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        植物纖維/PVC木塑復(fù)合材料制備及其性能分析

        2019-10-12 10:40:06唐婷何棟
        粘接 2019年8期

        唐婷 何棟

        摘要:木塑復(fù)合材料是一種各項(xiàng)性能都較好的復(fù)合材料,應(yīng)用價(jià)值較高。木塑復(fù)合材料是在助劑的作用下,將塑料和植物纖維混合在一起,然后應(yīng)用相應(yīng)的加工工藝對(duì)其進(jìn)行加工所得到的一種材料。該材料當(dāng)前主要問題就是材料和樹脂基體之間的界面結(jié)合性較差,只有有效提高兩種材料的相容性,才能有效推動(dòng)木塑產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。文章詳盡的分析并探討了植物纖維/PVC木塑復(fù)合材料具體制備流程及其具備的性能。

        關(guān)鍵詞:植物纖維/PVC;木塑復(fù)合材料;制備及性能

        中圖分類號(hào):TQ314

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1001-5922(2019)08-0080-03

        木塑復(fù)合材料是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物,該材料的誕生引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注,尤其是工業(yè)界和科技界。植物纖維和木纖維是木塑復(fù)合材料主要的增強(qiáng)相,熱塑性聚合物為主要的基體相,添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?,根?jù)實(shí)際需求,采取有效的工藝方法制得相應(yīng)的型材。木塑復(fù)合材料屬于環(huán)保型復(fù)合材料,該材料具有較好的環(huán)保性。

        1 木塑復(fù)合材料概述及其研究方法

        木塑復(fù)合材料是近年來新興的復(fù)合材料,該材料的主要原料有2種:塑料和木粉,正是因?yàn)檫@兩種材料使得木塑符合材料兼具兩種原料的優(yōu)點(diǎn),比如因?yàn)橛心痉?,所以木塑?fù)合材料具有較強(qiáng)的木質(zhì)感,另外這種材料的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能都相對(duì)穩(wěn)定,還具有較好的耐水性、耐磨性以及耐化學(xué)腐蝕等,不僅如此,木塑復(fù)合材料修護(hù)要求相對(duì)較低,容易著色,加工更易成型。因?yàn)閼?yīng)用到了塑料作為生產(chǎn)原料,因此該復(fù)核材料在生產(chǎn)過程中可以緩解廢棄塑料所導(dǎo)致的環(huán)境污染問題,另外極大程度的節(jié)省了生產(chǎn)材料,屬于實(shí)用價(jià)值較高的工業(yè)化產(chǎn)品。保證復(fù)合材料性能為基礎(chǔ),為了降低生產(chǎn)成本,在生產(chǎn)過程中可以適當(dāng)?shù)奶砑又参锢w維沖量。在熱塑材料中適當(dāng)?shù)募尤胫参锢w維得到了新型的木塑復(fù)合材料具有較好的環(huán)保性,另外植物纖維的添加有效的強(qiáng)化了該復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì),使得該復(fù)合材料具有更好的硬度的同時(shí),具有了更好的耐腐蝕性和耐水性,所以被廣泛的應(yīng)用到汽車內(nèi)飾以及戶外地板等領(lǐng)域。PVC木塑復(fù)合材料因?yàn)榧婢吣举|(zhì)材料和塑料材料的優(yōu)異性能,因此常備當(dāng)做天然木材的代替品。聚乙烯塑料和木質(zhì)纖維兩者的基體界面嚴(yán)格不相容,適當(dāng)添加偶聯(lián)劑等成分可以對(duì)材料進(jìn)行改性,使得PVC/木質(zhì)纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能得到有效提升的同時(shí),其加工性能也得到了一定的改善。表面活性劑的應(yīng)用也可以改善復(fù)合材料的加工性能和力學(xué)性能。由此得出,在木塑復(fù)合材料中,偶聯(lián)劑的添加對(duì)于改善復(fù)合材料的穩(wěn)定性具有積極的作用。本文研究方法為單因素法,主要探索稻殼粉在木塑復(fù)合材料中的最佳含量,通過適當(dāng)添加偶聯(lián)劑,采取相應(yīng)的工藝方法制作各項(xiàng)性能都相對(duì)較好的PVC木塑復(fù)合材料。

        2 實(shí)驗(yàn)

        2.1 實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)用到的主要原材料

        市售稻殼粉,100目;市售花生殼粉,100目;無水乙醇,要求乙醇濃度需要達(dá)到分析純級(jí)別;硅烷偶聯(lián)劑,KH550。

        2.2 主要設(shè)備及儀器

        制作該復(fù)合材料的過程中需要應(yīng)用到以下設(shè)備:多功能粉碎機(jī):主要用于施原材料的粉碎;電子天平:主要用于各原料的稱量;攪拌機(jī):主要用于原材料的攪拌;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱;平板硫化機(jī);塑料洛氏硬度計(jì);切割機(jī);游標(biāo)卡尺;SANS微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī);簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī);XRD衍射儀。

        2.3 樣品制備

        2.3.1 植物纖維、PVC處理

        將花生殼粉和稻殼粉研碎,研碎應(yīng)用到的設(shè)備為多功能粉碎機(jī),然后將其放在干燥箱中,以80℃的恒溫對(duì)其進(jìn)行燥,干燥時(shí)間為12h;制作完成的木塑符合材料粉末需要放置在干燥箱進(jìn)行干燥,控制溫度為70℃,干燥時(shí)間為5h。

        2.3.2 高速混合

        嚴(yán)格按相應(yīng)的比率將原材料和偶聯(lián)劑加入到攪拌設(shè)備中,混合3min,首先在低溫下對(duì)原材料進(jìn)行混合,然后在高溫下對(duì)原材料進(jìn)行混合。

        2.3.3 熱壓成型

        將混料置于壓模模具中,為了避免材料脫模,在磨具板兩側(cè)需要放置錫紙薄膜,將混合料裝好后,放在平板硫化機(jī),以150-160℃的恒溫對(duì)其進(jìn)行預(yù)壓,預(yù)壓時(shí)間為lOmin,控制壓強(qiáng)強(qiáng)度為6MPa條,保壓3次,每次保壓時(shí)間約為5min,冷卻3h至室溫脫模。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 PVC木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能和植物纖維種類及含量之間的關(guān)系

        上述圖1、圖2證明,稻殼的添加量和稻殼粉填充PVC木塑復(fù)合材料的洛氏硬度值之間具有一定的關(guān)系,隨著稻殼填充量的增加,復(fù)合材料的洛氏硬度值先減少,降到最低后再逐漸增加。如果從理論分析,在復(fù)合材料中,植物纖維含量越多,其洛氏硬度越小,但是如果復(fù)合材料中所含有的稻殼粉含量為20%-40%時(shí),植物纖維含量提高,一旦加熱,那么復(fù)合材料的粘性就會(huì)增加,內(nèi)部的氣體不容易排出,即使成型,內(nèi)部結(jié)構(gòu)也存在很多的小氣孔,使得復(fù)合材料的實(shí)際硬度值和理論值相比要小。而應(yīng)用花生殼粉進(jìn)行填充所得到的PVC木塑復(fù)合材料,如果花生殼粉的含量為20%-50%,那么該復(fù)合材料的洛氏硬度值通常不會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)榛ㄉ鷼し塾行屋^大,在加熱的條件下,粘性更大,這就是花生殼粉填充所得到的PVC木塑復(fù)合材料的洛氏硬度通常不會(huì)有明顯變化的主要原因。隨著稻殼粉填充量的不斷早呢更加,如果復(fù)合材料中稻殼粉的含量為20%-40%時(shí),PVC木塑復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度有增加的趨勢(shì),如果復(fù)合材料中稻殼粉的含量為40%時(shí),木塑復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大,然后如果再繼續(xù)添加稻殼粉含量,復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)降低趨勢(shì)。通過對(duì)圖2進(jìn)行研究和分析可以得出,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和稻殼粉含量之間開始呈反比例關(guān)系,在稻殼粉填充量達(dá)到30%-40%時(shí)。下降的速度最快,這時(shí)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大,為39.91MPa。

        3.2 偶聯(lián)劑對(duì)植物纖維//PVC木塑復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

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