工藝對(duì)輕質(zhì)木塑復(fù)合材料性能的影響研究

田園（西南石油大學(xué),四川 成都 610500）

工藝對(duì)輕質(zhì)木塑復(fù)合材料性能的影響研究

田園（西南石油大學(xué),四川 成都 610500）

木塑復(fù)合材料作為一種新型綠色環(huán)保復(fù)合材料，其主要原材料成分為木纖維等植物纖維，是通過相應(yīng)處理后使其與一系列熱塑性聚合物或其他材料經(jīng)由各種復(fù)合途徑制備而成的。文章選取主要原料木粉、廢HDPE以及擠出成型的制備型材，研究三種不同工藝對(duì)輕質(zhì)木塑復(fù)合材料性能的影響，經(jīng)由加工性能、材料性能測(cè)試分析，結(jié)果得出：木塑復(fù)合材料性能會(huì)受到不同工藝一定程度影響，第三種工藝在塑化時(shí)間、擠出線速、熔體壓力等方面，相較于第一種工藝、第二種工藝工藝要更優(yōu)，旨在為如何促進(jìn)木塑復(fù)合材料加工有序開展研究適用提供一些思路。

工藝；木塑復(fù)合材料；性能；影響

木塑復(fù)合材料（wood-plastic composites，WPC）作為一種新型綠色環(huán)保材料，已然發(fā)展成取代木材、木質(zhì)材料的新寵，并在室內(nèi)外建筑、裝修、包裝等領(lǐng)域得到廣泛推廣，由此一方面可促進(jìn)消除越來越嚴(yán)峻的木材供需矛盾，一方面可促進(jìn)解決木材、塑料領(lǐng)域廢棄資源再生利用等問題，所以有著極為可觀的發(fā)展前景[1]。WPC是以木質(zhì)纖維、樹脂基體共混形成的，由此使得其同時(shí)具備了兩者的相關(guān)特性，主要表現(xiàn)為：1）物理性能良好，WPC有著與硬木差不多的抗彎曲、抗壓等物理性能，且耐用性顯著優(yōu)于常規(guī)木質(zhì)材料；2）可加工性，WPC相較于塑料制品有著更好的剛性、更高的硬度，同時(shí)還同時(shí)具備木材二次加工特性及熱塑性塑料的可加工性；3）可調(diào)整性，通過在WPC中添加多種不同的助劑，可達(dá)成對(duì)塑料發(fā)泡、聚合及改性等的處理，由此便可進(jìn)一步調(diào)整WPC的密度、機(jī)械性能等，此外還可調(diào)整WPC新的性能以滿足不同特殊要求，好比阻燃性、抗靜電性以及抗衰老性等等；4）原料豐富，WPC生產(chǎn)原料多種多樣，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，木粉多選取相關(guān)木制產(chǎn)品下腳料，此外還要添加適量加工助劑等，物質(zhì)可變廢為寶[2]。如何生產(chǎn)出產(chǎn)品質(zhì)量可靠及優(yōu)化木塑復(fù)合材料使用性能，推動(dòng)其進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用，已然轉(zhuǎn)變成當(dāng)前研究開發(fā)的重點(diǎn)。由此可見，對(duì)工藝對(duì)輕質(zhì)木塑復(fù)合材料性能的影響開展研究，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

（1）材料。木粉、廢HDPE、MAPE、潤(rùn)滑劑等均為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

（2）儀器設(shè)備。CMT6503電子萬能試驗(yàn)機(jī)：深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司；SJSZ-65錐形雙螺桿擠出機(jī)：青島威爾塑料機(jī)械有限公式；JSM-7500F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡：日本電子公司；SWMSZ-75同向平行雙螺桿擠出機(jī)：南京賽旺科技發(fā)展有限公司；落錘試驗(yàn)機(jī)：深圳市萬測(cè)集團(tuán)。

（3）試樣制備。①第一種工藝，經(jīng)干燥處理后的木粉、塑料于高速混合機(jī)內(nèi)開展混合，加入加工助劑，混合均勻后冷卻，選取SJSZ-65錐形雙螺桿擠出機(jī)開展型材生產(chǎn)。②第二種工藝，經(jīng)干燥處理后的木粉、塑料于高速混合機(jī)內(nèi)開展混合，加入加工助劑，混合均勻完畢，選取SWMSZ-75同向平行雙螺桿擠出機(jī)開展造粒，造粒料選取SJSZ-65錐形雙螺桿擠出機(jī)開展型材生產(chǎn)。③第三種工藝，將木粉、塑料開展混合，加入相容劑、抗氧劑及相應(yīng)潤(rùn)滑劑等，混合均勻完畢，選取同向平行雙螺桿擠出機(jī)開展造粒，期間加入適量的潤(rùn)滑劑開展混合，混合均勻后選取SJSZ-65錐形雙螺桿擠出機(jī)開展型材生產(chǎn)。

（4）性能測(cè)試。

依據(jù)ASTM D6109-2005標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)四點(diǎn)彎曲性能開展測(cè)試；依據(jù)ASTM D4495-00標(biāo)準(zhǔn)對(duì)落錘沖擊性能開展測(cè)試；加工流變性能，選取轉(zhuǎn)矩流變儀開展測(cè)試，溫度控制在150℃，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制在25r/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種工藝對(duì)加工性能的影響

在同種溫度、主機(jī)轉(zhuǎn)速情況下，對(duì)于熔體壓力、系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩而言，第一種工藝最大，第三種工藝第二，第二種工藝最??；對(duì)于型材外觀而言：第二種工藝、第三種工藝所產(chǎn)出的型材表層光滑，第一種工藝所產(chǎn)出型材表層存在少許的裂紋；擠出線速方面，第三種工藝為第一種工藝的1.86倍，為第二種工藝的1.33倍，見表1。

表1 三種工藝對(duì)加工性能的影響

對(duì)三種工藝物料流變性能進(jìn)行比較，第一種工藝平衡時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)，達(dá)到3.31min，并且第一種工藝平衡扭矩同樣為最高值，達(dá)到9.41Nm，由此表示物料表觀粘度相對(duì)大，流動(dòng)性不足，型材生產(chǎn)緩慢；第二種工藝平衡時(shí)長(zhǎng)2.39min，平衡扭矩4.37Nm，由此表示造粒完畢后，物料塑化迅速，具備良好的流動(dòng)性；第三種工藝平衡時(shí)長(zhǎng)1.88min，平衡扭矩8.19Nm，由此表示進(jìn)行兩次潤(rùn)滑劑添加，造粒完畢加入的潤(rùn)滑劑損耗低，使得塑化加快，達(dá)到了有效潤(rùn)滑的目的，而平衡扭矩較第二種工藝更高，原因是在造粒期間，受加工助劑相互副反應(yīng)低影響，使得塑料基本與木粉結(jié)合力得以提升，熔體壓力升高，同樣是提升擠出線速及改善型材物理機(jī)械性能的重要前提[3]。

2.2 三種工藝對(duì)材料性能的影響

三種工藝對(duì)材料性能的影響，見表2。結(jié)合表中數(shù)據(jù)對(duì)比可得知，對(duì)于材料彎曲性能而言，彎曲強(qiáng)度第二種工藝是第一種工藝的1.18倍，第三種工藝是第二種工藝的1.18倍，彎曲模量同樣存在相應(yīng)的轉(zhuǎn)變趨勢(shì)。落錘沖擊高度方面，第三種工藝最高，為700mm；第二種工藝次之，為550mm；第一種工藝最低，為450mm。結(jié)合上述數(shù)據(jù)對(duì)比可得出，第三種工藝性能最佳，第一種工藝性能最差，這是由于第一種工藝物料經(jīng)由攪拌后，物料中木粉之間的結(jié)合水還未能全部排出，物料水分超過2.0%，木粉、塑料相互界面結(jié)合力不足，物料與機(jī)筒、螺桿的剪切力不足，木粉無法在塑料基體中均勻分散，然后錐形擠出機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度較慢，極易引發(fā)木粉聚集在一起的不足，由此同樣會(huì)使得形成表層產(chǎn)生裂紋。

對(duì)于第二種工藝而言，物料混合完畢再開展造粒，基于強(qiáng)勁作用力條件下，使物料中結(jié)合水極大程度排出，促進(jìn)木粉在塑料基體中均勻分散，再加上木粉表層羥基與MAPE酯基形成反應(yīng)，進(jìn)而使界面結(jié)合力得以改良。因此，一旦復(fù)合材料受到來源于外界的作用力，塑料基體可較好地經(jīng)由相互界面將其傳輸至木粉，材料彎曲性能得以提升。

對(duì)于第三種工藝而言，通過采取不同步驟加入相應(yīng)數(shù)量潤(rùn)滑劑的方式，潤(rùn)滑劑中包括適量的硬脂酸類外潤(rùn)滑劑，在混合期間水分作用下，使MAPE形成MAH，在與硬脂酸類潤(rùn)滑劑形成反應(yīng)，由此使得木粉、塑料相互界面結(jié)合力下降。在混料過程中加入適量潤(rùn)滑劑以提供造粒期間剪切、分散所需，和第二種工藝比較，界面結(jié)合力顯著升高，復(fù)合材料性能顯著改善。造粒完畢再加入潤(rùn)滑劑，從而確保型材擠出表層光滑度，改善擠出線速、型材性能穩(wěn)定性。

表2 三種工藝對(duì)材料性能的影響

3 結(jié)語

木塑復(fù)合材料性能會(huì)受到不同工藝一定程度影響，第三種工藝在塑化時(shí)間、擠出線速、熔體壓力等方面，相較于第一種工藝、第二種工藝工藝要更優(yōu)。和第一種工藝、第二種工藝相比較，第三種工藝可顯著改善木塑復(fù)合材料彎曲性能、落錘沖擊強(qiáng)度。

[1]陳燦成，林卓輝.生產(chǎn)工藝對(duì)PE基木塑復(fù)合材料性能的影響[J].廣東化工，2015，42（03）：144－145.

[2]Muasher M，Sain M.The efficacy of photostabilizers on the color change of wood filled plastic composites[J].Polymer Degrada?tion and Stability，2006，13（91）：1156－1165.

[3]于艷濱，唐躍，姜蔚.木塑復(fù)合材料成型工藝及影響因素的研究[J].工程塑料應(yīng)用，2008，36（11）：36－40.

研究方向：材料科學(xué)與工程（腐蝕及防護(hù)方向）

田園（1992-），男，四川南充，漢族，本科，西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院