近年来,全球的森林资源日趋枯竭,减少利用新木材的呼声日趋高涨,回收利用低成本的废旧木材和塑料已经成为工业界和科学界普遍关注的问题。木塑复合材料是近年来环保复合材料的研究重点,具有广阔的市场和应用前景。 1 木塑复合材料的特点
木塑复合材料是将植物纤维和塑料有机结合,兼顾了植物纤维和塑料的双重特性。木塑复合材料的主要特点可归结为:耐用、寿命长,有类似木质外观,比塑料硬度高;比木材稳定性好,不会产生裂缝、翘曲,无木材节疤、斜纹,具有优良的物理性能;具有热塑性塑料的加工性,容易成型,可用一般的塑料加工工艺进行成型加工,设备投资少,便于推广应用;有类似于木材的二次加工性,可锯、可刨、粘接、用钉子或螺栓连接固定;可涂漆,产品规格外形可根据用户要求调整,灵活性大;不怕虫蛀、耐老化、耐腐蚀、吸水性小,不会吸湿变形;能重复使用或回收再利用,也可生物降解,环境友好。 2 木塑复合材料的研究概况
木纤维材料与热塑性聚合物的复合还存在许多问题,由于木纤维中含有大量的极性羟基、酚羟基、纤维素等极性官能团,与非极性的树脂的相容性差,从而影响木塑复合材料的综合性能。因此,研究木塑复合材料的重点和难点是提高木塑复合材料的界面相容性。其中,聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)基等木塑复合材料是重点研究对象。
2.1 PE基木塑复合材料
Qingxiu Li等研究了偶联剂种类及基础树脂种类对高密度聚乙烯(HDPE)/木粉复合材料的拉伸性能、弯曲性能的影响。实验结果表明:随着偶联剂的加入,HDPE/木粉复合材料的弯曲强度、拉伸强度有显著提高,功能性单体种类和基础树脂种类对复合材料的力学性能都有影响;马来酸酐比丙烯酸增容效果好,马来酸酐接枝聚乙烯(MA-PE)比马来酸酐接枝聚丙烯(MA-PP)增容效果更加明显,马来酸酐接枝聚乙烯(MA-PE)可以有效提高复合材料的断裂伸长率;随着MA-PE加入量的增加,材料的拉伸模量没有明显改变,而弯曲模量却有明显增加。
Norma研究了在挤出机中有过氧化物存在的条件下,在线性低密度聚乙烯(LLDPE)上接枝马来酸酐,与未处理的木粉复合,制得木塑复合材料。实验结果表明,改性LLDPE的结晶度下降,随着木粉的加入结晶度又有所增加,复合材料的拉伸强度、延展性和耐蠕变性能都因为接枝马来酸酐而有一定程度的提高。
朱晓群等用木粉与高密度聚乙烯(HDPE)复合制备木塑复合材料,考察了木粉含量、粒度、界面相容剂用量对复合材料的力学性能和流动性能的影响。结果表明,复合材料的弯曲强度随木粉含量的增加而提高,冲击强度随木粉含量的增加而下降;弯曲强度随木粉粒度的减小显著降低,而冲击强度随木粉粒度的减小先升高后降低;界面相容剂能有效改善性能。
Bengtsson等采用一步法在挤出机上以过氧化二异丙苯(DCP)作为自由基引发剂将乙烯基三甲氧基硅烷接枝到PE上,同时通过自由基反应、缩合反应、氢键与木纤维结合,在PE与木纤维之间形成交联网络,提高了复合材料的韧性并改善了其蠕变行为。
Lu等研究了7种不同偶联剂及其浓度对木纤维/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的影响。结果表明,复合材料的弹性模量随加入偶联剂浓度的增加先增大后减小,在3%处达到最大值;酸值、相对分子质量、浓度是3个最主要的影响因素;偶联剂的分子骨架结构也能影响木塑界面结合力。
LiTQ等考察了不同润滑剂对木粉/HDPE复合材料流动性能的影响。研究表明,酯类润滑剂不仅能提高木粉在基体中的分散性,还能够起到很好的外部增塑效果。同时还发现,酯类润滑剂和马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)在提高复合材料力学性能方面有很好的协同效果,在增塑方面,一是外增塑,二是内增塑,两者互不干涉。
涂芳等用模压法制备了甘蔗渣/LDPE发泡复合材料,考察了发泡剂用量、甘蔗渣含量及预热温度对发泡木塑复合材料性能的影响。结果表明,甘蔗渣的加入降低了材料的性能,且随着用量的增加降低的幅度随之增大;发泡后材料的密度有所下降,但是冲击强度有很大提高;虽然发泡造成拉伸强度和弯曲强度的降低,但由于发泡后密度也降低了,所以其比强度反而得到提高。
2.2 PP基木塑复合材料
PP基木塑复合材料也是目前研究的重点之一。已有不少文献报道了无机填料如滑石粉、硅灰石、碳酸钙填充改性PP的研究。结果表明,无机填料填充改性PP可提高其拉伸强度和弯曲强度,但其脆性增大,韧性下降,表现为断裂伸长率、冲击强度分别有不同程度的降低;而以木纤维作为填充材料改性PP,可制得力学性能较好的复合材料。
H.P.S.A