木塑复合材料的研究和

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1、木塑复合材料的研发与进展   木塑复合材料(Wood-PlasticComposites，WPC)是一种以植物纤维填充热塑性塑料通过挤出等加工成型的复合材料。植物纤维一般采用废弃的木屑、秸秆粉、甘蔗渣粉、稻壳粉等?选用植物纤维作为木塑复合材料的增强填充物，主要是因为植物纤维比较廉价、来源广、易降解、密度小，具有较高的刚度和强度，而且植物纤维具有多孔性，在一定工艺条件下，熔融的塑料基体可以渗入到植物纤维的细胞空腔中，达到增强改性的目的。1木塑复合材料结构性能影响因素木塑复合材料的成型制备是一个受到多种因素影响的复杂过程，植物纤维和塑料的表面特性、纤维所含或吸附的

2、化学成分、塑料的理化性能指标、木塑复合途径等都能对木塑复合材料的性能产生影响。在木塑复合材料加工制造过程中，各种工艺因素(如温度、压力、螺杆转速、原料配比、原料形态、表面处理等)对木塑复合材料性能有很大的影响。本文主要从原料的选择与配比、植物纤维填充量及粒径、木/塑界面相容性、挤出工艺的调控几个方面论述影响木塑复合材料结构性能的因素。1.1原料的选择与配比木塑复合体系基本组成为基体树脂和植物纤维，再辅以各种助剂。基体树脂常采用热塑性塑料，依据不同的产品要求选择不同的塑料基体。目前，采用PE、PVC作为基体的木塑复合材料的研究已成熟，已得到市场化应用，以PP为基

3、体的木塑复合材料正在研究开发之中。在PE基的木塑复合材料中；植物纤维可大量添加，最高添加量可达75%-80%；而在PVC基体的木塑复合材料中，植物纤维的添加量很少，一般只有30%左右，因为PVC的流动性较差，如果植物纤维这种刚性材料的添加量过多，容易造成挤出困难。植物纤维在基体塑料熔体中的分散性也是木塑复合材料性能优劣的一个重要因素。熔体的黏度低，植物纤维在熔体中的分散就好；黏度高，则纤维在熔体中易聚结成团。选择高的熔融流动指数(MFI)的塑料基体将明显有助于植物纤维的分散。研究表明高熔融流动指数(MMFI)的HDPE木塑材料的力学性能明显优于低熔融流动指数(

4、LMFI)的HDPE木塑材料。SEM显示，MMFI-HDPE木塑材料中植物纤维分布更加均匀。为降低成本和环保的要求，木塑复合材料常采用回收的废旧塑料作为塑料基体。由于各种回收塑料中含有各类助剂小分子，这在一定程度上影响了产品的性能。回收塑料的分类较为麻烦，因此各类塑料在混合使用的过程中要解决好它们之间的相容性。近年来，采用微发泡技术，即在复合体系中加入发泡剂发泡来调节材料的密度，改善产品外观、性能，逐渐成为人们关注的热点。也有报道将复合’材料直接浸入CO2中发泡和利用木纤维中本身的湿气(H2O)作为发泡剂发泡。有实验表明，低的黏度和高的气体浓度是制备高空隙率发

5、泡样品的必然条件。因此选择一种合适的发泡剂不仅可以降低成本，同时也可以增加弹性，减少脆性，降低导热系数，但经过发泡的产品的拉伸强度在一定程度上降低了。1.2植物纤维的填充量及粒径植物纤维的加入量对材料的拉伸强度和弯曲模量影响较大，对冲击强度也有一定的影响，而对密度影响不大。随着植物纤维用量的增加，材料的弯曲强度增加，冲击强度略有减小，拉伸强度先上升后降低。随着植物纤维用量的增加，两者界面结合力减弱，颗粒引起的应力集中及产生缺陷的几率加大，材料受到冲击后不能很好地分散外应力。此外，由于植物纤维填料在进行加热混合时不容易打散，使其不能在塑料基体中均匀地分散，从而影

6、响材料的性能。植物纤维的粒径对材料性能的影响，目前学术界还存有争议。一方面认为随着粒径的减小，复合材料的冲击强度、弯曲强度和弯曲模量的变化均呈上升趋势。因为粒径越小，越容易混合塑炼，同时植物纤维与树脂接触面积增大，使之与基体的结合力增大，从而改善了力学性能。但另一方面认为虽然植物纤维细度越细，均一性越好，但纤维长度和长径比会大大下降。木材的强度主要取决于纤维素，并与纤维素的取向度有关，纤维的取向度越高，强度越好，刚性越强。在木塑材料中，考虑到纤维的长度及取向时，Kelly提出纤维有一个临界长度Lc，小于Lc，应力则无法传递到纤维上，纤维起不到增强的作用。1.3

7、木/塑之间的界面相容性植物纤维与塑料之间的相容性对木塑材料的力学性能有直接的影响。当植物纤维与基体树脂复合时，虽然依靠高速混合得到了宏观上混合均匀的体系，但由于植物纤维上含有很多羟基，使纤维具有很强的吸水性和极性。热塑性塑料基体界面一般是非极性的，因此两者界面相容性很差，微观上呈非均相体系，两相存在十分清晰的界面，粘接力差。当材料受到外部应力时，塑料上受到的应力不易传递到植物纤维上，导致纤维与塑料间的缺陷逐渐扩大，长期以往，纤维易从材料中析出，吸湿而使材料膨胀，使得材料的机械性能和尺寸稳定性变差。通过添加增容剂可以改善相间结构，增强界面的相容性，降低相界面张力

8、，增加相间的粘合强度。然而添加的各种增