植物纖維/PVC木塑復合材料制備及其性能分析

唐婷 何棟

摘要：木塑復合材料是一種各項性能都較好的復合材料，應用價值較高。木塑復合材料是在助劑的作用下，將塑料和植物纖維混合在一起，然后應用相應的加工工藝對其進行加工所得到的一種材料。該材料當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，才能有效推動木塑產(chǎn)業(yè)的進步。文章詳盡的分析并探討了植物纖維/PVC木塑復合材料具體制備流程及其具備的性能。

關鍵詞：植物纖維/PVC;木塑復合材料;制備及性能

中圖分類號：TQ314

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2019）08-0080-03

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

1 木塑復合材料概述及其研究方法

木塑復合材料是近年來新興的復合材料，該材料的主要原料有2種：塑料和木粉，正是因為這兩種材料使得木塑符合材料兼具兩種原料的優(yōu)點，比如因為有木粉，所以木塑復合材料具有較強的木質(zhì)感，另外這種材料的尺寸穩(wěn)定性和力學性能都相對穩(wěn)定，還具有較好的耐水性、耐磨性以及耐化學腐蝕等，不僅如此，木塑復合材料修護要求相對較低，容易著色，加工更易成型。因為應用到了塑料作為生產(chǎn)原料，因此該復核材料在生產(chǎn)過程中可以緩解廢棄塑料所導致的環(huán)境污染問題，另外極大程度的節(jié)省了生產(chǎn)材料，屬于實用價值較高的工業(yè)化產(chǎn)品。保證復合材料性能為基礎，為了降低生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)過程中可以適當?shù)奶砑又参锢w維沖量。在熱塑材料中適當?shù)募尤胫参锢w維得到了新型的木塑復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化了該復合材料的優(yōu)勢，使得該復合材料具有更好的硬度的同時，具有了更好的耐腐蝕性和耐水性，所以被廣泛的應用到汽車內(nèi)飾以及戶外地板等領域。PVC木塑復合材料因為兼具木質(zhì)材料和塑料材料的優(yōu)異性能，因此常備當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格不相容，適當添加偶聯(lián)劑等成分可以對材料進行改性，使得PVC/木質(zhì)纖維復合材料的力學性能得到有效提升的同時，其加工性能也得到了一定的改善。表面活性劑的應用也可以改善復合材料的加工性能和力學性能。由此得出，在木塑復合材料中，偶聯(lián)劑的添加對于改善復合材料的穩(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合材料中的最佳含量，通過適當添加偶聯(lián)劑，采取相應的工藝方法制作各項性能都相對較好的PVC木塑復合材料。

2 實驗

2.1 實驗過程中應用到的主要原材料

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到分析純級別;硅烷偶聯(lián)劑，KH550。

2.2 主要設備及儀器

制作該復合材料的過程中需要應用到以下設備：多功能粉碎機：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：主要用于原材料的攪拌;電熱恒溫鼓風干燥箱;平板硫化機;塑料洛氏硬度計;切割機;游標卡尺;SANS微機控制電子萬能試驗機;簡支梁沖擊試驗機;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，研碎應用到的設備為多功能粉碎機，然后將其放在干燥箱中，以80℃的恒溫對其進行燥，干燥時間為12h;制作完成的木塑符合材料粉末需要放置在干燥箱進行干燥，控制溫度為70℃，干燥時間為5h。

2.3.2 高速混合

嚴格按相應的比率將原材料和偶聯(lián)劑加入到攪拌設備中，混合3min，首先在低溫下對原材料進行混合，然后在高溫下對原材料進行混合。

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，以150-160℃的恒溫對其進行預壓，預壓時間為lOmin，控制壓強強度為6MPa條，保壓3次，每次保壓時間約為5min，冷卻3h至室溫脫模。

3 結(jié)果與討論

3.1 PVC木塑復合材料的力學性能和植物纖維種類及含量之間的關系

上述圖1、圖2證明，稻殼的添加量和稻殼粉填充PVC木塑復合材料的洛氏硬度值之間具有一定的關系，隨著稻殼填充量的增加，復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，在復合材料中，植物纖維含量越多，其洛氏硬度越小，但是如果復合材料中所含有的稻殼粉含量為20%-40%時，植物纖維含量提高，一旦加熱，那么復合材料的粘性就會增加，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，使得復合材料的實際硬度值和理論值相比要小。而應用花生殼粉進行填充所得到的PVC木塑復合材料，如果花生殼粉的含量為20%-50%，那么該復合材料的洛氏硬度值通常不會出現(xiàn)明顯的變化。導致這一現(xiàn)象的主要原因是因為花生殼粉有形較大，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木塑復合材料的洛氏硬度通常不會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，如果復合材料中稻殼粉的含量為20%-40%時，PVC木塑復合材料的沖擊強度有增加的趨勢，如果復合材料中稻殼粉的含量為40%時，木塑復合材料的沖擊強度達到最大，然后如果再繼續(xù)添加稻殼粉含量，復合材料的沖擊強度就會出現(xiàn)降低趨勢。通過對圖2進行研究和分析可以得出，復合材料的拉伸強度和稻殼粉含量之間開始呈反比例關系，在稻殼粉填充量達到30%-40%時。下降的速度最快，這時復合材料的拉伸強度達到最大，為39.91MPa。

3.2 偶聯(lián)劑對植物纖維//PVC木塑復合材料力學性能的影響