（木材科学与技术专业论文）塑料合金特性及其对木纤维复合材料性能影响的研究.pdf

摘要 _ _ _ _ 一 摘要 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 研究领域的熟点之一。 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( l l d p e ) ( 主要用于铝8 造薄膜制品) 、 聚苯乙烯( p s ) ( 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( u d p e ) 、聚苯乙烯( p s ) 及聚丙烯( p p ) ( 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l l d p e 与p s 进行共混改性的必要性。用 聚合物共混的方法，制备l l d p e 腰s 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 l l d p e ，p s 合金对其木纤维复台材料性能的影响进行了研究，讨论塑料合金与其 本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，制各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。l l d p e 属于软而韧的高分子材料，l l d p e 与木纤维( w f ) 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；p s 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，与本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直未得到广泛应用的重要原因所在。而p p 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l l d p e 与p s 共混的研究，将二者的力学性能与复合加工 摘要 特性进行综合，以制得各项性能都较好的木塑复合材料。 l l d p e 与p s 共混的实验结果表明，l l d p e p s 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l l d p e 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，l l d p e p s = 7 5 2 5 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( d s c ) 及动态力学分析( d m a ) 表明，l l d p e 与p s 共混后， 两种塑料的玻璃态转变温度( t g ) 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l l d p e 伊s = 5 0 5 0 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。l l d p e p s = 5 0 5 0 ，共混温度为2 0 0 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2 6 0 。c 时次之。更值得注意的是，l l d p e p s = 5 0 5 0 ， 共混温度为2 0 0 。c 和2 6 0 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l l d p e 木纤维复合材料及p s 木纤维复合材 料的外观质量，甚至比p p 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l l d p e p s = 5 0 5 0 ，共混温度为2 0 0 。c 。该条件下复合材料 的力学性能几乎达到了p p 木纤维复合材料的力学性能，而且板面外观质量超过 了p p 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l l d p e 和p s 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。 关键词：塑料合金，塑料合金木纤维复合材料，线性低密度聚乙烯，聚苯乙烯 a b s t r a c t as t u d yo nt h ep r o p e r t i e s o fp l a s t i ca l l o y sa n d t h ee f f e c t so nw o o d f i b e ra n dp l a s t i ca l l o y c o m p o s i t e s g u o w e n j i n g ( w o o d s c i e n c ea n d t e c h n o l o g y ) d i r e c t e d b y p r o f e s s o r w a n gz h e n g a b s t r a c t w o o d p l a s t i cc o m p o s i t ei s an e wm a t e r i a lc o m p o u n d e d b y w o o da n dp l a s t i c si n d e f i n i t et e c h n o l o g y t h e r ea r ea k e a d ys e v e r a lk i n d so f p r o d u c t sp r o d u c e db y d i f f e r e n t t e c h n o l o g y m o r ea n dm o r ew o o d p l a s t i cc o m p o s i t ep r o d u c t sa r eb e i n gw i d e l yu s e d w o o d p l a s t i cc o m p o s i t e sb e c o m et h ef o c u s o fw o o da n d p l a s t i c s u t i l i z a t i o na n d r e s e a r c ha l lo v e ft h ew o r l d u s i n gr e c y c l e dp l a s t i c sa n d w o o dm a t e r i a l st om a k e w o o d p l a s t i cc o m p o s i t e si sa v e r ye f f e c t i v ea p p r o a c ht or e u s et h ed i s c a r d sa n dl e s s e nt h ep o l l u t i o no ft h e mt ot h e e n v i r o n m e n t t h em a i no b s t a c l e si nt h er e u s eo fd i s c a r dp l a s t i c sa r e ：t h es o r t i n go f r e c y c l e dp l a s t i c sn e e d sag r e a td e a lo f w o r ka n dt h ec o s t so f t h a ta r el l i g h w i t hav i e w t or e s o l v et h ea b o v et w o p r o b l e m s ，t h e b l e n do fl i n e rl o wd e n s i t yp o l y e t h y l e n e ( l l d p e ) w h i c hi su s u a l l yu s e dt om a k ef i l ma n dp o l y s t y r e n eo s ) w h i c hi s u s u a l l y u s e dt om a k ef o a m i n ga n di n j e c t i o np r o d u c t sw e r eu s e dt o p r e p a r i n gw o o d p l a s f i c c o m p o s i t e s l l d p e ，p pa n dp s ，t h em a i np l a s t i c si np l a s t i ci n d u s t r y , w e r ec h o s e na st h er a w m a t e r i a l s t h e r e l a t i v i t y b e t w e e n p r o p e r t y o fp l a s t i c sa n dt h a t o fw o o d t , r ，l a a t i c c o m p o s i t e sw o u l d b ee v a l u a t e da n dt h en e c e s s a r yo f b l e n d o fl l d p ea n dp sw o u l db e a d v i s e d t h el l d p e p s a l l o y sw e r ep r e p a r e dt h r o u g hp o l y m e rb l e n da n dt h ee f f e c t so f d i f f e r e n t p r o p o r t i o no f b l e n da n db l e n dt e m p e r a t u r eo nt h ep r o p e r t i e so f t h ea 1 1 0 v sw e r e i n v e s t i g a t e d t h r o u g ht h eb l e n do fl l d p ea n dp st oi m p r o v es o m e p r o p e r t i e so f t h e ! 生! ! ! ! ! 里一一 _pj-_-_一 p l a s t i c sa n dt h ep r o p e r t i e so f t h ec o m p o s i t e sw h i c hc a nm e e tt h en e e do fp r o d u c t sa r e h o p e d a l s ot h ee f f e c t so fl l d p e 伊sa l l o y s i nd f f e r e n t p r o p o r t i o n a n db l e n d t e m p e r a t u r eo nt h ep r o p e r t i e so fp l a s t i ca l l o y w o o d f i b e rc o m p o s i t e sw e r es t u d i e da n d t h ep r o p e r t yr e l a t i v i t yb e t w e e np l a s t i ca l l o ya n dt h e i rw o o df i b e rc o m p o s i t e sw e r e d i s c u s s e da l s o t h er e s e a r c hr e s u l t si n d i c a t e d ： d i f f e r e n t p l a s t i c sh a d d i f f e r e n tp r o p e r t i e s ，a n dt h ep r o p e r t i e so ft h e i rw o o d p l a s t i c c o m p o s i t e sw e r e d i f f e r e n ta l s o 。t h e r ew a so b v i o u s r e l a f i v i t yb e t w e e n t h e p r o p e r t i e so f p l a s t i c sa n dt h e i rw o o d p l a s t i cc o m p o s i t e s l l d p e w a saf l e x i b l ea n d t o u g hp o l y m e r ； t h e c o m p o u n d i n gp r o p e r t y o fl l d p ew i t hw o o d f i b e r ( w f ) w a st h eb e s t t h e i m p a c t - r e s i s t a n tp r o p e r t y o fl l d p e w fc o m p o s i t e sw a s g o o d ，b u t t h ef l e x u r a l s t r e n g t ha n dm o d u l u s w a sv e r yl o w p o l y s t y r e n e ( p s ) a sa r i z i da n db r i t t l em a t e r i a l ，t h e f l e x u r a ls t r e n g t ha n dm o d u l u so fi t s 岍c o m p o s i t ew a sv e r yh i 班b u tt h ei m p a c t s t r e n g t hw a sv e r yl o wa n dt h ec o m p o u n d i n gp r o p e r t yo fw o o df i b e rw i t hp sw a sn o t g o o d t h e s ew e r et h er e a s o n sw h yp so rl l d p e w o o d f i b e rc o m p o s i t e sc a n tb e w i d e l y u s e di np r a c t i c et i l ln o w b e c a u s ep pw a sn o to n l yr i 画db u ta l s ot o u g h ，a n dt h e g e n e r a lp r o p e r t i e so fp p w fc o m p o s i t e sw e r et h eb e s t ，s oi tw a sb e i n gw i d e l yu s e di n p r a c t i c e t h r o u g ha b o v ec o m p a r i n g , t h ec o n c l u s i o ni sf o r m e dt h a ti ti sv e r yn e c e s s a r y t od e v e l o pt h er e s e a r c ho nt h eb l e n do fl i d p ea n dp s c o m b i n i n gt h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa n dp r o c e s s i n gp r o p e r t i e so ft h et w op l a s t i c s ，t h ew o o d p l a s t i cc o m p o s i t e s w i t hb e t t e rg e n e r a l p r o p e r t i e s a r e h o p e d t oo b t a i n e d t h er e s u l t so fl l d p ea n dp sb l e n di n d i c a t e dt h a tt h ee f f e c t so fl l d p e p s p r o p o r t i o na n db l e n dt e m p e r a t u r eo nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw e r es i g n i f i c a n t t h e e f f e c to fb l e n d p r o p o r t i o no nt h ep r o p e r t i e so fa l l o y sw a sg r e a t e rt h a nt h o s eo fb l e n d t e m p e r a t u r e w i t hm ei n c r e a s e o ft h el l d p ec o n t e n ti np l a s t i c a l l o y s t h ei m p a c t s t r e n g t ho ft h ea l l o y si n c r e a s e d ，b mt h ef l e x u r a ls 拄e n g t h , f l e x u r a lm o d u l u sa n dt e n s i l e s t r e n g t ha l ld e c r e a s e d t h ee f f e c t so fb l e n dt e m p e r a t u r eo nt h ep r o p e r t i e so f a l l o y sf o r d i f f e r e n tb l e n d p r o p o r t 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e o nt h e p r o p e r t i e s o fa l l o y w o o d f i b e r c o m p o s i t e sw e r ed i f f e r e n t i nd i f f e r e n tb l e n dp r o p o r t i o n s t h eb e s ta l l o y w o o d f i b e r c o m p o s i t ew a sl l d p e p s = 5 0 5 0a n dt e m p e r a t u r e a t2 0 0 。c a n dt h ec o m p o s i t ei n s a m ep r o p o r t i o na n da t2 6 0 * ct o o kt h es e c o n dp l a c e t h em o r en o t i c e a b l er e s u l tw a s t h ea p p e a r a n c eq u a l i t yo fa l l o y a v o o d f i b e rc o m p o s i t ew h o s ep r o p o r t i o nw a s5 0 5 0 ( l l d p e p s ) a n db l e n dt e m p e r a t u r ew a s2 0 0 * cw a st h eb e s ta n dt h ec o m p o s i t ea t 2 6 0 。ct o o kt h es e c o n dp l a c e t h ed i s t r i b u t i n go fp l a s t i ca n dw o o d f i b e ri nt h e c o m p o s i t ew i t hb e s ta p p e a r a n c eq u a l i t yw a sv e r yu n i f o r mt h a no t h e r s n ea p p e a r a n c e q u a l i t yo f t h e mw a sb e t t e rt h a nt h a to fl l d p e w f c o m p o s i t e ，p s w fc o m p o s i t ea n d e v e np p w f c o m p o s i t e i n a d d i t i o n ，t h ep r o p e r t i e s o fa l l o y w f c o m p o s i t e s a l s oc o r r e l a t e dw i t ht h e c o m p o u n d i n gp r o p e r t yo f p l a s t i ca l l o yw i t hw o o d 硒e t t h eb e s tt e c h n i c a lc o n d i t i o nf o rp r e p a r i n gp l a s t i c a l l o y w fc o m p o s i t ei s b l e n d p r o p o r t i o no fl l d p e p s 。5 0 5 0a n db l e n dt e m p e r a t u r ea t2 0 0 c t h ep r o p e r t i e so f a l l o y w fc o m p o s i t ea t t h eb e s tt e c h n i q u ea l m o s tr e a c h e dt h ep r o p e r t i e so fp p w f c o m p o s i t ea n d t h ea p p e a r a n c eq u a l i t yo fi te x c e e d e dt h a to f p p w f c o m p o s i t e t h r o u g ht h er e s e a r c hw ec a l lc o n c l u d et h a tw o o d p l a s t i cc o m p o s i t eo fl l d p e a n dp sw i t hg o o dg e n e r a lp r o p e r t i e sc o u l db e p r e p a r e dt h r o u g ht h eb l e n do fl l d p e a n dp st oo f f s e tt h es h o r t a g eo f t h e p l a s t i c s ，t h ea b o v er e s u l t sg i v eu sf ln e wm e t h o dt o t h er e s e a r c ha n du t i l i z a t i o no f w o o d p l a s t i cc o m p o s i t e o nt l l eo n eh a n d t h er e c y c l e d f i l mp r o d u c t sa n d p o l y s t y r e n ep r o d u c t sd i f f i c u l tt ob eu s e dc a nb er e u s e de f f e c t i v e l y o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o s to f s o r t i n gt h ep l a s t i c so a r b el e s s e n e d t h e s er e s e a r c h r e s u l t sa r eu s e f u lt od e c r e a s et h ec o s to f w o o d p l a s t i cc o m p o s i t ea n dt ot h er e u s eo f r e c y c l e dp l a s t i c s t h i si st h em e a n i n go f t h es t u d yt h a tw ew a n t e dt od oi t k e y w o r d s ：p l a s t i c a l l o y , p l a s t i ca l l o y w o o d f i b e r c o m p o s i t e ，l i n e r l o w d e n s i t y p o l y e t h y l e n e ( l l d p e ) ，p o l y s t y r e n e ( p s ) 1 绪论 1 1 引言 1 绪论 木塑复合材料是将木材和塑料按定的技术过程复合而形成的一种新型材 料。塑料分热固性树脂和热塑性树脂两大类( c l e m o n s ，2 0 0 2 ) 。林产工业中通常 用的酚醛树脂、脲醛树脂、异氰酸酯、环氧树脂等都是热固性树脂。热塑性树脂 是指受热后能反复熔化，受冷却后又可变硬成型的高分子材料，如聚乙烯、聚丙 烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。热塑性树脂是可以被重复利用的( j a m e s ，1 9 9 5 ) 。 而我们通常所指的木塑复合材料主要指的就是木材与热塑性树脂的复合材料产 品。 根据加工工艺及产品不同，可以将目前存在的木塑复合材料分为四大类。它 们分别是实木浸注木塑复合材( 塑合木) ( 任玉坤，1 9 9 5 ) 、木质材料填充或增强 塑料复合材料、木纤维合成纤维无纺织复合材料及木塑复合人造板。其中大部分 材料产品已在汽车内饰件、电工材料、房屋墙体材料、建筑装修、家具等方面得 到广泛应用( y o u n g q u i s t ，1 9 9 5 ；王正，2 0 0 1 ；c l e r r m o n s ，2 0 0 0 ) 。 实木浸注木塑复合材系将木材浸渍以其他高分子的有机单体或预聚物，并通 过物理和和化学方法引发聚合而制成的改性材料，又称塑合木( 任玉坤，1 9 9 5 ) ， 商品名称为强化木。此方面的研究与应用较早，但该产品一直未得到广泛应用， 原因主要是成本太高。木纤维合成纤维无纺织复合材料( y o u n g q u i s t ，1 9 9 2 ) 是 用无纺织气流铺网成型技术把木纤维与合成纤维( 主要是聚酯纤维、聚丙烯纤维) 及其他添加剂制成卷材，然后再成型为最终产品。该材料产品目前主要用于汽车 内饰件，如仪表板、门护板、后搁板、顶蓬等( 中国林科院木材工业研究所木质 纤维复合材料专题组，1 9 9 7 ) 。该种材料在上世纪九十年代初在欧洲和美洲开始在 汽车工业应用。我国从上世纪九十年代初开始此方面研究，目前也已实现初步产 业化。此方面的技术也在不断发展着，产品用途也越来越广泛，不单用于汽车行 业，该技术产品也正悄然进入建筑及其它行业，用作房屋的墙体材料及绿化和固 土的地面植生带材料。 木质材料填充或增强塑料复合材料主要是指以塑料制品的制各方法为主要加 q - q - 艺或以塑料为连续相的木塑复合材料产品。该类木塑复合材料产品已有大约 1 1 绪论 四十多年的研究与发展历史( 同本忠，2 0 0 2 ；c l e m o n s ，2 0 0 2 ) 。较早出现的用 于汽车内饰件的聚丙烯木粉板就是此类产品。近几年来其它的木质材料填充塑料 复合材料也相继用于生产、生活中，其中最主要的应用有聚丙烯木粉板汽车内饰 件、聚氯乙烯木粉复合门窗( d e f o s s e ，1 9 9 9 ) 、聚乙烯木粉复合材料门廊产品 ( s m i t h ，2 0 0 1 ) 等。 木基塑料复合人造板是以塑料为粘合剂，以木质人造板产品的生产工艺为加 工方法制成木塑复合材料，其材料特点是以热塑性塑料为胶粘剂。木质材料含量 高，而且木质材料可以有多种形态，可以是纤维态、刨花态，也可以是单板态。 其产品一般为幅面较大的平板或模压制品( 王正，2 0 0 1 ，s e l l e r sj r ，2 0 0 0 ) 。与普 通人造板产品相比，其最大的特点就是环保，一方面，所用的塑料是废弃回收的 塑料，属于废物利用；一方面所制备的木塑复合板没有游离甲醛释放。另外，木 塑复合材料的耐水性也比普通人造板要好得多。木塑复合人造板产品可用于托 盘、水泥模板、装饰材料等领域，应用前景很好。 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 ( y o u n g q u i s t ，1 9 9 5 ) 。关于木塑复合材料的研究很受关注，国外很多大学、研 究机构和企业都在从事于木塑复合材料的研究与开发，其中美国、日本、加拿大、 德国等国研究较多而且也比较成功。现在每年都有专门关于木塑复合材料的专题 国际会议召开并都有相关的论文集出版。关于木望复合材料的研究报告也很多， 近几年，在林产品行业中著名的期刊 f o r e s tp r o d u c t sj o u r n a l ) ) 中，每年都有3 5 篇关于木塑复合材料的研究报告发表，其它期刊如 w o o da n df i b e rs c i e n c e ) ) 也是如此。国内关于木塑复合材料的研究较国外要晚些，但是到二十世纪八十 年代末和九十年代初已引起广大研究人员的关注，此后有越来越多的关于木塑复 合材料方面的研究报告和国外综述报告( 韩桐光，1 9 8 9 年；郭文静等，1 9 9 5 ； 王建军等，1 9 9 5 ；王正，2 0 0 2 ；w a n ge ta t , 2 0 0 2 ；q i n ，2 0 0 2 等) 。近几年已经 有如木纤维合成纤维复合工程材料、木塑复合刨花板等研究成果，而且关于木 塑复合材料的研究也越来越深入。 1 2 木塑复合材料的国内外研究概况 目前与本研究相关的木塑复合材料研究( 主要是木材填充塑料与木塑复合人 造板方面的研究) 主要集中于以下几个方面： 1 绪论 ( 1 ) 木塑复合材料制备工艺及相关设备研究 在木塑复合材料的研究中，首先是关于制备工艺的研究出现。到目前为止， 关于复合材料制备方法有已有多种，研究也很多，尤其是关于木粉或纤维填充塑 料的复合材料研究最多，如m y e r s 等关于不同挤出加工温度( 1 9 0 - - 2 5 0 。c ) 对木 粉- p p 复合材料性能影响的研究，美国l e i s t r i t z 公司关于木塑复合挤出设备结 构设计的特点的报告( m a c h a o d oe ta l ，1 9 9 7 ) 。除了用木材、纸浆外，麦草( j o h n s o n e ta 1 ，1 9 9 7 ) 、麻( y o u n ge ta l ，1 9 9 7 ) 等材料也正在被用于木塑复合材料中， 而且很多技术已经应用于实际中。 ( 2 ) 提高木塑复合材料复合性能的措施研究 由于木材与塑料的表面性质不同，木材与塑料界面结合状况直接影响木塑复 合材料性能，而这一点除了与加工工艺与设备有关外，还可通过改性、加助剂等 手段提高复合材料两相的界面相容性，提高界面结合强度。木塑复合材料界面性 能的提高无外乎三个途径：木材改性处理、加入界面相容剂或偶联剂、塑料表面 改性处理。木材的改性处理，主要有木材的乙酰化处理或用如酚醛树脂等胶粘剂 对木纤维或木粉进行预处理。但生产上一般很少用热固性胶粘剂。关于偶联剂的 研究也很多，比如有：m y e r s ，ga 等人于1 9 9 0 年研究了马来酸化聚丙烯及其它 一些偶联剂对复合材料性能的影响，加拿大的m a l d a s 和k o k t a 等人也就异氰酸 酯、硅烷、马来酸酐等类偶联剂对复合材料性能的影响进行了大量研究，表明在 木纤维填充聚苯乙烯、聚乙烯复合材料中，偶联剂的使用可提高复合材料的力学 性能和耐水性。瑞典的o k s m a n 和l i n d b e r g 曾将苯乙烯一丁二烯一苯乙烯作为 相容剂加入到木粉一聚乙烯复合材料中增加复合材料的结合性能( o k s m a ne t a l ，1 9 9 5 ) 。l u z j 等人( 2 0 0 0 ) 就目前偶联荆的研究与应用现状进行了全面的 总结。目前大约有4 0 多种偶联剂被用于木塑复合材料的生产和研究中。所用的 偶联剂主要有无机物、有机物及无机一有机物偶联剂。这些偶联剂根据其作用机 理和方式，又可分为粘接剂( 真正意义上的偶联剂) 、相容剂和分散剂。而对于 塑料改性的研究也主要集中于对塑料的马来酸化改性等化学改性处理及等离子 体处理等的研究。 ( 3 ) 关于木塑复合材料复合机理的研究 复合机理是提高复合材料复合性能的理论依据。近几年来，此方面的研究越 来越多，主要集中在两个方面：一是通过研究木材与塑料的界面结合方式和结合 强度来研究二者的复合机理，试验方法有微结合试验法( p e t e r ，1 9 9 7 ) 、单纤 1 绪论 _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ ，_ _ _ _ _ - 。_ _ 。_ 。_ - _ 。1 一。一 维复合材料法、纤维拉出法等，或用单板拉出试验方法、扫描电镜、共聚焦显微 镜等研究了复合材料中纤维取向排布及复合材料的界面结合方式等。二是通过研 究木材与塑料的表面性质( 如表面自由能、接触角等) 来研究木塑复合的机理或 预测复合材料的复合性能( k a z a y a w o k o e ta l ，1 9 9 7 ) 。这类方法主要是用诸如反 相气相色谱法、毛细管法或动、静态接触角法测定材料的表面自由能和接触角， 中国林科院木材所也进行了相关的研究，研究了人工林杉木和杨木的木材表面自 由能及其与复合材料性能的相关性( 王正，2 0 0 1 ) 。 近几年关于木塑复合材料的研究中，另一个倍受关注的研究领域就是本塑复 合材料的老化、防腐及阻燃性能( f a l k ，2 0 0 0 ；v e r h e y ，2 0 0 1 ) 。塑料材料是易老化 的材料，而木材的防腐性能较塑料要差，也是木材的一大缺陷。而目前很多木塑 复合材料产品都被用于室外，那么，塑料与木材复合后，复合材料的老化与耐腐 性能必然成为了研究的热点与关注的焦点之一。关于此方面的研究，在木塑复合 材料较早产业化的欧美市场更受关注。p e n d l e t o n 等人( 2 0 0 2 ) 研究了挤出法生 产的高密度聚乙烯，木纤维复合材料的耐菌、耐白蚁性能。 在木塑复合材料的研究领域，围绕上述领域开展的研究占绝太多数，这一点 从每年召开的木塑复合材料会议的论文中可见一斑。 1 3 塑料在木塑复合材料中的应用 在木塑复合材料( 主要是指木质材料填充或增加塑料复合材料或木基塑料复 合材料) 的研究与生产中主要用到的塑料有聚乙烯( p o l y e t h y l e n e ，简写为p e ) 、 聚丙烯( p o l y p r o p y l e n e ，简写为p v ) 、聚氯乙烯( p o l y v i n y lc h l o r i d e ，简写为p v c ) 、 聚苯乙烯( p o l y s t y r e n e ，简写为p s ) 等塑料行业中产量最大的几种塑料及其他一 些高分子材料。目前的研究与利用状况如下： ( 1 ) 聚丙烯 聚丙烯是在木塑复合材料的应用与研究中应用较早的塑料种类，早在二十世 纪八十年代，就有用挤出一热压法生产的聚丙烯木粉板应用于轿车内饰件，目前 木纤维聚丙烯复合材料也正在被用于建筑材料中( c l e m o n s ，2 0 0 2 ) 。在众多的关 于工艺、机理等的研究中也以用聚丙烯屣多( 彭武财等，1 9 9 6 ；m y e r s 耐n f ， ： k a z a y a w o k o 鲥a 1 ，1 9 9 7 ；g e i m e re ta l ，1 9 9 3 ；v e r h e ye ta l ，2 0 0 1 ；t a k a s ee t 以，： o k s m a n e t a l ，1 9 9 8 ) 。有很多人都用聚丙烯作为研究对象，其原因主要是因为聚 1 绪论 丙烯是一种比较典型的聚烯烃塑料，与聚乙烯相比，使用温度范围宽，力学性能 好，再加上其易于与本材复合形成较好性能的木塑复合材料。这也是为什么聚丙 烯在实际中最早得以应用的重要原因。研究结果表明在木塑复合人造板中用聚丙 烯与木刨花复合，可以得到比用低密度聚乙烯或聚苯乙烯( 快餐盒) 更好的复合 材料物理力学性能( 王正，2 0 0 1 ) 。g e i m e r 等人( 1 9 9 3 ) 用聚丙烯研究了模压木纤 维聚丙烯复合材料中密度分布状况，美国的s t a r k n m 也用聚丙烯作为塑料相研 究了废弃托盘纤维制备木塑复合材料的可行性并在其中加入了偶联剂马来酸化聚 丙烯( m a p p ) 、相容剂硬脂酸( s a ) 来研究其对木塑复合材料性能的影响( s t a r k ， 1 9 9 9 ) 。 ( 2 ) 聚苯乙烯 聚苯乙烯带有苯环侧基。由于苯环侧基的存在，分子内旋受阻，因而为刚性 高分子聚合物。聚苯乙烯塑料的加工性能较好，所以与木材是可复合的。加拿大 的m a l d a s 等人进行了用聚苯乙烯的一系列木塑复合材料研究，但他们的研究主要 集中用于木质材料的化学改性、添加偶联剂等填加剂等对木纤维，聚苯乙烯复合材 料的影响，至于聚苯乙烯与木材复合材料的整体性能研究不多。l i a n gbh 等人 ( 1 9 9 4 ) 研究了在聚苯乙烯中分别加入5 、1 5 、2 5 的木纤维后复合的物理 力学性能，结果表明在木纤维填加量及偶联剂类型不同时，材料的性能也大不同。 但总的结果是加入术纤维后，复合材料的拉伸强度低子聚苯乙烯的拉伸强度，但 是拉伸模量增加。 聚苯乙烯木纤维( 或木粉) 复合材料由于其抗冲击性能差，制成的复合材料 脆性大，在实际中的应用还很少或几乎没有。 ( 3 ) 聚乙烯 聚乙烯塑料根据其制各方法不同有高压聚乙烯、低压聚乙烯等种类，根据其 材料密度又可分为高密度聚乙烯( h d p e ) 、低密度聚乙烯( l d p e ) 、线性低密度 聚乙烯( l l d