不同树脂基木塑复合材料的性能对比

1、不同树脂基木塑复合材料的性能对比摘要：由于木塑复合材料中所用的木质纤维填料一般只能承受200加工温度，因此，木塑复合材料一般采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等加工温度较低的热塑性树脂。基体树脂类型不同时，木塑复合材料的性能差异较大。本文初步研究了基体树脂类型及木质纤维类型对木塑复合材料制品性能的影响规律，这对人们根据制品的应用领域舍理地选择基体树脂和木质纤维具有一定的参考价值。前言从广义上讲，木塑复合材料(woodplastic cornposite，WPC)泛指任何含有木质材料与热固性塑料或热塑性塑料的材料。其中热固性塑料包括环氧树脂、酚醛树脂等；而热塑性塑料则包括聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等 。

2、通常由于木质纤维的热稳定性有限(一般不超过200 oC)，目前木塑复合材料所采用的基体树脂一般仅限于加工温度不高于200 oC的各种热塑性塑料。迄今为止，国内生产的木塑复合材料采用最多的基体树脂是聚乙烯，部分采用的是聚氯乙烯，其它树脂品种在木塑复合材料生产中的应用则较少。木塑复合材料中采用的木质纤维包括废木粉、刨花、锯木、稻草、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、泽麻、黄麻、大麻等植物纤维或其粉体。但迄今为止，由于原材料来源、价格等因素的限制，国内生产的木塑复合材料采用最多的木质纤维主要限于木粉和稻糠等少数几个品种，其它木质纤维的相关研究报道不多，在实际生产中的应用则更少。众所周知，木塑复合材料的性能

3、与基体树脂、木质纤维、添加剂以及成型加工工艺等诸因素有关 ，对比研究基体树脂对木塑复合材料性能的影响规律，对木塑复合材料在应用中的合理选材具有重要的参考价值。本文采用3种较为常见的基体树脂和5种不同的木质纤维制备木塑复合材料样品，并对其物理机械性能进行对比分析，以期供业内同行参考。l 实验11 主要原材料高密度聚乙烯，6100M，燕山石化公司，MI=013 g10 min；聚丙烯，K8303，燕山石化公司，MI= 200 g10 min；聚氯乙烯，SG一5，齐鲁石化公司；稻糠粉，80120目，江苏无锡；松木粉，80120目，北京；竹粉，80120目，安徽广德；稻草纤维，纤维状(经表面处理)，安

4、徽合肥；麦秸纤维，纤维状(经表面处理)，安徽合肥。12主要仪器设备SHL一10型实验用高速混合机，江苏省张家港市轻工机械厂；SK160一B型电加热双辊炼塑机，上海第一橡胶机械厂；QLBD 025MN型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂；RG2000100型微机控制万能材料试验机，深圳市瑞格尔仪器(制造)有限公司；XJJ一5型简支梁冲击试验机，承德金建检测仪器有限公司。13试样制备工艺131 工艺流程原料预处理一一配方称量一一高搅混料一一热双辊塑炼一压片制样一一性能测试132 物料混合工艺将PE树脂和各种助剂按配方比例一次加入到高速混合机中，高速混合8min，出料待用。133塑化混合工艺先将双辊炼塑

5、机辊筒温度预热至(185±5) ，调好辊距；将混合好的物料通过热双辊的加热和剪切作用使物料塑化、混合，混炼总时间控制在810 min。134 压片制样在平板硫化机上将压片模具预热至1 80 oC，将炼塑好的物料趁热放入模具，在10 MPa压力下热压5 min，再冷却定型20 min，制成4 mm厚的板材，再用制样机按标准制备样条。14 性能测试141 拉伸性能参照标准GBT 10401992。量程为05000 N，标距50 mm，大变形传感器，试验速率20mmmin。142 弯曲性能参照标准GBT 93412000。量程为05 000N，跨度64 mm，绝对位移传感器，试验速率2 m

6、mmin，规定挠度15 d。143 冲击性能参照标准GBT 10431993。A型铣缺口，测试量程005 J。144 热变形温度参照标准GBT 16341979。最大弯曲正应力045 MPa，升温速率12 oC6min。2 结果与讨论21 HDPE基木塑复合材料的性能采用相同的试验配方和相同的加工工艺条件，采用5种不同的木质纤维(其质量分数均为50 )，分别制备5种不同的HDPE基木塑复合材料样品，其性能参数，如表1所示。从表1可见，由5种不同的木质纤维制备的HDPE基木塑复合材料的物理机械性能较为接近，其拉伸强度为1924 MPa，弯曲强度为3336MPa，缺口冲击强度(一20 oC)为40

7、50 kJm 。从表1也可看出，由于稻草纤维和麦秸纤维本身的刚性较低，由这两种农业秸秆纤维制备的木塑复合材料的弯曲模量明显偏低，但这种材料的热变形温度却较高。22 PP基木塑复合材料的性能采用相同的试验配方和相同的加工工艺条件，采用5种不同的木质纤维(其质量分数均为50)，分别制备5种不同的PP基木塑复合材料样品，其性能参数，如表2所示。从表2可见，由5种不同的木质纤维制备的PP基木塑复合材料中，采用竹粉时所得材料的物理机械性能最好，其次是采用稻草纤维和麦秸纤维的复合材料。但总体而言，采用不同的木质纤维制备的PP基木塑复合材料的性能差异也不大，其拉伸强度一般为1622 MPa，弯曲强度为304

8、1MPa，弯曲模量为2228 GPa，缺口冲击强度(一18)为2534 kJm ，热变形温度为126145 oC。一23 PVC基木塑复合材料的性能采用相同的试验配方和相同的加工工艺条件，采用5种不同的木质纤维(其质量分数均为50)，分别制备5种不同的PVC基木塑复合材料样品，其性能参数，如表3所示。从表3可见，由5种不同木质纤维制备的PVC基木塑复合材料的物理机械性也十分接近，其拉伸强度为1627 MPa(采用木粉的复合材料拉伸强度最高)，弯曲强度为4453 MPa，弯曲模量为31 43 GPa，缺口冲击强度(一18oC)为3442kJm 。热变形温度为7477 。24不同树脂基木塑复合材料

9、的性能对比木质纤维的质量分数均为50 ，制备PE、PP、PVC基木塑复合材料，其性能参数，如表4所示。由表4可见，几种木塑复合材料的密度比例为P(PE基)：P(PP基)：P(PVC基)=100：096：123。由于所用材料配方的成本比例为PE基：PP基：PVC基=100：100：076，因此，可推算出以三种复合材料制造的产品的体积成本比例为PE基：PP基：PVC基=100：096：093。由此可见，PVC基木塑复合材料的成本最低，PP基次之，PE基木塑复合材料的成本相对最高。PVC基木塑复合材料的拉伸强度、弯曲强度均高于PE及PP基木塑复合材料的，但其热变型温度最低。由此可见，在制备耐热性能要

10、求不高的木塑复合制品时(如室内装饰线条等)，可优先考虑采用PVC作为基体树脂，其制品综合性能较好，而成本则较低。PP基木塑复合材料的拉伸强度、弯曲强度等性能指标与PE基的相近，而热变形温度最高(可达135 以上)。因此，若制备耐热性能要求较高的木塑复合制品时(如南方地区户使用的各类承重结构部件等)，可优先考虑采用PP作为基体树脂。PE基木塑复合材料除了其抗冲击性能较PP、PVC基木塑复合材料有一定优势外(当然后两种材料也可通过改性在一定程度上弥补这一缺陷)，其弯曲刚性明显小于PP及PVC基木塑复合材料的；热变形温度则远不如PP基木塑复合材料的，加之其材料相对成本较高，因此，我们认为PE在许多场合不应作为木塑复合制品的首选树脂。目前国内生产的木塑复合制品大部分采用HDPE，由上述分析来看是不恰当的。在实际应用中，PE基木塑复合制品(如户外地板、公园座椅等)也确实存在较为严重的蠕变问题 ，这可能与其弯曲刚性较