【摘 要】
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木塑复合材料（WPC）是国内外近年来蓬勃兴起的一类以热塑性塑料与植物纤维粉复合而成的环保型复合材料。因其兼具木材和塑料的双重优势而在环境友好型复合材料市场中的占有率持续增长。然而由于传统WPC密度较大,抗冲性能差等缺点限制了其广泛应用。通过引入微孔结构可以大幅降低木塑复合材料的密度,缩减成本,提升其抗冲击性能,从而使木塑制品达到轻质高强的效果,使WPC的应用更加广泛。本研究以超临界氮气作为物理发泡
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木塑复合材料（WPC）是国内外近年来蓬勃兴起的一类以热塑性塑料与植物纤维粉复合而成的环保型复合材料。因其兼具木材和塑料的双重优势而在环境友好型复合材料市场中的占有率持续增长。然而由于传统WPC密度较大,抗冲性能差等缺点限制了其广泛应用。通过引入微孔结构可以大幅降低木塑复合材料的密度,缩减成本,提升其抗冲击性能,从而使木塑制品达到轻质高强的效果,使WPC的应用更加广泛。本研究以超临界氮气作为物理发泡剂,采用开模注射成型方式制备了微孔发泡WPC,探讨了发泡工艺参数以及不同纳米粒子对木粉/聚丙烯（WF/PP）复合材料微孔结构和力学性能的影响,为木塑复合发泡材料的产业化应用提供理论指导与技术支持。本文首先研究了WF/PP复合材料的注塑发泡成型工艺及其力学性能。分别探讨了开模距离、保压时间、气体含量、注射速度等注塑发泡工艺参数对微孔发泡WF/PP复合材料微孔结构和力学性能的影响,通过对其力学性能、表观密度以及微孔形貌进行分析,探索微孔发泡WF/PP复合材料注塑成型的最佳工艺参数。结果表明:开模距离为0.5mm、注射速度为86mm/s、气体含量为1.0wt%、保压时间为10s的微孔发泡WF/PP复合材料综合性能最好。针对PP基WPC发泡材料熔体强度差、黏弹性低,难以在发泡过程中保持良好的泡孔结构等问题,分别研究了八面体结构的纳米二氧化钛、层状结构的纳米蒙脱土（NMMT）和原位纤化的聚四氟乙烯（PTFE）以及添加量对WF/PP复合材料的微观形貌、流变性能、结晶性能及力学性能的影响。结果表明,纳米粒子的引入提高了复合材料中PP的结晶温度,加快了结晶速率,从而增强了熔体弹性,减少了泡孔的坍塌和合并,结晶度降低有利于超临界N2在复合材料基体中的溶解和扩散。由于纳米粒子的异相成核作用降低了泡孔成核过程中的能量壁垒,使得基体内更容易产生均匀致密的泡孔,显著改善应力集中现象,有助于材料冲击强度的提升。纳米Ti O2添加量为5%时,泡孔尺寸下降了54.4%,并且泡孔尺寸更加均一,泡孔密度增加了393.8%,冲击强度提高了33.3%;NMMT添加量为5%时,泡孔尺寸下降了52.97%,泡孔密度增加至8.41×10~5个/cm~3;PTFE添加量为1%时,泡孔尺寸显著降低至30.43μm,减小了65.94%,泡孔密度显著增加至4.8×10~6个/cm~3,冲击强度提高至23.69k J/m~2,较未添加的发泡复合材料提高了35.4%,实现了具有优异泡孔结构和高冲击强度的微孔发泡WPC材料的制备。为微孔发泡WPC的产业化应用与发展提供了参考,对生物质复合材料的开发与应用具有重要的借鉴意义。
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