強而韌塑木復(fù)合籃球場地板 材料板材性能分析及其制備方法

李小坤

摘 要：文章制備了一種具備堅固延展性的塑木復(fù)合材料板，針對塑木復(fù)合材料板制備的方法及綜合性能展開研究。塑木復(fù)合材料基于自身高韌性與耐磨性適用于制造韌性彈力強度較高的產(chǎn)品，例如：防撞板墻、籃球地板、籃球架板、高價值器械包裝托盤等;塑木復(fù)合材料板由改性木粉、界面膠劑、改性橡膠顆粒、柏油、氧化聚乙烯以及抗氧劑等高分子材料制成，該板材在生產(chǎn)制造中方便快捷、生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)效率極高;與傳統(tǒng)木質(zhì)板材相比，該板材具有原材料豐富、節(jié)能環(huán)保、可重復(fù)利用、成本較低、防蟲蛀、無色差、不掉漆等優(yōu)勢特征;其彎曲性能、蠕變性能、耐磨損性能與傳統(tǒng)木材相比具有顯著優(yōu)勢，更適用于籃球場地地板材料。

關(guān)鍵詞：高延展性;籃球場地;板材性能;新型材料;節(jié)能環(huán)保

中圖分類號：TQ637 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）09-0083-04

Property Analysis and Preparation Method of Strong and Tough Plastic Wood Composite Basketball Court Floor Material Board

Li Xiaokun

（Xi an Traffic Engineering Institute， Xi an 710100， China）

Abstract：This paper prepared a solid and ductile plastic-wood composite board， and carried out research on the preparation method and comprehensive performance of the plastic-wood composite board. Based on its own high toughness and wear resistance， wood-plastic composite material is suitable for manufacturing products with high toughness and elastic strength， such as： anti-collision wall， basketball floor， basketball rack board， high-value equipment packaging tray， etc.; plastic-wood composite board is made of modified wood powder， interface glue， modified rubber particles， asphalt， oxidized polyethylene and antioxidant and other high molecular materials. The board is convenient and fast in production， with continuous production line and high production efficiency; compared with the traditional wood panel， the panel has the advantages of abundant raw materials， energy saving， environmental protection， reusable， low cost， moth proofing， no color difference， no paint; compared with traditional wood， its bending property， creep property and wear resistance have obvious advantages， and it is more suitable for basketball court floor material.

Key words：high ductility; basketball court; plate performance; new materials; energy conservation and environmental protection

0 引言

近年來，以廢塑料、纖維粉等為原料加工生產(chǎn)的一種新型材料-塑木復(fù)合材料，它具備諸多優(yōu)勢特征，例如：原材料豐富、節(jié)能環(huán)保、可重復(fù)利用、成本較低等，同時其也能像普通木材一樣進行加釘切割處理，除此，其還擁有良好防水性能、防蟲性能以及防潮防水等。基于其自身優(yōu)勢特征也被交通運輸、景觀建筑、城市工程等諸多領(lǐng)域應(yīng)用，但是對于某些有特殊要求的產(chǎn)品，例如：防撞板墻、帶籃板的籃球架、有價值的器械包裝托盤等，它們不僅應(yīng)具備十足強度以預(yù)防在撞擊過程中損壞，還應(yīng)具備一定程度彈性與韌性要求，以促成理想使用效果。傳統(tǒng)木材產(chǎn)品容易出現(xiàn)老化破裂現(xiàn)象，且容易被蛀蟲侵蝕，導(dǎo)致木材資源嚴(yán)重浪費;然而，普通的木質(zhì)產(chǎn)品難以同時滿足強度與韌性雙要求，進而限制木質(zhì)產(chǎn)品在某些領(lǐng)域的使用。所以，有必要研發(fā)一種能替代傳統(tǒng)材料的堅韌復(fù)合材料板材，并將其用于制造具有一定特殊要求的產(chǎn)品，例如：防撞墻板、籃球架背板等。

1 原料制備與制備方法

1.1 實驗材料

塑木復(fù)合籃球場地板制備實驗所需材料，如表1所示。

1.2 制備方法

（1）稱取20～30重量的聚乙二醇、4～6重量丁二酸干、8～10重量的乙烯多胺，把丁二酸酐與聚乙二醇均勻融合在一起，隨后在85～90℃環(huán)境中放置3～5h。再將室內(nèi)溫度調(diào)升至110～120℃繼續(xù)放置3～5h，其中將甲苯放入其中進行4～6h化學(xué)反應(yīng)。將乙烯多胺與甲苯放入反應(yīng)溶液中，進行融合反應(yīng)5～6h。將室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)成室溫后再次加入一定重量甲苯，將其在制備溶液中均勻融合，最終得到木粉處理劑[1]。

（2）按照標(biāo)準(zhǔn)重量比稱取木粉與木粉處理劑，并把木粉擱置在固定壓力容器中，并對其進行30min加壓處理。將壓力壓縮到正常環(huán)境壓力放置10min后，再次進行20min加壓處理，如此反復(fù)，直至木粉呈現(xiàn)蓬松狀態(tài)即可;將木粉處理劑灑在木粉體表，放在70～80℃環(huán)境中進行保溫40min，再將溫度將至為室內(nèi)溫度，進行冷卻干燥、過濾，最終得到改性木粉.

（3）將水與甲基丙烯酸羥乙酯均勻融合在一起，經(jīng)二者融合物噴灑在二氧化鈦材料表面，隨之將含有融合物的Ti02放在70℃的環(huán)境中靜置1h。隨后將溫度調(diào)至100℃靜置30min。將室內(nèi)溫度降至正常溫度進行材料冷卻、篩選，最終獲得改性后的納米二氧化鈦。

（4）將改性后的木粉、柏油、界面膠劑、氧化聚乙烯醇多種材料與抗氧劑融合在一起，利用機溶劑將融合后在200℃環(huán)境下進行材料壓縮，最終得到高密度聚乙烯塑木板材粒子。

（5）將塑木板材粒子、橡膠粒子充分融合，利用機溶劑將融合后在175℃環(huán)境下進行材料擠壓，最終形成堅硬且具任性的塑木復(fù)合板材。其最大優(yōu)勢特征為方原材料豐富、便于制造、連續(xù)生產(chǎn)率較高;傳統(tǒng)木材產(chǎn)品容易出現(xiàn)老化破裂現(xiàn)象，且容易被蛀蟲侵蝕，導(dǎo)致木材資源嚴(yán)重浪費;而此具備板材耐腐蝕性強、不易裂開、無顏色差別、不發(fā)生老化現(xiàn)象、不易掉漆、節(jié)約原材料等多種優(yōu)勢特征，其優(yōu)勢遠(yuǎn)大于普通木質(zhì)板材[2]。

2 強而韌塑木復(fù)合籃球場地板材料板材性能研究

2.1 塑木復(fù)合板材彎曲性能

在同一批塑料木地板中隨機選擇六塊板開展靜態(tài)3點彎曲性能破壞測試，測試數(shù)據(jù)如表2所示。試驗結(jié)果表明：法向應(yīng)力離中性軸越遠(yuǎn)，空心型單孔板彎曲性能比實心型單孔板彎曲性能較好。由于塑木地板下半部分有一個半圓形的裂口，中心軸位置會隨之增加，從而導(dǎo)致材料會向最大值發(fā)生變形，彎曲截面系數(shù)也會隨之減小[3];張口式木地板不僅被下拉于表面之下，而其所放置的圓孔頂部也受到相應(yīng)拉力，致使張口彎曲強度變小。所以，就彎曲性能而言，空心型設(shè)計極為合理，依次排序是實心型以及開口型。

2.2 塑木地板蠕變性能

塑木地板蠕變曲線被分為3個階段：第1階段是迅速變形，應(yīng)力隨著變形增加而增加，能夠瞬間發(fā)生材料變形;第2階段是應(yīng)變滯慢階段，在時間不斷增加的基礎(chǔ)上應(yīng)變逐漸緩慢增長，并且?guī)缀跏呛愣ǎ淠軌驅(qū)е虏牧涎舆t變形;第3階段是快速斷裂階段，在該階段，應(yīng)變增長急劇迅速甚至導(dǎo)致板材斷裂。在30%的應(yīng)力要求下，地板材料發(fā)生的應(yīng)變數(shù)值完全相同，這表明最大負(fù)載維持時間對應(yīng)力較低的板材應(yīng)變增長率不會產(chǎn)生影響?；趹?yīng)力上升，在第2階段的應(yīng)變平臺在60%和80%應(yīng)力要求的維護過程中能夠得出[4]：其增長速度隨之時間的長短變化，加載的時間變長應(yīng)變增長的速率就會越快，并且應(yīng)變數(shù)值增加，導(dǎo)致提前進入第3階段經(jīng)歷斷裂過程。以上現(xiàn)象究其原因是在實驗進程后期，最大載荷維持較長時間，塑木地板蠕變相互作用開始出現(xiàn)，并且蠕變作用使塑木復(fù)合材料的塑性變形速度加快，由于在極短時間內(nèi)發(fā)生大量的彎曲變形，導(dǎo)致材料損壞無法使用。

2.3 塑木地板蠕變性能對比

塑木地板應(yīng)變隨著應(yīng)力增加而增加。當(dāng)應(yīng)力水平為80%時，在保持時間內(nèi)的蠕變會使材料塑性變形加速，從而在10min內(nèi)產(chǎn)生1.501%的應(yīng)變變化，并使雙空心板快速斷裂。在相同的應(yīng)力與載荷模式下，空心型應(yīng)變值為最小，其次是實心型與開放型[6]。

2.4 塑木復(fù)合材料抗磨損性能

將未經(jīng)過戶外老化的塑木復(fù)合地板材料與強化地板被鋸成所需標(biāo)準(zhǔn)大小，將其放在同樣環(huán)境中，分別對其抗磨損性能進行測試，測試結(jié)果如表3與圖1所示。

從表3和圖1中能夠得出：磨損轉(zhuǎn)數(shù)相同情況下，WPC的質(zhì)量損失遠(yuǎn)超過強化木地板的質(zhì)量損失。在質(zhì)量損失維度進行比較，塑木復(fù)合材料的抗磨性能不及強化木地板抗磨損性能。耐磨試驗從100r/min至10000r/min，WPC質(zhì)量損失大約為強化木地板質(zhì)量損失的2～10倍[7]。塑木復(fù)合地板材料與強化木地板的質(zhì)量損失與磨損轉(zhuǎn)數(shù)成正比關(guān)系，多數(shù)以線性遞增形式呈現(xiàn)，而塑木復(fù)合地板材料的增加幅度較大。

經(jīng)過試驗效果得知：WPC復(fù)合材料的表面層在經(jīng)歷磨損性能試驗后受到嚴(yán)重?fù)p壞。在200r/min后背景色已完全顯示出來;在800r/min后能夠發(fā)現(xiàn)白色果殼顆粒;6000r/min后清晰看白色果殼顆粒變得逐漸明顯。而經(jīng)過強化作用后的板材在100r/min至10000r/min期間從未顯示底色，表明板材表層防磨紙未受到磨損。在10000r/min后，WPM的磨損深度為0.65mm，經(jīng)過強化作用的板材磨損深度為0.07mm。產(chǎn)生以上現(xiàn)象的重要因素是：強化作用的板材表面覆蓋一層防磨紙，其能夠有效提升板材抗磨損性能;但是，WPC表面尚未進行任何防磨加工。為提升WPC作為重要板材性能，盡管WPC完善尺寸不相符、易彎曲變形等缺點，但仍應(yīng)進一步優(yōu)化其技藝以提升其抗磨損性。

2.5 塑木復(fù)合板材老化性能

室外自然天氣狀況會受紫外線、氣溫以降水等諸多因素影響。在測試過程中，模擬塑木復(fù)合材料在實際運用中的狀態(tài)，并且將一定數(shù)量的樣品自然放置在戶外兩個月以經(jīng)歷風(fēng)吹日曬[8-9]。每15d抽取一批樣品進行實驗，以確定自然氣候變化對其耐磨性產(chǎn)生的影響，詳細(xì)測試數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2所示。

在圖2中能夠看出：WPC復(fù)合材料經(jīng)過室外存放兩個月后，在飽受自然條件影響后，其與未在室外老化的材料相比，耐磨試驗后的質(zhì)量效果更佳。在8000r/min之后的數(shù)據(jù)測試中，質(zhì)量損失略有減少。在100r/min至1000r/min的實驗中，質(zhì)量損失曲線趨于水平，呈現(xiàn)較穩(wěn)定狀態(tài)。在測試中可以看出：在自然氣候環(huán)境下進行為期兩個月的老化實驗對WPC復(fù)合材料的耐磨性幾乎未產(chǎn)生影響[10]。在室外環(huán)境暴露兩個月后，WPC復(fù)合材料在耐磨性測試過程中的質(zhì)量損失并未出現(xiàn)增加現(xiàn)象，并且耐磨性能未受干擾。與未在室外環(huán)境進行老化測試的材料相比，未發(fā)生異常變化。

3 結(jié)語

當(dāng)交變載荷的數(shù)值極限為破壞載荷的70%或55%時，塑木復(fù)合地板材料的疲勞/蠕變斷裂為三階段曲線。隨著載荷保持時間推移，塑木復(fù)合地板材料應(yīng)變增長速率增加，并且其能夠在較短時間內(nèi)快速破裂。當(dāng)交變載荷的最大值為破壞載荷的30%時，塑木復(fù)合地板材料的疲勞/蠕變斷裂為兩段曲線，并且材料最大載荷維持時間對應(yīng)變的增長速率未產(chǎn)生影響。

參考文獻

[1]孔繁旭，鄒超峰，王艷偉，等.熱處理對木材化學(xué)組分及物理力學(xué)性能的影響[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2019，47（01）：9-16.

[2]周永東.進口桃花心木和輻射松木材性質(zhì)及加工技術(shù)研究[J].木材工業(yè)，2019，33（01）：1-4.

[3]于洪亮.體育館用木地板鋪裝方法[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2019，47（04）：47-50.

[4]敖景偉，高水昌，陸旭晨，等.地暖用實木地板生產(chǎn)實踐[J].中國人造板，2019，26（05）：11-15.

[5]陶鑫，吳燕，徐偉，等.石墨烯/酚醛樹脂浸漬改性地采暖地板的制備與表征[J].林業(yè)工程學(xué)報，2019，4（05）：167-173.

[6]王楊林，唐圣奎，左鑼，等.地暖用PVC地板與實木地板的性能對比[J].聚氯乙烯，2019，47（07）：12-16+31.

[7]周洲，蔣興雷，熊俊清，等.軌道車輛用酚醛發(fā)泡地板隔聲特性[J].工程塑料應(yīng)用，2019，47（09）：103-108.

[8]元海廣，袁成龍，孫照斌，等.輻射松改性木材三層實木復(fù)合地板基材性能的研究[J].家具與室內(nèi)裝飾，2019（04）：30-33.

[9]李嘉敏，易欣，王清文.基于擠出成型的塑木家具制造技術(shù)與優(yōu)化設(shè)計[J].林產(chǎn)工業(yè)，2020，57（02）：50-54.

[10]潘明珠，丁春香，張帥，等.塑木復(fù)合材料阻燃研究新進展[J].林業(yè)工程學(xué)報，2020，5（05）：1-12.