近年來,全球的森林資源日趨枯竭,減少利用新木材的呼聲日趨高漲,回收利用低成本的廢舊木材和塑料已經成為工業界和科學界普遍關注的問題。木塑復合材料是近年來環保復合材料的研究重點,具有廣闊的市場和應用前景。 1 木塑復合材料的特點
木塑復合材料是將植物纖維和塑料有機結合,兼顧了植物纖維和塑料的雙重特性。木塑復合材料的主要特點可歸結為:耐用、壽命長,有類似木質外觀,比塑料硬度高;比木材穩定性好,不會產生裂縫、翹曲,無木材節疤、斜紋,具有優良的物理性能;具有熱塑性塑料的加工性,容易成型,可用一般的塑料加工工藝進行成型加工,設備投資少,便于推廣應用;有類似于木材的二次加工性,可鋸、可刨、粘接、用釘子或螺栓連接固定;可涂漆,產品規格外形可根據用戶要求調整,靈活性大;不怕蟲蛀、耐老化、耐腐蝕、吸水性小,不會吸濕變形;能重復使用或回收再利用,也可生物降解,環境友好。 2 木塑復合材料的研究概況
木纖維材料與熱塑性聚合物的復合還存在許多問題,由于木纖維中含有大量的極性羥基、酚羥基、纖維素等極性官能團,與非極性的樹脂的相容性差,從而影響木塑復合材料的綜合性能。因此,研究木塑復合材料的重點和難點是提高木塑復合材料的界面相容性。其中,聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)基等木塑復合材料是重點研究對象。
2.1 PE基木塑復合材料
Qingxiu Li等研究了偶聯劑種類及基礎樹脂種類對高密度聚乙烯(HDPE)/木粉復合材料的拉伸性能、彎曲性能的影響。實驗結果表明:隨著偶聯劑的加入,HDPE/木粉復合材料的彎曲強度、拉伸強度有顯著提高,功能性單體種類和基礎樹脂種類對復合材料的力學性能都有影響;馬來酸酐比丙烯酸增容效果好,馬來酸酐接枝聚乙烯(MA-PE)比馬來酸酐接枝聚丙烯(MA-PP)增容效果更加明顯,馬來酸酐接枝聚乙烯(MA-PE)可以有效提高復合材料的斷裂伸長率;隨著MA-PE加入量的增加,材料的拉伸模量沒有明顯改變,而彎曲模量卻有明顯增加。
Norma研究了在擠出機中有過氧化物存在的條件下,在線性低密度聚乙烯(LLDPE)上接枝馬來酸酐,與未處理的木粉復合,制得木塑復合材料。實驗結果表明,改性LLDPE的結晶度下降,隨著木粉的加入結晶度又有所增加,復合材料的拉伸強度、延展性和耐蠕變性能都因為接枝馬來酸酐而有一定程度的提高。
朱曉群等用木粉與高密度聚乙烯(HDPE)復合制備木塑復合材料,考察了木粉含量、粒度、界面相容劑用量對復合材料的力學性能和流動性能的影響。結果表明,復合材料的彎曲強度隨木粉含量的增加而提高,沖擊強度隨木粉含量的增加而下降;彎曲強度隨木粉粒度的減小顯著降低,而沖擊強度隨木粉粒度的減小先升高后降低;界面相容劑能有效改善性能。
Bengtsson等采用一步法在擠出機上以過氧化二異丙苯(DCP)作為自由基引發劑將乙烯基三甲氧基硅烷接枝到PE上,同時通過自由基反應、縮合反應、氫鍵與木纖維結合,在PE與木纖維之間形成交聯網絡,提高了復合材料的韌性并改善了其蠕變行為。
Lu等研究了7種不同偶聯劑及其濃度對木纖維/高密度聚乙烯(HDPE)復合材料的影響。結果表明,復合材料的彈性模量隨加入偶聯劑濃度的增加先增大后減小,在3%處達到最大值;酸值、相對分子質量、濃度是3個最主要的影響因素;偶聯劑的分子骨架結構也能影響木塑界面結合力。
LiTQ等考察了不同潤滑劑對木粉/HDPE復合材料流動性能的影響。研究表明,酯類潤滑劑不僅能提高木粉在基體中的分散性,還能夠起到很好的外部增塑效果。同時還發現,酯類潤滑劑和馬來酸酐接枝聚乙烯(MAPE)在提高復合材料力學性能方面有很好的協同效果,在增塑方面,一是外增塑,二是內增塑,兩者互不干涉。
涂芳等用模壓法制備了甘蔗渣/LDPE發泡復合材料,考察了發泡劑用量、甘蔗渣含量及預熱溫度對發泡木塑復合材料性能的影響。結果表明,甘蔗渣的加入降低了材料的性能,且隨著用量的增加降低的幅度隨之增大;發泡后材料的密度有所下降,但是沖擊強度有很大提高;雖然發泡造成拉伸強度和彎曲強度的降低,但由于發泡后密度也降低了,所以其比強度反而得到提高。
2.2 PP基木塑復合材料
PP基木塑復合材料也是目前研究的重點之一。已有不少文獻報道了無機填料如滑石粉、硅灰石、碳酸鈣填充改性PP的研究。結果表明,無機填料填充改性PP可提高其拉伸強度和彎曲強度,但其脆性增大,韌性下降,表現為斷裂伸長率、沖擊強度分別有不同程度的降低;而以木纖維作為填充材料改性PP,可制得力學性能較好的復合材料。
H.P.S.A