塑料合金特性及其对木纤维复合材料性能影响的研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hbsheng111
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木塑复合材料是将木材与塑料按一定的技术过程复合而形成的一种新型材料。目前已有几种不同生产工艺的木塑复合材料产品,而且这些产品正在被越来越广泛地应用于各个方面。木塑复合材料已成为当今世界木材及塑料加工利用与研究领域的热点之一。用回收的塑料与木质材料制造木塑复合材料是利用废弃物、减少环境污染的非常有效的循环利用途径。目前废弃塑料重新利用的障碍主要有:一是有些塑料品种没有有效的利用途径;二是回收塑料分类的工作量大,成本高。本研究就是着眼于这两点而开展对线性低密度聚乙烯(LLDPE)(主要用于制造薄膜制品)、聚苯乙烯(PS)(主要用于制造发泡制品及注塑制品)进行共混改性并制备木塑复合材料的研究。本文选用塑料中重要的塑料原料线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚苯乙烯(PS)及聚丙烯(PP)(主要为容器、编织袋等)为研究对象,对其特性及与其木塑复合材料性能的相关性进行评价,提出将LLDPE与PS进行共混改性的必要性。用聚合物共混的方法,制备LLDPE/PS合金并考察不同共混比例和共混温度对塑料合金性能的影响。通过共混来改善这两种塑料的某些性能,以期能制备出综合性能满足生产实践需要的木塑复合材料。还就不同共混比例及共混温度的LLDPE/PS合金对其木纤维复合材料性能的影响进行了研究,讨论塑料合金与其木纤维复合材料性能的相关性。研究结果表明:不同种类塑料,性能不同,制备的木塑复合材料的性能也不同。塑料性能与木塑复合材料的性能有明显的相关性。LLDPE属于软而韧的高分子材料, LLDPE与木纤维(WF)的复合性能最好,材料的抗冲击性好,但其复合材料的弯曲强度和模量都很低;PS为硬而脆的材料,其木纤维复合材料的弯曲强度和弹性模量都很高,但复合材料的冲击强度很低,与木纤维的复合性能也最差。这也是这两种塑料在木塑复合材料的生产中一直未得到广泛应用的重要原因所在。而PP的特点是硬而韧,其木纤维复合材料的综合性能最佳,在实际中得到广泛的应用。因此,非常有必要开展对LLDPE与PS共混的研究,将二者的力学性能与复合加工<WP=4>特性进行综合,以制得各项性能都较好的木塑复合材料。LLDPE与PS共混的实验结果表明,LLDPE/PS比例和共混温度对塑料合金的力学性能影响显著。其中共混比例对塑料合金性能的影响比共混温度的影响更大。随着塑料合金中LLDPE含量的增加,合金的抗冲击性上升,弯曲强度、弯曲弹性模量和拉伸强度都下降,而且,LLDPE/PS=75/25时,合金冲击强度增加很大。共混温度对不同共混比例的塑料合金的力学性能的影响也各不相同。通过差示扫描量热分析(DSC)及动态力学分析(DMA)表明,LLDPE与PS共混后,两种塑料的玻璃态转变温度(Tg)没有相互靠近,说明这两种塑料的相容性差。但是分解温度发生了变化,介于二种塑料的分解温度之间。塑料合金/木纤维复合材料的性能不但与被共混的塑料的性能相关,而且与塑料共混比相关。在LLDPE/PS=50/50时,塑料合金/木纤维复合材料的物理力学性能最好。共混比例不同,共混温度对塑料合金/木纤维复合材料性能的影响也不同。LLDPE/PS=50/50,共混温度为200℃时,塑料合金/木纤维复合材料的综合物理力学性能最好,同比例下260℃时次之。更值得注意的是,LLDPE/PS=50/50,共混温度为200℃和260℃的塑料合金/木纤维复合材料板的外观质量最好,塑料与纤维分布均匀,板面质量远远好于LLDPE/木纤维复合材料及PS/木纤维复合材料的外观质量,甚至比PP/木纤维复合材料的外观质量还好。另外,塑料合金/木纤维复合材料的性能还与塑料合金与木纤维的复合性能相关。在所选取的实验条件中,制备塑料合金/木纤维复合材料的最佳的塑料共混工艺条件为:共混比例LLDPE/PS=50/50,共混温度为200℃。该条件下复合材料的力学性能几乎达到了PP/木纤维复合材料的力学性能,而且板面外观质量超过了PP/木纤维复合材料的外观质量。通过本研究我们可以看到,将不同性能的LLDPE和PS塑料进行共混,制备成塑料合金,改善它们的某些性能缺陷,可以制备出综合性能优良的木塑复合材料。以上结果为木塑复合材料的研究开发与应用开辟了新的途径。一方面可以将回收利用中很难被利用的塑料膜制品及聚苯乙烯产品进行有效的利用,另一方面又可以减少因塑料分类而带来的成本增加。这些对于降低木塑复合材料的生产成本,增加木塑复合材料的市场竞争力并实现废弃物的重新有效利用是非常有用的,这也是开展本研究的意义所在。
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