影响木粉、PVC复合材料性能的因素

　 作者：姚祝平

　   用木纤维或植物纤维填充PVC，兼有木材及塑料的成本和性能，具有质量轻、强度高、成本低和环保效益明显的优点。在国外，多年以前就有产品问世，很受欢迎。应用领域越来越广，需求量逐年增大。如北美市场，２００１年用量为３２万吨，其中平台板、路板、站台板、垫板的用量占总用量的６０％以上。除上列外，木塑产品还有：护墙板、天花板、建筑模板、装饰板、高速公路隔音板、海边铺地板、栅栏型材、庭院扶手、室外桌椅、披叠板、百页窗等。从目前来说，生产这类产品，大多采用挤出成型法。
　　木粉／PVC复合材料主要特点有：
　　（１）外观类似木材，无节疤、斜纹；
　　（２）物性优良，比塑料硬度高，尺寸稳定性好；
　　（３）成型性接近塑料，用通用设备可进行成型加工；
　　（４）具有可刨、可钻、可切割、可粘、可钉、可涂漆等二次加工性能；
　　（５）耐老化、耐腐蚀、虫不蛀、吸水性小；
　　（６）可重复使用和回收再利用，为环境友好材料。
　　影响木粉填充PVC复合材料性能的因素较多，如木粉的填充量、木粉的粒径、木粉的含水量、PVC基础树脂的性能、相容剂的类型、加工工艺等。研究这些因素对木粉／PVC体系的影响具有重要意义。
　　所谓木粉，可以是木屑、碎木片、刨花、秸杆、花生壳等，经过干燥、粉碎、加工得到一种纤维状结构物，其成分较为复杂，主要由纤维素、半纤维素、灰分和木质素所构成。本文试讨论几种因素对木粉／PVC复合材料性能的影响。
　　　　　　　　　　　　　　　　实验部分
　　试验原料
　　PVC树脂：ＳＧ５型，天津化工厂；
　　ＣＰＥ：氯含量３６～３８％，淄博助剂厂；
　　ＡＣＲ４０１：上海珊瑚化工厂；
　　铅盐、金属皂类稳定剂：市售；
　　ＤＯＰ：市售；
　　木粉：含水率≤３％，自制。
　　仪器和设备
　　双辊炼塑机：ＳＫ１６０Ｂ，上海橡胶机械厂；
　　高速混合机：ＧＨ１０，北京塑料机械厂；
　　压力成型机：ＳＬ４５，上海第一橡胶机械厂；
　　拉力试验机：ＤＬＹ１０Ａ，长春材料试验机厂；
　　冲击试验机：ＳＥ２，吴忠材料试验机厂；
　　万能制样机：ＺＨＹ－Ｗ，承德试验机厂。
　　测试方法
　　拉伸强度：按ＧＢ／Ｔ１０４０－９２测定；
　　冲击强度：按ＧＢ／Ｔ１０４３－９３测定；
　　弯曲强度：按ＧＢ／Ｔ９３４１－８８测定。
　　工艺路线
    偶联剂      
    ↓      
木粉 → 干燥 → 处理      
     → 混合→双辊塑炼→压制→制样→性能测试
PVC、助剂 → 混合

　　　　　　　　　　　　　　　　结果与讨论
　　木粉粒径对复合材料性能的影响
　　为考察不同木粉粒径对复合材料性能的影响，我们将颗粒状的木粉分别用２０目、６０目、８０目的筛子筛选，然后将筛选后的木粉以１００ｐｈｒ填充到PVC中，研究结果如图１、２所示。
　　从图中可知，随着木粉粒径增大，弯曲性能逐渐增强，这是由于木粉长径比随着粒径的减小而减小，长径比小的木粉对复合材料的弯曲强度改善甚微；冲击强度随粒径的减小而升高，这是因为减小粒径可使木粉在树脂中分散更容易些，并与树脂接触面积加大有关。
　　木粉用量对复合材料性能的影响

　　图３、４分别为木粉用量对复合材料的弯曲性能和冲击性能的影响。

　　从图中可以看出，随着木粉用量的增加，复合材料的弯曲性能显著提高，而冲击强度却迅速下降。这主要是因为木粉与PVC相混合时，界面作用力很小，从而影响了复合材料的力学性能，同时木粉填充量的增加，木粉团聚情况加剧，团聚颗粒引起的应力集中及产生缺陷的几率加大。
　　　　　　　　　PVC配方体系中的ＣＰＥ对复合材料的影响
　　当木粉填充量在１００ｐｈｒ时，ＣＰＥ的用量对复合材料缺口冲击强度的影响如图５所示。

                     图5　CPE用量对塑木材料性能的影响
　　从图中可以看出，冲击强度随着ＣＰＥ用量的增加而增加。说明ＣＰＥ必须有足够的量才能形成网状结构，以接受和传递冲击能，从而起到冲击改性作用。
　　　　　　　　　　　偶联剂处理木粉对复合材料的影响
　　我们用酞酸酯加入白油对木粉进行表面处理，以提高木粉与树脂的相容性。然而，实验结果表明，弯曲性能和冲击强度并未见明显提高，其偶联作用不大。因此需要寻求其它相容剂，同时对其体系还应进行增韧改性处理。
　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　·高填充量的木粉／PVC体系，随着木粉添加量的增加，其力学性能趋于下降；
　　·木粉／PVC体系中的木粉长径比较大，其冲击性能有所增强；
　　·酞酸酯偶联剂对木粉的处理效果不十分明显，合理选择相容剂对提高木粉与树酯的相容性起到一定的作用。