学术不端行为，一切责任完全由本人承担。：兰一域签字日期mD年幺月助日 致谢感谢导师徐卫兵教授，本论文是在导师徐卫兵教授的悉心指导下完成的。在指导论文的整个过程中，导师勤恳的工作作风、严谨的治学态度、刻苦钻研的科学精神、让我体会到了一个园丁的无私奉献，感受到一位长者的关爱之情，也让我明白了很多做人的道理。这一切都将对我今后的工作和学习产生深远的影响。我的课题的顺利完成离不开徐老师在生活上对我无微不至的关怀，在学习和工作中对我孜孜不倦地指导和帮助；在论文修改中付出的大量心血，提出了许多宝贵的建议。在此，再次向恩师致以最衷心的感谢和最崇高的敬意!在本课题的完成过程中，周正发老师自始至终都给予了热诚地帮助和关怀，在此一并致以最衷心的感谢和最崇高的敬意。还要提及的是两位学长：欧阳彦辉，任崇荣的帮助和指导，对论文地完成非常关键。另外实验室的其他成员的帮助对论文的完成也很重要。在此，也对他们表示最忠实的感谢!感谢我的父母，是他们给了我受教育的机会，同时对我的亲人们给予我的精神及学习生活上的鼓励、关怀、支持和帮助也表示最诚挚的谢意!最后，感谢一切曾经帮助过的朋友们!作者：朱敏2010年3月 1．1引言第一章绪论木塑复合材料，是一种以木粉或植物纤维与塑料为主要原料共混制成的复合材料llJ。经由聚合物木粉或植物纤维等共混，并添加各种加工助剂和改性剂，经过高速混合再经挤出或模压注射等成型加工手段制得，由于该材料具有木材和塑料的共同特点，能够被广泛应用于建筑装饰以及轻工业等部门，具有很高的环保价值和市场前景怛J。由于木塑复合材料中木粉或植物纤维是强极性亲水性的，但聚合物是非极性疏水性的，两者之间极性不相容且存在着较高的界面能差。因此，解决木粉和聚合物之间的极性和相容性问题成为制备性能优良的木塑复合材料的关键技术问题。有文献表明马来酸酐改性后的PE蜡能有效改善木纤维与基体树脂的相容性，但对复合材料的冲击强度改善不明显。但矿物油处理的木纤维能显著提高冲击强度。脂肪酸处理过的木纤维能有效改善纤维的分布，提高拉伸强度。国内外己对木塑复合材料进行了较深入的研究，开发了PE／木粉，PS／木粉，PP／木粉，PVC／木粉等多种木塑复合材料并实现了工业化生产。目前木塑材料的用途包括汽车内饰，窗框，屋顶木瓦和住宅装饰。与木材相比，WPC更持久耐用，需要的维护较少，吸水量小，并有优越的抗真菌性。总之，木塑复合材料的研究近几年得到了迅速发展，复合制品的性能也得到了很大的提高。1998年以后，世界塑木工业保持年均25％的增长率【31，北美是世界塑木工业最大的生产和应用市场，也是塑木技术最先进的地区。04年其消费量为1000Kt，09年前北美的消费量保持了年均9．5％的增幅，09年市场总量已达1630Kt。发泡木塑是塑木工业的一个发展方向。发泡木塑也具有未发泡木塑的可锯割、螺栓或钉子连接得特点，而且挤出发泡后的型材表面质量优于未发泡木塑【41，发泡能大幅降低成本，最终制品的密度可以降低20％～25％，因为树脂占型材材料的40％～50％，这些树脂占复合材料成本的80％"-90％，因此发泡后总成本能降低一半。最早的发泡木塑料复合材料的基础树脂是pSi41，20世纪70年代Empir公司挤出生产的发泡PS系WPC铅笔杆，20世纪80年代中期，美国MarleyMoulding公司开始生产木粉填充PS的发泡制品。近几年则出现越来越多种类的发泡木塑制品，新增基础树脂有PE，PP，SAN，和PVC等，主要产品有型材和形状复杂的大型注塑制品，制品的密度可以降低5％"-'50％，木粉添加量能达30％"--60％。发泡木塑占木塑总量的20％左右，其中大部分是PVC系木塑制品【5】。基体树脂中无定型塑料比结晶型塑料更容易发泡。因为无定型塑料熔体强度高，气泡不易挥发。而结晶型塑料的熔体强度低，有利于制备高木粉含量的制品。无定型塑料浸渍木粉效果差且不利于木粉的均匀分散， 但其保持和固定气泡效果好。另外，发泡会降低制品的拉伸强度，弯曲强度和硬度等力学性能。具体性能取决于泡孔直径、木粉添加量、加工工艺和树脂种类。目前，北京化工大学塑料研究所分别制备并研究了PVC／竹粉、PVC／杨木粉、PVC／砂光粉等木塑复合材料的发泡性能。砂光粉中因含有较多的粘合剂和石膏粉，增加了材料的发泡难度。经研究发现，采用复配助剂和发泡剂可成功发泡40％填料含量的PVC／砂光粉木塑复合材料，材料发泡后的密度可控制在0．70"-0．859／cm3之间。1．2木塑复合材料的制备1．2．1木塑复合材料的原料(1)木材及植物纤维木塑复合材料所用的木纤维全部来自天然植物纤维【6】。植物纤维具有可反复加工、来源丰富、可生物降解、密度低、比表面积大等特点。此外，植物纤维作为改性塑料中的填料具有很多优势，对加工设备磨损小，比强度高、硬度低【l】。最常用的植物纤维是木粉。国外已经工业化应用的原料有麦秸秆、稻草、稻壳等。植物纤维原料的主要化学成分为纤维素、半纤维素和木质素，还有许多其他次要成分，如蛋白质、树脂等【7‘1们。植物秸秆的纤维素含量一般较低【l¨，但有一些植物原料，如棉杆、麻杆、甘蔗渣等的纤维细胞含量却非常接近木材中纤维的含量【11021。植物纤维作为填料也有很多缺陷，最主要的缺点是它与塑料的极性不相容且界面相容性太差；其次，木纤维等高温易分解所以加工温度不能过高这就限制了对塑料基体的加工温度；另外，木纤维在加工过程容易团聚、以及它的吸水性等都是需要解决的技术问题。(2)聚合物用于塑木加工的基体树脂可以是热固性也可以是热塑性树脂。树脂选择主要依据有：产品的需要和树脂的基本性能以及原料成本等因素。热固性树脂主要采用脲醛树脂、环氧树脂、等。热塑性树脂主要采用PE、PP及PVC等。据统计目前市场上仍以通用塑料为基体树脂制备木塑复合材料为主【111。杜万里等以纳米Si02改性的脲醛树脂为基体，杨木粉为填料，通过浸渍法制得木塑复合材料，结果表明：复合材料性能比木材性能有很大提高。由于热塑性塑料具有易加工用途广泛可以回收等特点，在适当的温度范围之内，热塑性塑料可以被重复加工很多次，因此目前的木塑材料的主要原料为热塑性塑料。在常用的热塑性塑料中，主要用PE，PP，PVC等加工温度低于200℃的塑料和木纤维混合制备复合材料【12】。这是因为大多数木纤维超过此温度，就会因分解导致刚性填料损失使强度下降。2 (3)添加剂由于木纤维等具有较强的极性，而热塑性塑料却是非极性或极性很小，这就使树脂基体与填料间的界面粘合性极差【l31，添加剂就是改善界面相容性的方法之一。添加剂在木塑复合材料的配方中起着改善相容性和改善加工性能稳定体系降低材料密度和成本的作用，例如，配方都不同程度地使用了偶联剂、光稳定剂、颜料、润滑剂【l41、防腐剂和发泡剂【15】等。其中偶联剂可分为有机偶联剂、无机偶联剂、有机．无机偶联剂3大类。实验证明有机偶联剂效果较好。目前最常用的偶联剂是马来酸酐和铝酸酯；润滑剂有脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺类、烃类和硅有机化合物。添加剂的用量虽然少，但对木塑复合材料的性能及生产工艺条件却有很大影响，已成为改善复合材料性能和成本的重要手段，是目前研究的热点【l引。1．2．2木塑复合材料的生产工艺在木塑的生产工艺方面，根据木纤维的组成、木塑的配方、产品用途和设备的不同，木材和塑料复合制备木塑的生产工艺主要有3类：挤出成型、热压成型和挤压成型【l引。(1)挤出成型工艺在工业上，标准是使用双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的使用，使复合材料具有高模量和低吸水率。但是，没有太多的研究关于双螺杆挤出机的工艺参数对WPC吸水性的影响。这些参数包括：进料速度，螺杆转速，料简温度和螺杆尺寸。可能是因为WPC的力学性能对这些参数不敏感，所以明显的疏忽了这些参数。对双螺杆的设计来说，要保证木粉在挤出过程中不被炭化，可以考虑增加加料段，缩小均化段，降低木粉在螺杆中的停留时间，同时口模的要求能合理分配流量。要求所选的挤出机螺杆还要有很好的排气能力117·埔J。(2)热压成型工艺热压成型工艺可成型一定规格板材，但不能连续生产。YaoLinZhang等【l引利用热压复合法制备了PE基木塑复合板材，发现不同的木粉材料制得的WPC有不同的杨氏模量和拉伸应力。木粉含量增加，杨氏模量增加。然而，偶联剂的对材料性能的影响依赖于它本本身的性能以及它与木粉间的相互作用。弹性模量，与拉伸应力相反，木粉含量高弹性模量低，而且随着偶联剂含量增加而提高，尤其是在高木粉含量时。一些变量也影响着断裂伸长率。木粉的加入能提高WPC的硬度，而同时断裂机理从韧性向脆性转变。偶联剂的加入提高了木粉与树脂基体的表面特性。然而，偶联剂的含量应该控制在一定范围，这样它不仅能提高WPC弹性模量、拉伸强度，而且提高它的断裂伸长率。(3)挤压成型工艺：挤出机和压机联用的一种挤出和加压同步生产工艺。该法成型的板材长度要大于热压成型板材。同时其制品综合性能优于挤出工艺的板材制品。【l训木材用于住宅应用，如装饰。为防止环境和微生物的降解，是典型的用如铬化砷 酸铜(CCA)化学品处理的。然而，从2004年开始，美国环境保护局已逐步停止CCA处理过的木材应用在建筑产品市场。替代产品是约50％的木粉分散到聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，或ABS基体中加工成的木塑复合材料。聚合物基体中木材含量越高，WPC的外观类似天然木材，并首选的处理方法是异型压出或注塑成型。同样，由于木材粒子是极性的(亲水性的)，水是从大气中吸收，这导致了其尺寸的变化和真菌的生长。因此，WPC的耐久性降低。可能解决这个问题的方法是引进添加剂，如聚丙烯接枝接枝马来酸酐(PP-g—MAH)。它可以和木粉表面的羟基反应，并占领属于水分的地方。PP—g—MAH添加到聚丙烯基木塑复合材料作为偶联剂，它通过增加木材和非极性(疏水性)聚丙烯之间的粘结力，提高了材料的复合强度。虽然可以使用不同的加工设备来生产WPC，但是在工业上，用的最多的还是双螺杆挤出机。1．3木塑发泡材料的制备和研究进展木塑发泡过程是发泡剂分解的气体在高温高压下溶解在聚合物熔体中形成均相体系，在这个均相体系脱离高温高压环境后气体在熔体中形成气泡【211。1．3．1以聚氯乙烯为基体的复合材料的发泡研究木粉对PVC木塑发泡复合材料的性能有重要影响。PVC木塑发泡就是在原木塑配方的基础上加入发泡剂以及各种助剂经挤出或注塑发泡成发泡制品【221，木粉的填充量越高，由于木粉具有较强吸水性和极性与基体树脂不相容，这就需要对木粉进行改性。木纤维的改性方法主要可以分为物理方法和化学方法【231。(1)物理方法物理方法不改变纤维的化学成分。但改变纤维的表面结构，从而提高纤维与基体树脂的物理粘合性。目前生产中常用的物理改性方法主要有热处理法和碱处理法。热处理能够除去木纤维吸附的水分和小分子易挥发物质，但不能除去大部分的果胶、木质素及半纤维素。由于植物纤维各组成热膨胀系数的差别和水分等物质的挥发，导致纤维产生空洞和缺陷，导致木纤维拉伸强度、弹性模量和冲击性能会随着热处理温度升高而下降【231。碱金属溶液浸泡木粉后，能漂洗掉木粉的木质素而且能提高木纤维的分散。乙酰化是在木粉表面通过对极性官能团进行酯化、醚化等改性处理，使其生成疏水的非极性化学官能团，使木粉表面与塑料表面的溶解度相近，以降低塑料基材与木质材料表面间的相斥性，达到提高界面的粘合性的目的【24】除了上述方法外，还有蒸汽喷发、辐射、放电处理等方法。(2)化学方法j木粉的乙酰化、表面接枝和界面偶合等化学方法预处理，可以降低其表面极性化程度，在一定程度上改善了木粉与树脂的相容性，提高复合材料的拉伸强度、抗冲击强度和弹性模量等力学性质。其中使用偶联剂为现在国内PVC木4 塑加工的首选改性方法，偶联剂是两种不同物质晃面之间的分子桥，它能使塑料与木粉表面之间产生较强的界面结合，提高木粉与塑料的相容性及分散性，能明显提高复合材料的力学性。常用有钛酸醋类、铝酸醋类偶联剂125。。苑会林【26】等通过铝酸酯偶联剂改性木粉来制备PVC／木粉发泡材料，发现铝酸酯偶联剂处理能提高PVC／木塑发泡板材的拉伸强度和冲击强度。刘涛【27】等通过用油酸酰胺、钛酸酯偶联剂、等对木粉进行处理，制备了PVC／木塑发泡复合材料，结果显示复合材料的力学性能均得到了提高；而且经聚氨酯预聚体处理后的木粉在制备木塑材料是还能明显改善复合体系的加工性能。F．Mengeloglu[28J等研究了氨基硅烷处理过的木纤维，发现具经处理后的木粉有很强的碱性和供电子能力，而PVC经氨基硅烷处理后具有很强的酸性，这样就会使PVC与木粉在界面处发生化学反应从而提高PVC与木粉的相容性达到提高材料力学性能的目的。Pci．YuKuoa等【29】采用PP．g．MAH和硬脂酸锌改性了三种木粉。研究结果表明，木粉／塑料基体／PP．g．MAH／硬脂酸锌比率为47：47：3：3时复合材料的冲击强度明显提高，材料的拉伸强度和MOR值明显高于其他复合材料。P．ChoipoJ等采用杜邦公司的Fusabond(型号WPC-576D)来改性木粉，通过注塑发泡的方法来考查偶联剂对复合材料的性能影响。结果显示，偶联剂的对材料性能的影响依赖于它本本身的性能以及它与木粉间的相互作用而且随着偶联剂含量增加而提高，尤其是在高木粉含量时。一些变量也影响着断裂伸长率。木粉的加入能提高WPC的硬度，而同时断裂机理从韧性向脆性转变。偶联剂的加入提高了木粉与树脂基体的表面特性。然而，偶联剂的含量应该控制在一定范围，这样它不仅能提高WPC弹性模量、拉伸强度，而且提高它的断裂伸长率。1．3．2以聚烯烃为基体的木塑复合材料的发泡研究(1)配方体系：1．发泡剂木塑发泡材料用的发泡剂主要分为物理发泡剂和化学发泡剂两大类。泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态的变化，即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成，那么这种物质就称作物理发泡剂【301。木塑发泡用的物理发泡剂主要产生惰性气体包括N2和C02；还有一些低沸点的液体包括丁烷、戊烷、二氯氟甲烷、等【311。其中的丁烷、戊烷易燃易爆，在挤出过程中会由于静电聚集放电产生火花容易引起火灾；而氯氟烃系列发泡剂则对地球臭氧层具有破坏作用，各国已经禁用。超临界流体发泡技术【33】是在加工的过程中聚合物承受高温高压作用与C02发泡剂的超临界点相态区(C02超临界点的温度与压力是31．1℃，7．3MPa)是一致的。因此。在一定温度下采用临界点上的压力把C02从挤出机的熔融段中注入，使其能够溶解在聚合物中。形成浓度均匀的聚合物／气体饱和的均相体系。Domudiani[34】等成功将HDPE与牛皮纸浆、木粉进行混合， 经过造粒，注射成样条。然后向样条中注入C02达到饱和状态，最后快速加热使其发泡。化学发泡剂经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化合物[30】。可以分为吸热型发泡剂和放热型发泡剂也可以分为有机和无机发泡剂，由于它们的热分解行为不同从而可以改变聚合物熔体粘弹性和发泡材料的泡孔形态。吸热型发泡剂在发泡时吸收热量会提高熔体粘度稳定气泡结构；而放热型发泡剂在分解时会释放大量热量会导致熔体温度升高粘度降低，最后出现气泡合并或产生大气泡现象。综合考虑，现在的发泡木塑复合材料的加工中大多采用AC作为主发泡剂，用量一般在1．5％左右。为了适应各种木粉和基体树脂的加工温度，需要添加各种不同的发泡助剂来提高或降低AC的分解温度或者与别的发泡剂复配改善AC的热分解行为来改进发泡效果。阎春绵【35J等研究了ZnO和Zn(St)2对AC的影响，结果表明这两种助剂可以有效降低AC的分解温度使之与PE挤出温度相适应。当二者配合比例为ZnO：Zn(St)2=3：l时，它对泡孔结构影响最大，随着其用量的增加，泡孔直径逐渐减小，密度降低，当用量超过2．5％时，泡孔坍塌合并导致密度上升。盛旭敏[361等用模压法制备木粉／LDPE发泡材料。通过DSC分析，研究了纯AC及其与ZnO共混物的热力学分解特征，探讨了发泡剂AC、NaHC03、柠檬酸、DCP等对木塑复合材料力学性能的影响，在扫描电镜下观察了材料断面的微观形态。结果表明：采用NaHC03和AC都能使复合材料密度下降20％左右，发泡后材料的冲击性能为发泡前体系的1．5倍左右；复配后的发泡剂的发泡效果优于单一发泡剂的效果。因为吸热型发泡剂及各种助发泡剂的加入，在一定程度上改善了AC的放热量过大导致泡孔坍塌合并等缺点，用复配发泡剂制得的发泡材料在综合性能和微观结构上均优于放热发泡剂制得的材料。同时NaHC03价格低于AC，使用复合发泡剂后主发泡剂AC的用量降低了，有利于降低成本[37-39J。2．偶联剂和其他助剂木塑复合材料的性能在很大程度上依赖于木粉、树脂基体、以及它们的界面这三者之间的组合行为乙烯马来酸接枝共聚物(MAPE)作为偶联剂广泛地应用于木塑复合材料中，用来增加木粉的分散性，并且提高木粉与聚乙烯的相容性和粘结能力。这种化合物能提高木塑复合材料的力学性能，如冲击强度、拉伸强度、弯曲强度。然而，有必要进一步研究来更好地理解未加工的纤维材料对聚乙烯木塑复合材料的力学性能的影响。在YaoLinZhang的研究中，已经发现不同木粉材料、不同木粉含量、偶联剂含量对混合效果和熔融粘度有显著的影响，而且指出材料的热学性能(如，结晶化的起始温度、终止温度，结晶焓)与复合配方(包括木粉含量、偶联剂)有很大关系。方晓钟【41】研究了PE木塑中的润滑体系，结果表明，润滑剂需用量大约2％并保持较高的剪切速度和较大的挤出压力，挤出木塑的生产效率和外观都较好，但润滑剂对木塑的力学性能影响不明显。阻燃剂、抗氧剂等的加入使木塑复合材料的阻燃能力和使用寿命增强，此外，着色剂的加入也可以满足人们的不同要6 求。总之，可以根据不同的产品和不同的用途来选择合适的加工助剂及用量。(2)发泡木塑复合材料的加工设备和生产工艺1．生产设备双螺杆挤出机是生产发泡木塑制品的主要设备，双螺杆挤出机的使用，使复合材料具有高模量和低吸水率。但是，没有太多的研究关于双螺杆挤出机的工艺参数对WPC吸水性的影响。这些参数包括：进料速度，螺杆转速，料筒温度和螺杆尺寸。可能是因为WPC的力学性能对这些参数不敏感，所以明显的疏忽了这些参数。对双螺杆的设计来说，要保证木粉在挤出过程中不被炭化，可以考虑增加加料段，缩小均化段，降低木粉在螺杆中的停留时间，同时口模的要求能合理分配流量【421。若木纤维加入量大，基体树脂刚性大；则要求挤出机的齿轮箱能承受高压，螺杆推动力强，采用压缩和熔融快、计量段短的螺杆，确保木纤维停留时间短，防止其断裂和长时间停留导致分解致性能劣化。为此ExtrusionMilacron公司首创了异向锥形和平行双螺杆直接挤出配混木纤维填充型材【431。Milacron公司的纤维素纤维填充复合材料的挤出工艺中采用垂直加料式物料输送系统连续预混各种原料，靠预混热蒸发残存水分，然后再加入锥形或平行双螺杆挤出机。2．加工工艺木塑制品的第一步混料阶段的温度不能过高，防止发泡剂等一些助剂提前分解。混合好的物料可以在低于发泡剂分解温度的条件下进行挤出造粒或挤出成型。在生产过程中，树脂在挤出机料筒中受热熔融成熔体。发泡剂在料筒中受热分解产生气体，气体溶解于熔体中形成气体聚合物混合熔体。当混合熔体被挤出离口模时压力骤降，气体在熔体中形成气泡并长大成型，再经过冷却定型即得发泡木塑制品。所以料简的各段温度设定要保证聚合物熔融之前不分解。同时，在挤出发泡过程中，要求熔体的流变行为、发泡剂的分解和基体树脂的交联作用相适应。Shu．KaiYeh等研究发现虽然挤出加工中的变量变化对WPC的拉伸强度和模量并无重大影响，但它会影响吸湿行为。较长的停留时间和更高的螺杆转度，不仅导致WPC颗粒尺寸变小，而且是吸水率降低。吸水率降低10％至40％不等，但WPC力学性能没有发生变化。可以发现在严格的混合条件下WPCs的密度减少，这为观察吸水率的降低提供了一个线索的。可推测，使用严格的混合条件可降低吸水率，这是因为WPCs中挥发性有机化合物的损失H朝。1．3．3以苯乙烯类树脂为基体的木／塑复合材料的发泡研究以PS为基体树脂的木／塑复合材料多采用物理发泡法制得。由于PS硬度大且较脆，耐热性差，故在设计配方中应考虑加入改性剂提高其冲击性能。Doroudiani，Saeed等【441采用物理发泡法制备了发泡PS基木塑，研究了木纤维／PS发泡材料加工与结构性能之间的关系。结果表明：木纤维的用量是对体系冲击强度和拉伸强度影响最大的参数，他们还通过Halpin-Tsai方程建立了表征拉伸7 强度与材料密度关系的数学模型。Rizvi，Ghaus[45】等以木纤维自身含有的水份代替物理发泡剂，对PS／HIPS／木粉体系进行了发泡研究。由于PS具有较高的硬度，制的的发泡材料由加工温度进行冷却时，材料中的水蒸汽冷凝不会引起材料的收缩。发泡后材料的体积膨胀率较大，泡孔的大小可以通过调节加工温度以及材料的湿含量来实现。1．3．4木塑发泡复合材料的发展趋势木塑产品的主要发展趋势是产品由低附加值(如木塑托盘，仓储地板)向高档方向(如室内装饰材料)发展。其应用领域也由比较简单的低附加值产品向相对复杂的高附加值产品如房屋、建筑、管材等方向发展。木塑复合材料技术也因市场的发展而日趋成熟，特别是在混料、成型、温控、速度、切割、配方等方面需要大幅度的革新和改进，才能有效提高材料的强度降低材料的成本【441。虽然WPC有着塑料型材和木材无法比拟的优势但其本身也有很多缺点。目前针对该类材料的研究方向主要集中在以下几个方面：减小WPC的密度；研究开发适宜于生产WPC复合材料的生产设备；生产高木材填充量的WPC，以降低复合材料的成本；拓宽使用回收树脂／木材复合材料的应用领域和回收树脂的种类【451。总的来说就是要获得高性能低成本的木塑复合材料，可以通过对对木塑复合材料进行微孔发泡来克服力学性能等方面的缺陷，在很大程度上可以提高复合材料的性能【4扣驯。1．4本论文的研究目的及内容1．4．1研究目的及意义木塑复合材料的研究具有很大的现实意义，首先木塑材料作为一种环保材料，它的推广应用能够保护日益衰竭的森林资源，因为它是木材的理想替代品之一。其次，木塑材料的原料可以是秸秆稻壳等农业废弃物，既解决了农业废弃物又能帮助农业创收业。再次，由于木塑材料本身具有抗强酸碱、吸水率低、没有虫蛀、抗菌等特性，因此，把木塑复合材料作为包装材料，不仅会使产品包装符合国际标准，而且使整个过程更加方便快捷。可为出口企业节省大量时间和成本。．木纤维可生物降解，对于木塑复合材料制品来说，由于木纤维的降解，为处理塑料垃圾，减少环境污染提供了切实可行的办法。废旧木材与废弃塑料的复合，将为治理废旧塑料的危害和提高木材的利用率开辟一条新的途径。国内外学者对木／塑复合材料的发泡研究多集中在以PVC树脂为基体的材料上，而对废旧塑料的另一大类：聚烯烃塑料在木塑材料中的应用研究较少。本文通过对木粉／PE木粉／PP复合材料的性能研究和微观分析，弄清各组分对复合材料的性8 能影响，并考察了复合材料进行化学发泡法的可行性和发泡效果，此外，还初步验证了回收PE和不同填料在此类材料中的应用。9 第二章PP／PE基木塑复合材料的制备与性能研究木塑复合材料，是一种以木粉或植物纤维与塑料为主要原料共混制成的复合材料【l】。经由聚合物木粉或植物纤维等共混，并添加各种加工助剂和改性剂，经过高速混合再经挤出或模压注射等成型加工手段制得。由于木粉具有较强的极性和亲水性。而聚乙烯聚丙烯树脂是典型的非极性树脂是疏水性的。为了使亲水的极性木粉与疏水的基体树脂能够很好的融合在一起，本文通过加入相容剂的方法来改善木粉和树脂间的相容性。本章旨在通过考察木粉用量、相容剂用量对复合材料力学性能的影响，确定用于发泡研究的基本配方。2．1实验2．1．1实验原料LDPE，1F7B，燕山石化公司PP，F401，中国杨子石化公司TPR，YL．C3326，浙江台洲跃隆塑业有限公司PP．g．MAH，CMG9801，上海日之升新技术发展有限公司木粉，市售铝酸酯，硬脂酸，PE蜡等其它助剂，工业品，市售。2．1．2实验仪器高速混合机，SHR．10A，江苏张家港市贝尔机械有限公司挤出机，SJSH．30，南京橡塑机械厂注塑机，HTL90．F5B，海太塑料机械有限公司摆锤冲击试验机，ZBC．1400．1，深圳新三思材料有限公司电子万能试验机，CMT4304，深圳市新三思材料检测有限公司。2．1．3实验方法(1)木粉的表面改性木粉的改性方法主要可以分为物理方法和化学方法。目前常用的物理改性方法主要有热处理法和碱处理法，化学法主要是木粉的乙酰化、表面接枝和界面偶合等化学方法预处理，可以降低其表面极性化程度，在一定程度上改善了木粉与树脂的相容性，本文主要通过加入相容剂的方法改性木粉先将木粉在烘箱中以105℃烘6dx时，然后将烘干的木粉投入高速混合机混合，分次加入木粉相容剂和基体树脂，待木粉改性结束，树脂熔融后出料。lO (2)PP／PE基木塑复合材料的制备把干燥后的木粉和各种加工助剂放在高速混合机中混合改性，待改性结束后再将混好的无聊通过双螺杆挤出机挤出造粒，再通过注塑机制成样条。24h后性能测试。2．1．4测试与表征拉伸性能按照GB／T1040进行，拉伸速度50mm／min，冲击性能按照GB／T1043进行，弯曲性能按照GB／T9341进行测试。密度测试按GBl033测试。2．2结果与讨论本实验通过考查木粉含量和相容剂的含量对复合材料的性能影响来确定最佳发泡配方。2．2．1木粉含量对复合材料的性能影响木粉含量与复合材料的力学性能的关系如图2．1，2．2，2．3，2．4，2．5，所示。可以看出，随着木粉含量的增加，弯曲强度，弯曲模量，密度增加：冲击强度，拉伸强度，减小。这是因为木粉的主要成分纤维素和木质素是属于刚性大分子，使得材料的刚性增加，韧性下降。50∞7080木粉百分比含量％图2-1木粉含量与弯曲强度的关系∞拈∞：f}∞拈柏：8∞；!墨{己侣_e山罨骥翟静 181614“12宣＼卜_’蘧10强佰8蹙642∞70∞木粉百分比含量％图2．2木粉含量与弯曲模量的关系∞70∞木粉百分比含量％图2．3木粉含量与冲击强度的关系12芒=蚓辎租骱 50∞70∞木粉百分比含量％图2_4木粉含量与拉伸性能的关系607080木粉含量百分比％图2·5木粉含量对密度的影响从上面的图形中可以看出，木粉含量的增加，复合材料的弯曲强度和弯曲模量也随之增大，这说明了木粉作为一种刚性填料对复合材料有一定的增强效果，但是随着木粉含量的增加，复合材料拉伸强度与冲击强度却降低，这是由于木粉含量的增加，木粉在基体树脂中分散难度加大，导致木粉团聚的增加，从而导致整个复合材料中的缺陷和应力集中点增加【451，当复合材料受到外力的拉伸和冲击之后，由于材料界面结合力变弱，体系中应力集中点增加，所以冲击强度与拉伸强度会降低。而密度却随木粉含量增加而增大。[574S1∞匏∞孔{寻侣住受=越黑晕辑∞勰∞孔笼{己侣¨住伯∞j1j11，￡m。／s＼世船 2．2．2相容剂含量对复合材料力学性能的影响由于PP／PE和木粉是不极性不相容的，必须要借助相容剂来增强他们之间的相容性来提高复合材料的性能。PP—g-MAHqb的MAH基团可以与木纤维上的羟基形成酯键而它的主链是PP，可以与PP或PE的分子链缠结，从而提高了木粉和基体树脂之间的相容性。图2．6～图2．10是在木粉含量为60％时不同相容剂含量对复合材料的性能影响。40∞100120PP—g—MAH质量图2-6PP-g-MAH含量对弯曲强度的影响40∞80100120PP—g-BAH质量g图2—7PP-g·MAH含量对弯曲模量的影响14∞Ⅺ∞盘苫越敷霍静 ’≥12jC螂譬，。是86383228242016406080100120PP—g—MAH质量g图2-8PP—g-MAH含量对冲击强度的影响60801∞120PP-g-MA}l质量g图2-9PP．g．MAH含量对拉伸强度的影响15罡=魁想兽辑 1．201．18～1．16U＼∞＼魁1．14襁1．121．10∞80100PP-g—MAH质量g图2—10PP-g—MAH含量对密度的影响由图可见PP．g．MAH用量的增加材料的综合性能先上升后下降。这是因为PP．g．MAH是相容剂，可以同时存在于基体树脂和木纤维中，当它对木纤维的包覆超过一定程度后，超过此含量的PP．g．MAH存在于基体树脂中。另一方面是因为PP．g．MAH比基体树脂的分子量小，它的熔体流动速率高，所以强度也要低于基体树脂。增加PP．g．MAH的用量，相当于降低了基体树脂的强度。在共混过程中PP．g．MAH组分向纤维与基体的界面扩散而形成界面层。【5弘6UJ由于强度比PP或PE低，过量的加入就有可能使复合材料的力学性能下降。2．3结论木粉的加入，使复合材料的弯曲强度和弯曲模量得到了明显的提高，但是材料的冲击强度、拉伸强度、却是随着木粉用量的增加而下降。材料的密度也是随着木粉含量的增加而上升的。PP．g．MAH的加入，能有效的改善了木粉与基体树脂的相容性和界面结合力。可以提高木塑复合材料的拉伸性能，弯曲性能，冲击性能和密度。PP—g-MAH的最佳用量为809为木粉质量的8％。综合各项性能的比较确定进行发泡实验的木塑配方木粉含量为60％，PP．g．MAH含量为8％。16 第三章PP和PE基木塑发泡材料性能的研究木塑复合材料具有塑料与木材的性能优点，具有耐腐蚀、耐候性、防潮、防晒、硬度高等特点，同时还可以像木材一样在实际使用过程中根据自己的要求进行二次加工。虽然木塑复合材料具有上述优点，但是由于植物纤维在加工过程中被压缩导致制品密度过大，导致材料的生产成本过高且影响搬运和施工。同时由于木纤维的加入降低了塑料本身的韧性，冲击强度相应降低。为了克服以上缺点，扩大木塑复合材料的应用范围，本章通过发泡剂对木塑复合材料进行发泡降低材料密度提高冲击强度。本章主要研究了不同种类发泡剂，发泡剂含量，木粉含量对PP和PE基木塑复合材料的性能影响3．1实验部分3．1．1实验原料PP，F401，中国杨子石化公司PE，1F7B，燕山石化公司发泡剂，常州托普精细化工厂TPR，YL．C3326，浙江台洲跃隆塑业有限公司PP．g．MAH，CMG9801，上海日之升新技术发展有限公司木粉，市售铝酸酯，硬脂酸，PE蜡等其它助剂：工业品，市售3．1．2实验仪器高速混合机，SHR．10A，江苏张家港市贝尔机械有限公司挤出机，SJSH．30，南京橡塑机械厂注塑机，HTL90．F5B，海太塑料机械有限公司摆锤冲击试验机，ZBC．1400．1，深圳新三思材料有限公司电子万能试验机，CMT4304，深圳市新三思材料检测有限公司转矩流变仪，XSS．300，上海科创橡塑机械设备有限公司热重分析仪，TG209F3，德国耐驰仪器制造有限公司。3．1．3实验方法(1)木粉的表面改性先将木粉在烘箱中以105℃烘6小时，然后将烘干的木粉投入高速混合机混合，分次加入木粉相容剂和基体树脂和各种加工助剂，待木粉改性结束，树17 脂熔融后出料。(2)木塑复合材料的制备把干燥后的木粉和其它助剂放在高速混合机中混合改性，再改性好的混合物通过双螺杆挤出机造粒，制得木塑复合材料。木粉含量为60％，其它助剂按木粉用量比例使用。(3)发泡母料的制备：将发泡剂和PE按2：3的比例放入转矩流变仪中密炼，将密炼好的混合料冷却后破碎。(4)将(2)和(3)得到的材料在注塑机中注射成样条24h后进行性能测试。3．1．4测试与表征热失重分析测试温度范围：40。C到950。C，升温速率：20K／min，N。环境。拉伸性能按照GB／T1040进行，拉伸速度50mm／min，冲击性能按照GB／T1043进行，弯曲性能按照GB／T9341进行测试。密度测试按GBl033测试。3．2结果与讨论3．2．1不同发泡剂的选择。对购得的发泡剂进行热失重分析，找出适合PP基和PE基发泡的发泡剂。以下是适合的发泡剂的TG图'∞2∞2503∞■座，C图3-1NH．100热失重分析图谱18 1jG脯∞75，70一∞·起始点："2．6℃温度，℃TG脯1∞∞80∞40图3-2P．100热失重分析图谱起始点：177．1℃∞1∞2∞2503003∞温度，℃图3-3TA．200热失重分析图谱19 TG隅起始点：1822℃TG脯1∞∞60∞1∞1502002∞300350戬，℃图3．4TA．210热失重分析图谱起始点：162．6℃501001502002∞300350温度，c图3-5TA．500热失重分析图谱 TG脯9080∞e0‘佑脯90∞1001502∞3003,50沮度，℃图3-6TA．600热失重分析图谱起始点：194．0℃图3．7TA．880热失重分析图谱2l 通过上述的TG分析可以看出各种发泡剂的分解温度均在PP和PE的加工温度范围之内，下面通过七组实验考查各种发泡剂对复合材料的性能影响。表3．1不同发泡剂对木塑复合材料的性能影响综合上述发泡剂发泡后的性能，我们选用TA．210作为PP基木塑发泡的发泡剂，下面通过改变发泡剂的含量来研究发泡材料的性能。3．2．2不同发泡剂含量对PP基复合材料性能的影响。选用TA．210作为发泡剂，固定木粉含量30％，考察发泡剂用量对材料的性能影响。表3-1不同发泡剂含量对复合材料的性能影响从表3．2中可以看出，随着发泡剂用量的增加，材料的密度先降后升，在用量为1．5％时达到最小值。这是因为，开始时随着发泡剂用量的增加，其分解放出的气体量增加，使得材料的泡孔数目增加，从而导致材料的密度下降。当发泡剂含量超过1．5％时生成的气体较多，泡孑L开始互相结合，造成泡孔坍塌或合并。这样就会造成气泡的降低，导致材料密度上升。从表一中可以看到，在发泡剂的用量为1％时材料的密度为1．01g／cm3，与未发泡的材料相比降低了24％。从表3．2可以看出，发泡后的材料的冲击强度会有所上升，当发泡剂的用量为1．0％时，冲击强度达到最大值23．3kJ／m2。比未发泡时提高了10％。这是因 为经过发泡后的木塑材料具有泡孔结构，在受到冲击的时候可以钝化裂纹尖端并有效阻止裂纹的扩张，从而可以提高材料的抗冲击性能。但是当发泡剂用量继续增大时，材料的冲击强度会略有下降，这是由于泡孔的合并或坍塌导致泡孔平均数量下降，不均匀，能够阻止裂纹扩张泡孔的数量减少，使得木塑材料的抗冲击性能略有下降。材料的拉伸强度和弯曲强度是考察材料的力学性能的重要指标。从表一中看出拉伸强度和弯曲强度也随着发泡剂用量的增加而降低。这可能是因为随着泡孔数目的增加，泡孔直径的增大导致材料的强度下降。3．2．3不同木粉含量对PP基复合材料性能的影响。在发泡剂含量为1．5％改变木粉含量考察木粉含量对材料的性能影响。表3-3不同木粉含量对复合材料的性能影响由表3．3可见，随着木粉含量的增加，材料的密度逐渐上升，但上升幅度不大。由于发泡只能在塑料熔体中进行，木粉含量的增加导致塑料含量的减少，使得发泡的能发泡的部分减少了，同时，木粉的加入增加了熔体的强度，使得发泡时发泡剂放出的气体难以逸出，泡孑L不容易坍塌或合并，有助于形成比较理想的泡孔。材料的冲击强度是随着木粉的加入而逐渐降低的。从30％时的23．0kJ／m2下降到60％时的10．8％kJ／m2，下降幅度为52．9％。这是因为木粉和PP的相容性较差，导致两者界面处的结合力较弱。所以随着木粉用量的增加，颗粒引起的应力集中及产生的缺陷的几率增大。另外，木粉是刚性的，在受力的时候不能吸收冲击能，木粉含量越多材料的脆性就越大。所以当木粉用量上升时，材料的冲击强度会下降。3．2．4不同发泡剂含量对PE基复合材料性能的影响。表3．4不同发泡剂种类对PE基复合材料的性能影响序号发泡剂／g黻／cm，嚣絮擎砩挲TA．2001．13736．1014．9619．22 TA．2101．1392TA．5001．13621’A．6000．95尉．8800i97283．803．956．93．8614．5313．6512．312．4519．3917．8818．317．97综合上述发泡剂发泡后的性能，我们选用TA．600作为PE基木塑发泡的发泡剂，下面通过改变发泡剂的含量来研究发泡材料的性能。3．2．5不同发泡剂含量对PE基复合材料性能的影响用TA．600作为发泡剂，固定木粉含量60％，考察发泡剂用量对材料的性能影响表3-5不同发泡剂含量对PE基复合材料的性能影响从表3．5中可以看出随着发泡剂用量的增加，材料的密度先降后升，密度在发泡剂用量为1％时达到最小值0．95g／cm3与未发泡的材料相比降低了19．5％。这是因为，开始时随着发泡剂用量的增加，其分解放出的气体量增加，使得材料的泡孔数目增加，从而导致材料的密度下降。当发泡剂含量超过1．0％时生成的气体较多，泡孔开始互相结合，造成泡孔坍塌或合并。导致复合材料密度上升。表3．5的结果显示，发泡后的材料的冲击强度会有所上升，当发泡剂的用量为1％时，冲击强度达到最大值6．9kJ／m2。比未发泡时提高了23％。这是因为经过发泡后的木塑材料具有泡孔结构，在受到冲击的时候可以钝化裂纹尖端并有效阻止裂纹的扩张，从而可以提高材料的抗冲击性能。但是当发泡剂用量继续增大时，材料的冲击强度会略有下降，这是由于泡孔的合并或坍塌导致泡孔平均数量下降，不均匀，能够阻止裂纹扩张泡孔的数量减少，使得木塑材料的抗冲击性能略有下降。表3．5中拉伸强度和弯曲强度也随着发泡剂用量的增加而降低。这可能是孔隙率逐渐增大而导致材料的强度下降。24 3．2．6不同木粉含量对PE基复合材料性能的影响。在发泡剂含量为l％时，改变木粉含量考察木粉含量对材料的性能影响。表3．6不同木粉含量对PE基复合材料的性能影响由表3．6可见随着木粉含量的增加，发泡复合材料的密度上升了3l％，由于发泡只能在塑料熔体中进行，木粉含量的增加导致PE含量的减少，使得能发泡的部分减少了，同时，木粉的加入降低了熔体的黏度，使得发泡困难，木粉含量越多密度越大。发泡复合材料的冲击强度随着木粉含量的增加而逐渐降低。从40％时的8．9kJ／m2下降到80％时的4．1kJ／m2，下降幅度为54％。这是因为随着木粉用量的增加，颗粒引起的应力集中及产生的缺陷的几率增大。另外，木粉是刚性的，在受力的时候不能吸收冲击能，木粉含量越多材料的脆性就越大。发泡复合材料的拉伸强度和弯曲强度随着木粉含量的增加而下降。拉伸强度的下降幅度为59％，弯曲强度的下降幅度为32％。下降的原因是：木粉含量的增加使得木粉团聚的现象加剧，木粉的团聚容易造成应力集中。而且由于PE含量的相对减少，发泡复合材料抵抗外力的能力降低。3．3本章小结加入发泡剂后使得木塑复合材料的密度有了较大的下降，冲击强度得到提高。但是拉伸和弯曲强度会随着发泡剂含量的增加而逐渐降低。发泡剂用量为1．5％时，PP基复合材料的密度降低了17％，冲击强度达到23．3kJ／m2。PE基复合材料的密度降低了18．8％，冲击强度提高了23％。通过本章的实验得出PP基复合材料的发泡剂应选用TA．210，最佳用量为1．5％，PE基复合材料的发泡剂应选用TA．600，最佳用量为1％。木粉含量增加小幅提高了材料的密度，降低了材料的力学性能，但是由于木粉的加入能够大大降低材料的成本，所以可以综合考虑选择木粉的添加量。 第四章发泡母料对PP和PE基复合材料发泡的性能影响上一章的木塑发泡材料力学性能下降明显，这是由于用发泡剂发泡的泡孔较大，不能有效钝化尖端裂纹，使材料的拉伸强度弯曲强度等性能下降明显，冲击强度提高幅度较小。本章为了解决上述缺陷，通过添加自制发泡母料注塑发泡的方法制得发泡复合材料。降低材料的密度提高材料的冲击性能，同时通过加入成核剂对木塑进行发泡有利于形成更小更均匀的泡孔。本实验通过考察发泡剂含量，木粉含量和成核剂含量对材料的性能影响来研究木塑发泡的效果和可行性，还研究了注塑发泡工艺和替代树脂替代填料的影响。4．1实验部分4．11实验原料木粉，市售稻壳粉，市售竹粉，市售回收LDPE，安徽国风木塑科技有限公司铝酸酯偶联剂，F．2，重庆嘉世泰化工有限公司硬脂酸，1801，马来西亚双马公司聚乙烯蜡，XH．102，成都祥和专用蜡厂发泡剂，常州托普精细化工厂超细碳酸钙，2500目，安徽恒泰非金属材料有限公司LDPE，1F7B，燕山石化公司。4．1．2实验设备高速混合机，SHR．10A，张家港市贝尔机械有限公司双螺杆挤出机，SJSH．30，南京橡塑机械厂注塑机，HTL90．F5B，海太塑料机械有限公司电子试验机，CMT4304，深圳新三思材料有限公司转矩流变仪，XSS．300，上海科创橡塑机械设备有限公司摆锤冲击试验机，ZBC．1400．1，深圳新三思材料有限公司。4．1．3PP／木塑发泡材料的制备(1)发泡母料的制备：将发泡剂、成核剂、载体树脂、稳定剂等按一定的比例先通过高速混合机充分混合然后把得到的料放入转矩流变仪中密炼，将密炼 好的混合料冷却后破碎。(2)木塑混合料的制备：将木粉在100"(2下干燥3～4小时后，放入预热好的高速混合机中，然后根据配方的比例加入改性剂和PP，混匀后出料。再把混合好的料通过挤出机挤出，切粒。(3)木塑发泡材料的制备：将(1)和(2)中的发泡母料和木塑混合料按配方比例混合，利用注塑机制成样条。4．1．4性能测试(1)密度测试：按GB／T1033测试。(2)力学性能测试：拉伸性能的测试按GB／T1040测试，冲击强度的测试按GB／T1043测试弯曲强度的测试，按GB／T9341测试。(3)扫描电镜(SEM)观察将复合材料的冲击断面喷金处理后放在KYKY-3200型扫描电镜(SEM)上进行结构观察，放大倍数300倍。4．2结果与讨论4．2．1使用和未使用发泡母料对PP／PE基复合材料性能的影响。605856母是54蜊憩鲁52静504．8O．00．20．40．60．81．O发泡剂含量／％图4．1发泡剂含量与PP基复合材料弯曲强度的关系27 400038003600280026000．00．20．40．810发泡剂含量／％图4．2发泡剂含量与PP基复合材料弯曲模量的关系0．00．204060．●'．0发泡剂含量／■图4．3发泡剂含量与PP基复合材料冲击强度的关系0．00．20．40．60．51．0发泡荆含量／％图4-4发泡剂含量与PP基复合材料拉伸强度的关系∞¨”∞∞皇删辎雹静O5O5O5O5O¨”住"”_哪／r《毯疆懵凳¨”柚拍"邸拍芒一／毯爆擘瓤 1．161．141．121．10”81．08蠢1‘∞静，．041．021．000．980．00．204060810发泡剂含量／％图4．5发泡剂含量与PP基复合材料密度的关系252423222120t9t817O．OO．204060．81．0发泡剂含量／s图4_6发泡剂含量与PE基复合弯曲强度的关系20001600叠1600盈＼咖辎垣1400静12001000O．00．20．40．61．0发泡剂含量／％图4．7发泡剂含量与PE基复合弯曲模量的关系∞垒＼趟暇丑静 7．O6．5e．65．65．●5．20．00．204060．81．0发泡剂含量／薯图4．8发泡剂含量与PE基复合材料冲击强度的关系1e．O15．515．014．5山姜14．o恻鐾住s辅13012．5'2．00．00204060．81．0发泡剂含量／％图4-9发泡剂含量与PE基复合材料拉伸强度的关系1．201．151．’O1．051．000．95O．口OO．85O．00．20,4060．81．0发泡剂含量／％图4．10发泡剂含量与PE基复合材料密度的关系●2O86e65．Ⅲ＼≥＼越鼎懵是驾耍礤彬 从上图中可以看出，使用发泡母料的发泡效果比使用发泡剂发泡的效果好，在发泡剂含量为O．5％时，经发泡母料发泡的复合材料的各项性能均优于未经发泡母料发泡的复合材料。这是由于发泡剂经过前期的复合制成发泡母料后，在注塑发泡的过程中相比未经处理的发泡剂分散的更均匀，有利于形成更均匀的泡孔结构，泡孔不易坍塌合并生成的泡孔直径更小。由于吸能性：泡沫塑料变形过程中的能量损耗包括基体变形产生的能量损耗，基体单元间的摩擦产生的能量损耗。微孔发泡基体间变形产生的能量耗损大，弥散的微孔改变材料内部应力状态，阻碍裂纹扩展，改变了树脂基体的结晶度，从而提高了冲击强度。而对于拉伸强度，由于发气量的增加，树脂基体密度的下降，结晶度的下降，所以在受到单向拉伸时，发生结晶的破坏，分子链的取向和再结晶的现象就减少了，其拉伸强度就下降了。4．2．2成核剂的品种、用量与发泡复合材料性能的关系通过一系列实验的研究发现CaS04作为成核剂加入木塑复合材料中的效果最佳，本节通过固定发泡剂的含量不变改变成核剂的用量来研究成核剂对复合材料的性能影响。0246810121416成核剂含量／％图4-11成核剂含量对PP基复合材料弯曲强度的影响¨跎∞¨∞垒＼越霞雹静 365036003550350034503400335033000246810121416成核剂含量／％图4．12成核剂含量对PP基复合材料弯曲模量的影响13．5’3．O11．O02468101214'6成核剂含量／％图4．13成核剂含量对PP基复合材料冲击强度的影响0246810'214'6成核剂含量／■图4．14成核剂含量对PP基复合材料拉伸强度的影响32∞l是栅辎鲁jiI5O521～＼2＼避啜佰是”"¨"==”==拍皇，＼趟喂章黛 ●'．161．141·12“_、1．10＼蜊豫1．081．06'．04O26810121416成核剂含量／％图4．15成核剂含量对PP基复合材料密度的影响26．O25．5250时24．5l瑙24·0骥司23．5{缸’23．022．522．0O24681O121416成核荆含量／s图4．16成核剂含量对PE基复合弯曲强度的影响18001750'5001450O2468’0121416成核剂含量／％图4．17成核剂含量对PE基复合弯曲模量的影响33O阳¨∞"，时山lI／嘲辎鲁钟 6．66．46．2O．05．85．65．45。25．O0246810121416成核剂含量／％图4．18成核剂含量对PE基复合冲击强度的影响14．5'4．O13．5’3．O12．512．O11．5成核剂含量／鼍图4．19成核剂含量对PE基复合拉伸强度的影响1．151．10O．90O．85成核剂含量／％图4．20成核剂含量对PE基复合密度的影响．m／r≤趟嘿书定西山H／毯想圣辑∞拍1O，3／∞＼越襁 从上面的结果可以看出，复合材料的拉伸强度和冲击强度随着成核剂的加入先上升后下降；弯曲强度和弯曲模量呈上升趋势；密度在成核剂含量为8％时达到最小。这主要是由于加入少量成核剂时复合材料中的成核点较少所形成的泡孔较分散且泡孔大小不均匀，随着成核剂用量的增加材料中的成核点数量逐渐增加，形成的泡孔逐渐均匀泡孔的直径也会大小均一，在成核剂用量8％时达到最佳【5引。但是加入量进一步增加，就会导致成核剂在树脂中分散不均匀，存在团聚的现象，从而破坏形成的泡孔结构不能行成成核剂的作用。复合材料的弯曲性能随着成核剂用量增加而上升时由于成核剂是无机填料具有刚性结构，加入聚合物复合材料中有刚性填料的作用。综合来看，成核母料在加入量为8％时，复合体系的各项综合性能最佳。4．2．3注射工艺的影响(1)成型方法的影响本文通过欠料法实现对木塑的注塑发泡。本文中采用欠料5％的方法，即注入模腔内的复合材料比满腔时少5％。另外，在注塑操作过程中需要先射出后后再储料。这是为了防止补料，因为射出后浇口处还没有冷却，如果立即储料的话，由于储料背压的作用，熔体物料就会通过还没有冷却的浇口进入样品内，也就是补料。但是如果冷却一段时间后，待浇口处的树脂冷却后再储料，就可以防止这种现象。(2)温度的影响由于木塑复合材料中有大量木粉，受热易分解，温度对材料的性能影响较大，实际操作过程中，温度到达200。C时木粉炭化现象明显，并且会出现喷料，温度在180℃时一切正常，160℃时材料不能完全塑化，会出现储料导致边角欠料。(3)射出压力的影响射出压力是螺杆在转动的过程中把已经均化好的物料推入模腔时螺杆所施加在物料上的压力。射出压力要使用适当既不能大也不能小。射出压力太小时，由于压力不够塑料熔体不能填满模腔，可能造成边角欠料；如射出压力过大，样品的壁变薄，容易造成木粉和基体树脂的分解。本论文中所用的压力为100MPa。(4)注塑发泡成型工艺参数 表4-l射出工艺参数表4-2储料工艺参数4．24发泡制品与未发泡制品的断面形貌分析为了清楚地观察发泡木塑复合材料的泡孔结构，本文中采用扫描电镜来观察泡孔的结构。扫描电镜所观察的是样条的冲击断面。图40I朱发泡木塑图4-22未用发泡母料发泡 脚4-23发泡母料发泡由图可见，未发泡复合材料冲击断面没有泡孔，而经过发泡的复合材料冲击断面有泡孔，且泡孔较大，分部也不均匀，这就导致材料的各种力学性能较低。使用发泡母料发泡过的复合材料冲击断面的泡孔直径较小且分布均匀，发泡效果最好。4．25不同替代树脂和替代填料的研究废旧塑料因其不易降解，数量巨大和缺少环保意识等因素已经对环境造成严重影响。木／塑复合材料作为一种环保材料在于它能够利用各种废旧塑料和废弃的农作物秸秆和果壳。木／塑复合材料的填料具有可替代性。广义上讲，木／塑复合材料所用植物纤维填料的来源除了各种木粉以外，还包括秸杆、稻糠壳、等农作物茎秆或果壳。它们的化学组分与木材纤维相似，经过粉碎研磨、烘干后即可取代术粉用于木，塑复合材料的制各。可见，术／塑复合材料的填料来源十分广泛．且价格低廉，充分利用这些材料可以实现农产品废弃物的回收利用创造经济价值，又可达到治理环境的目的。我国在回收材料生产木，塑复合材料以及该类材料回收方面起步较晚，在这方面的研究也较少。本章以发泡母料的发泡体系为基础，着重考察在生产设备和工艺参数未经改动的前提下．对比了政用回收LDPE和采用其它植物纤维填料替代木扮作为木，塑发泡材料的性能差别。表4-3配方列表 表4．4同收LDPE对材料的性能影响使用回收LDPE制备的复合材料性能如表4-4，由表中可以看出，使用回收LDPE制得的复合材料在性能上存在差异，原因在于：(1)本实验中的回收LDPE中存在多种成分，本身的性能不及新料，导致复合材料的性能下降。(2)回收的LDPE存在的杂质成分与木粉不能很好的相容，影响了整个体系的性能。表4—5不同填料对材料的性能影响不同的植物纤维对复合材料的性能影响如表4．5所示，由表可知，以稻壳粉为填料的复合发泡材料的冲击性能最高，比木粉填充的复合材料性能提高了21．6％，但弯曲强度和弯曲模量略低于木粉填充复合材料。以竹粉为填充的复合材料弯曲性能最好，比木粉填充的复合材料弯曲强度提高了14．6％，弯曲模量提高了24．5％。冲击和拉伸等性能和木粉填充复合材料差别较小。4．3本章小结通过以上阶段的实验可以总结出通过发泡母料发泡的复合材料的性能要好于未通过发泡母料发泡的复合材料。发泡剂的用量决定发气量的多少，为了实现更优良的力学性能所以需要采用微孔发泡来实现木塑发泡，所以发泡剂用量越多，材料中的气泡就越多泡孔直径越大导致材料性能下降，根据上述的实验数据显示当发泡剂的量为O．5％时复合材料的综合性能最佳。加入成核剂，可以增加气泡成核点的数量，能够利于得到更均匀的泡孔分布，更均一的孔径，但是加入量进一步增加，就会导致成核剂在树脂中分散不均匀，存在团聚的现象，从而破坏形成的泡孔结构不能行成成核剂的作用。复合材料的弯曲性能随着成核剂用量增加而上升时由于成核剂是无机填料具有刚性结构，加入聚合物复合材料中有刚性填料的作用。本论文中成核剂用量8％最好。本文的发泡工艺是注塑发泡，注塑工艺同样重要。注塑工艺参数包括温度，操作步骤及射出压力，等。结合基体树脂的加工温度和木粉的分解温度，本文采用的加工温度为180℃，而为了保障其不补料，其操作步骤中在射出后先让其样品冷却下来，再储料的方式。通过电镜观察可知使用发泡母料发泡过的复合材料泡孔结构比未38 经发泡母料发泡的泡孔更加均匀且泡孔直径更小。本章还考察了回收塑料替代树脂新料制备木塑发泡材料的可行性。结果表明在生产条件未改变的前提下采用回收料代替新料制备发泡复合材料是可行的。完全采用回收料替代新料制备的复合材料在力学性能上低于新料制备的复合材料。但性能差别不明显。但用回收料可以减少废旧塑料对环境造成的影响还可以为企业降低生产成本。也对比了竹粉和稻壳粉替代木粉的性能。从实验的结果可以看出竹粉替代的复合材料密度最大，弯曲性能最好，但稻壳粉替代的复合材料冲击强度最好。表明本文的配方有着较强的适用性，在实际生产中有着比较好的指导意义。39 第五章结论为了研究木塑发泡复合材料的性能，我们选择PP和PE为基体树脂制备了木塑复合材料并通过性能测试确定了最佳木塑配方。综合各项性能的比较确定进行发泡实验的木塑配方木粉含量为60％，PP．g．MAH含量为8％。确定最佳配方后，对其添加发泡剂进行发泡。研究了不同发泡剂种类不同发泡剂含量和不同木粉含量对PP和PE基复合材料的性能影响。实验结果表明：加入发泡剂后使得木塑复合材料的密度有了较大的下降，冲击强度得到提高。但是拉伸和弯曲强度会随着发泡剂含量的增加而逐渐降低。发泡剂用量为1．5％时，PP基复合材料的密度降低了17％，冲击强度达到23．3kJ／m2。PE基复合材料的密度降低了18．8％，冲击强度提高了23％。通过上述实验得出PP基复合材料的发泡剂应选用TA．210，最佳用量为1．5％，PE基复合材料的发泡剂应选用TA．600，最佳用量为1％。木粉含量增加小幅提高了材料的密度，降低了材料的力学性能，但是由于木粉的加入能够大大降低材料的成本，所以可以综合考虑选择木粉的添加量。为了更深层次的了解复合材料的性能，本文通过自制的发泡母料对复合材料进行发泡，由于发泡母料能够较好的解决发泡剂的分散以及成核剂的加入可以很好的控制泡孔的直径和分布。当发泡剂的发泡剂的量为O．5％时复合材料的综合性能最佳。加入成核剂，可以增加气泡成核点的数量，能够利于得到更均匀的泡孔分布，更均一的孔径，但是加入量进一步增加，就会导致成核剂在树脂中分散不均匀，存在团聚的现象，从而破坏形成的泡孔结构不能行成成核剂的作用。复合材料的弯曲性能随着成核剂用量增加而上升时由于成核剂是无机填料具有刚性结构，加入聚合物复合材料中有刚性填料的作用。本论文中成核剂用量8％最好。本文的发泡工艺是注塑发泡，注塑工艺同样重要。注塑工艺参数包括温度，操作步骤及射出压力等。结合基体树脂的加工温度和木粉的分解温度，本文采用的加工温度为180。C，而为了保障其不补料，其操作步骤中在射出后先让其样品冷却下来，再储料的方式。通过电镜观察可知使用发泡母料发泡过的复合材料泡孔结构比未经发泡母料发泡的泡孔更加均匀且泡孔直径更小。本文在通过上述研究之后在不改变实验条件的情况下又进行了回收料替代新料和不同种类的填料的替换来验证配方的适用性。完全采用回收料替代新料制备的复合材料在力学性能上低于新料制备的复合材料。但性能差别不明显。但用回收料可以减少废旧塑料对环境造成的影响还可以为企业降低生产成本。竹粉替代的复合材料密度最大，弯曲性能最好，但稻壳粉替代的复合材料冲击强度最好。表明本文的配方有着较强的适用性，在实际生产中有着比较好的指导意义。综上所述，本文通过对PP和PE基的木塑复合材料的发泡性能研究，获得 了高性能的木塑发泡材料，也研究了影响发泡复合材料性能的各种因素。最后还验证了本文配方的适用性。实验结果对于木塑的配方研究和实际生产提供了很好的基础实验数据和理论参考。41 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