WPC木塑复合材料的制备及其性能的研究文档623.docVIP

1.1 概述 塑料作为一种新型材料在上个世纪五十年代商业化以后，逐渐在机械、电子、交通工具、家用电器和日常生活中得到广泛应用。但人们在使用塑料制品的同时，塑料废弃物的问题越来越引起人们的注意。塑料产品在现代产量很高，但是大多数是不具有可降解性。我国的塑料产品在市场生存后只有30％ 近年来木塑复合材料引起了科技界和工业界的极大关注，其原因是世界上大多数国家因乱砍滥伐造成森林资源缺乏，木材的供应量减少。人们已经认识到森林在保护环境，维持生态平衡中的重要作用，很多国家都已明令禁止森林的砍伐，随着经济的发展，木材的需求量又在不断增加；同时木材的综合使用率相当低，浪费较大，尤其在我国，仅废弃的木屑每年就有200万吨左右，造成一定程度的环境污染[1]。因此，自七十年代以来，高分子材料科技工作者及工业界一直在作不懈的努力，进行“以塑代木”的研究和开发工作。 木塑复合材料(Wood-plastic composites，WPC)是用木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料，经挤出或压制成型为型材、板材或其他制品，替代木材和塑料制品[2]。木纤维塑料配混料研究己有80多年历史，但一直未能工业化，直到上世纪九十年代初，才有很少量用于低值的吸声制品。由于环境观念的加强，美国建筑工业开始寻找木材的替代材料(不腐蚀、不翘曲、维修方便，外观与木材相似)，而韩国和日本的纸张和木材加工厂对锯木粉、废木屑等废料的充分利用，都推动和加速了WPC的研究和应用开发。把木粉填充配混料加工成建筑和结构用型材是目前挤出行业应用最活跃的，新的应用开发也层出不穷，然而尽管木纤维塑料配混料已有几十年的研究历史，但由于WPC巨大的潜在应用市场，因此正受到人们普遍关注。不少国家投入力量加快开发和应用步伐，尤其是型材的生产，被称为是一个“热门市场”[3,4]。 木纤维有废木粉、刨花、锯木、植物纤维为粉碎处理过的稻杆、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、泽麻、黄麻、大麻等。热塑性塑料主要为PE，PP，PS和PVC，包括新料、回收料和二者混合料[5]。木塑复合材料的结构可以看作热塑性塑料充当连续相(软段)，不可塑的木粉充当分散相(硬段)从而形成两相结构，两相问经过化学手段(接枝、偶联等)有机地结合，使得木塑复合材料兼具塑料和木材的双重特性，具有塑料的耐水、防腐、抗病虫害[6]、易着色等优势，更有木质的感观，并可像木材一样进行切、削、钻、钉、刨等二次加工。 1. 2 木塑复合材料的特性 木纤维和植物纤维最初作为低成本、提高塑料刚性的改性填充材料，木塑材料可充分利用资源，而且可回收利用，而材料能否回收利用已成为工业界选材的重要考虑因素，因而前景看好[7]。木塑复合材料的主要特性可归结如下： (1)耐用、寿命长，有类似木质外观，比塑料硬度高，无甲醛等有害气体释放； (2)具有优良的物理性能，比木材尺寸稳定性好，不会产生裂缝、翘曲、无木材节疤、斜纹，加入着色剂、覆膜或复合表层可制成色彩绚丽的各种制品； (3)机械性能好，有类似木材的二次加工性，可切割、粘接，用钉子或螺栓连接固定，可涂漆，产品规格形状可根据用户要求调整，灵活性大； (4)具有良好的热塑性塑料的加工性，容易成型，用一般塑料加工设备或稍加改造后便可进行成型加工，加工设备新投入资金少，便于推广应用[8]； (5)化学性能好，耐酸碱、耐化学品、耐盐水性好，可以在低温下使用，不会吸湿变形； (6)能重复使用和回收再利用，利于保护环境[9]； (7)维修费用低。缺点是韧性低于塑料母体树脂，加工设备、下游装置、模具均需作相应调整和改造。木塑复合材料是一种应用广泛、附加值高的新型环境友好材料，它是现代材料工业发展的主要方向之一[10]。 1. 3 木塑复合材料的加工工艺 1.3.1 原料 WPC的主要成分有4种：(1)热塑性塑料；(2)木材纤维／木粉／N花；(3)相容剂；(4)添加剂[11]。 热塑性塑料具有受热熔融，冷却固化的特点，循环使用对其性能影响不大。在限定的加热温度范围之内，这个过程可以被重复很多次，因此近年来国际上着重研究用热塑性塑料作为WPC的原料。在这些热塑性塑料中，主要用PE, PP，PVC和PS等熔融温度低于200oC的塑料和木材进行复合[12]。这是因为大多数木材纤维的降解温度在200oC以下，超过此温度，木纤维的强度将因降解而下降。 木材与塑料复合时，它们的形状、大小、树种对复合材料强度均有影响。其中，纤维状包日花的增强作用最好，它增强了塑料的强度，使复合材料成为一个不可分割的垫子，从而更好地保留了塑料和木材的原始特征。木材纤维的增强作用次之，最后是木粉。目前木粉／刨花／木材纤维的常用大小为20-400目。树种对复合材料的强度影响不是很大，主要的区别在于阔叶材和针叶材，一般由阔叶材所得到的木粉／木材纤维／刨花的复合材料的强度要大