（材料加工工程专业论文）木粉低密度聚乙烯复合材料的研究.pdf

盛旭敏小粉 低密度聚乙烯复台材料的研究 木粉 低密度聚乙烯复合材料的研究 材料加工工程专业 研究生 盛旭敏指导教师 张卫勤副教授 木 塑复合材料的制备对寻求木材的替代材料具有重要意义 也是回收塑料 再生利用的有效途径之一 本论文以低密度聚乙烯 l d p e 树脂为基体 木粉 w f 为填料 对w f l d p e 复合材料中各主要助剂的种类和用量进行了探讨 研究了w f l d p e 发泡材料的组成与性能 结构之间的关系 通过扫描电镜 s e m 照片归纳出无机成核剂粒子在w f 几d p e 发泡材料中的分布规律 初步探讨了回 收塑料及其它植物纤维填料在制备木 塑发泡材料中应用的可行性 取得的主要 成果如下 1 研究了木粉 l d p e 复合材料中填料及其表面处理剂的最佳用量 发现木 粉用量为3 0 份较适中 在初选的5 种表面处理荆中 以处理剂c 对木粉的表面 处理效果最好 其最佳用量为1 j 6 以木粉用量为标准 2 研究了放热型发泡剂a c 及吸热发泡剂 n a h c o 与放热发泡剂 a c 并 用对木粉 l d p e 复合材料进行化学发泡的效果 结果表明采用茂熟发泡剂和吸一 放热发泡剂都能使材料的密度显著降低 较未发泡材料下降2 0 左右 且对材 料的冲击性能都有一定改善 约为发泡前材料的1 5 倍 两者对材料密度和冲 击性能的改善效果相差不大 两者都会不同程度的使材料的某些力学性能受损 但后者对材料的力学性能影响较小 吸一放热发泡剂对木粉 l d p e 复合材料的发 泡效果明显优于放热发泡剂 3 考察了三种不同粒径 粒子形状的无机成核剂t g f 对材料性能及微 观结构的影响并归纳出无机粒子 用量小 在木粉 l d p e 发泡材料中的分布特点 成核剂t 对材料泡孔结构的改善效果优于成核剂g 对材料力学性能 特别是拉 伸强度和弯曲性能 的不良影响也明显大于成核剂g 成核剂f 对泡孔结构的改 善不明显 材料的密度随成核剂f 用量的变化也不大 s e m 照片显示无机粒子用 婴坐 兰竺 堂垡竺墨 量少时将在w f l d p e 发泡材料中呈现 选择性 分布的特点 即相对于分布在 树脂基体而言 无机粒子更倾向于分布在木纤维周边及内部与树脂的界面区 这种 选择性 分布现象不因无机粒子种类和形状不同而改变 无机粒子是否 呈现 选择性 分布 与纤维 树脂间界面粘结强度有较大相关性 4 初步考察了用废旧薄膜料 其它植物纤维填料 稻糠粉 秸秆粉 制备 木 塑发泡材料的可行性 发现采用薄膜回收料制得的发泡材料 除密度 拉伸 强度略低于新料制得的材料外 其余力学性能均高于采用新料制得的材料 稻 糠粉 l d p e 发泡材料和秸秆粉 l d p e 发泡材料密度略高于w f l d p e 发泡材料 稻 糠粉 l d p e 发泡材料的冲击强度和断裂伸长率十分突出但弯曲强度和弯曲模量 较羞 秸秆粉 l d p e 发泡材料的冲击强度 弯曲模量及强度均介于木粉和稻糠粉 对应体系的性能之间 其拉伸强度略高于木粉和稻糠粉对应体系 但断裂伸长 率最差 关键词 木粉低密度聚乙烯复合材料化学发泡成核剂 l l 堑些墼尘塑 堡堕堡墨墨箜堡全塑型塑堕壅 s t u d yo nl d p e w o o df l o u rc o m p o s i t e s m a j o r m a t e r i a l sp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e s h e n gx u m i ns u p e r v i s o r p r o l z h a n gw e i q i n p r e p a r a t i o no fw o o dp l a s t i cc o m p o s i t e s w p c i so n e o ft h ei m p o r t a n tm e t h o d s t or e p l a c en a t u r a lw o o da n dr e c y c l ew a s t ep l a s t i c s i nt h i sp a p e r t h eo p t i m u m c o n t e n t so ft h ea d d i t i v e si nl d p e w o o df l o u rc o m p o s i t ew a s i n v e s t i g a t e d b a s e d o nt h ef o r e g o i n gf o r m u l a t i o n t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o m p o s i t i o n t h e s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fl d p e w o o df l o u rc o m p o s i t ef o a m sw a ss t u d i e d s y s t e m a t i c a l l y d e p e n d i n go nt h es e mm i c r o g r a p h s t h ed i s t r i b u t i n gr e g u l a t i o no f t h en u c l e a t i o na g e n tu s e di nl d p e w o o df l o u rc o m p o s i mf o a m sw a sa l s od i s c u s s e d i na d d i t i o n t h ep i l o ts t u d yo i lt h ef e a s i b i l i t yo fw a s t ep l a s t i c sa n do t h e rn a t u r a lf i b e r s u s e di nw p cf o a m sw a sc a r r i e do u t t h em a i nw o r k sa n dc o n c l u s i o n sw e r el i s t e d 船 f o l l o w i n g 1 l d p e w o o df l o u rc o m p o s i t ew a sp r e p a r e df r o ml d p ea n dw o o df l o t t r t h e e f f e c t so ft h ec o n t e n to ft h ew o o df l o u r t h ee f f e c t so ft h et y p ea n dc o n t e n to fs u r f a c e t r e a t m e n ta g e n to nt h ep r o p e r t i e so fw p cw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e o v e r a l lp r o p e r t yo ft h ec o m p o s i t ew a st h eo p t i m u mw h e nt h ec o n t e n to ft h ew o o d f l o u rw a s3 0p h r a n dt h ec o n t e n to ft h es u r f a c et r e a t m e n ta g e n tcw a s1 o ft h e m a s sw e i g h to ft h ew o o df l o u r 2 t h ee f f e c t so ft h ec o n t e n to fe x o t h e r m i ca n de n d o t h e r m i cf o a m i n ga g e n to nt h e p r o p e r t i e so fl d p e w o o df l o u rf o a m sw e r es t u d i e d a n dt h er e d u c i n go ft h es p e c i f i c w e i g h to ft h ec o m p o s i t eb yt h eu s eo ff o a m i n ga g e n tw a ss t u d i e dt e n t a t i v e l y t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h eu s eo fc h e m i c a lf o a m i n ga g e n t c f a c o u l dd e c r e a s et h e s p e c i f i cw e i g h to ft h ec o m p o s i t ee f f e c t i v e l ya n di m p r o v et h ei m p a c tp r o p e r t yo ft h e i i i 一 婴坐查鲎堡主兰垡堡苎 c o m p o s i t e a st ot h eb l o w i n ge f f e c t t h ee n d o t h e r m i c e x o t h e r m i cb a l a n c e dc f a w a sb e t t e rt h a ne x o t h e r m i cc f a 3 t h ee f f e c t so fn u c l e a t i o n a g e n t st fa n dgo n t h e p r o p e r t i e s a n d m i c r o s t r u c t u r eo fl d p e w o o df l o u rc o m p o s i t ef o a m sw e r ei n v e s t i g a t e dr e s p e c t i v e l y n u c l e a t i o na g e n ttw a sf o u n dt op r o d u c et h em o s tf i n ea n du n i f o r mm i c r o s t r u c t u r e w h i l en u c l e a t i o na g e n tfh a dt h el e a s tb l i g h to nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h e f o a m s b yt h es e mm i c r o g r a p h s t h ep a r t i c l e so fn u c l e a t i o na g e n tw e r ef o u n dt o s c a t t e ro nt h ei n t e r f a c eb e t w e e nt h ew o o df i b e ra n dm a t r i x 4 t h ef e a s i b i l i t yo fw a s t ep l a s t i c sa n do t h e rn a t u r a lf i b e r su s e di nw p cf o a m s w a ss t u d i e d t e n t a t i v e l y t h e r e s u l t ss h o w e dt h eo v e r a l lp r o p e r t yo fw a s t e p l a s t i c w o o df l o u rc o m p o s i t ef o a m sw a sc l o s et ot h a to fl d p e w o o df l o u rc o m p o s i t e f o a m s i tw a sa l s op r o v e dt h a to t h e rn a t u r a lf i b e r sh a dt h ep o t e n t i a lt os u b s t i t u t ef o r w o o df l o u ra st h ef i u e r0 fw p cf o a m s k e y w o r d s w o o df l o u r l o wd e n s i t yp o l y e t h y l e n e c o m p o s i t e c h e m i c a lf o a m i n g n u c l e a t i o na g e n t 盛旭敏术粉 低密度聚乙烯复合村料的研究 1 前言 木 塑复合材料是近年来环保型复合材料研究的重点 这是一类将木材的 加工废料以刨花 纤维 木粉的形态作为增强材料或填料添加到塑料中 通过加 热使木材与熔融的塑料进行复合而得到的新型材料 用这类材料制成的产品比 木材有更好的耐老化性能 耐吸水性和耐翘曲性能 且成本比纯木材或塑料低 4 0 6 0 可广泛用于建筑工业 如地板 垫板 柱子 各种装修用线条等 轻工业 如家具 工艺品 乐器等 军事工业 如枪托 枪架 小型飞机螺旋桨 等 及木材工业等 具有广阔的市场及应用前景l l 木 塑复合材料也有一些不足 如使用木纤维作填料会使材料的延展性 冲 击强度等都有下降 其脆性大于纯塑料 此外 木 塑复合材料的密度通常为实 木材料密度的两倍 也在一定程度上限制了它的应用 2 通常可采用发泡成型 的方法来改善木 塑复合材料的这些不足 对木 塑复合材料发泡 可采用物理 发泡法和化学发泡法两大类 前者是用低沸点的物质作发泡剂 靠加热挥发产 生的气体进行发泡 后者是靠化学物质加热时分解或反应产生的气体进行发泡 为保证材料具有一定的剐性和强度 发泡程度通常以低发泡为宜 即发泡后材 料密度大于0 4g c m 3 j o 1 1 木 塑复合材料的发泡研究现状 大多数木材纤维的降解温度在2 0 0 c 以下 超过此温度 木纤维会降解而导 致材料强度下降 因此木 塑复合材料的基体树脂的熔融温度应低于2 0 0 2a 一 般选用聚氯乙烯 pvc 聚烯烃 p e p p 聚苯乙烯 p s 等作为木 塑复 合材料的基体 其中 以聚氯乙烯为基体的木 塑复合材料是国内外学者进行发 泡研究的重点 1 1 1 以聚氯乙烯为基体的木 塑复合材料的发泡研究 物理发泡法和化学发泡法对制备发泡pvc 木纤维复合材料均适用 由于 p v c 树脂加工时需要添加多种助剂 发泡有一定困难 加入木纤维后 树脂熔体 型查兰堡生兰垡堡壅 粘度 制品刚度等都有增加 也进一步增加了pvc 木纤维复合材料的发泡难 度 研究表明 影响材料泡孔形态的因素通常有增塑剂含量 木纤维表面改 性处理 木纤维与树脂的混合 发泡时间和发泡温度等 1 i 1 i 物理发泡法 用物理法制备发泡pvc 木纤维复合材料有三大步骤 1 将pvc 与改性 或未经改性处理的木纤维在高强度密炼机中混合 然后在压机上模压成板状试 样 2 将试样置于室温压力容器中 在一定压力下进行c02 气体的饱和渗透 使c02 pvc 及c02 复合材料体系具有热力学的不稳定性 3 一段时间后取 出试样 将其置于一定温度下的甘油浴中加热 在此过程中 由于试样周围压 力的骤降和温度的升高 气体向材料中的泡核聚集 从而使气泡长大 完成发 泡过程 该发泡过程可参见图i l 5 1 气瓶 密 圈 甘油浴 l f 匿b i 温控装置 图i ipvc 术纤维复合材料物理发泡过程示意图 国外研制的发泡pvc 木纤维复合材料多采用此法制备 i a t u a n a l a u r e n tm 等指出发泡pvc 木纤维复合材料的孔隙率是受材料的组成和发 泡工艺控制的 材料的拉伸和冲击性能对泡孔形态的变化敏感 发泡过程中试 样获得的气体饱和度也是影响材料结构和性能的重要因素 此外 他们还添加 了冲击改性剂对发泡pvc 木纤维复合材料进行改性 结果表明 采用不同种 盛旭敏术粉f 氐密度聚乙烯复台材料的研究 类的冲击改性剂都会加速发泡过程中的气体流失 不利于泡核长大 从而抑制 了发泡过程的进行 所获得的试样孑l 隙率接近未发泡的试样 6 国内学者在这方面也做了一些工作 国明成 3 等以物理发泡法制得的发泡 pvc 木纤维复合材料为研究对象 选用氨基硅烷作为木纤维的表面处理剂 研究了材料中增塑剂含量 表面改性处理 发泡时间 发泡温度等条件对发泡 率 泡孔形态及制品物理力学性能的影响 结果表明 木纤维进行表面改性处 理后 与pvc 的粘合性能明显改善 试样的孔隙率 冲击强度 比断裂伸长率 等也有一定提高 各种加工条件 发泡温度 发泡时间 对泡孔形态有重要影 响 过高的温度与过长的时间都会由于泡孔的合并或气体的散失而使泡孔密度 减小 孔隙率降低 使宏观物理性能受损 l i nh o n g r u 8 l 等用硅烷为处理剂 对 比了木粉未处理和已处理两种情况下pvc 木纤维复合材料试样的气体渗透 能力 发现木粉处理后会降低试样的气体渗透能力 并研究了发泡pvc 木纤 维复合材料的性能 发现材料的拉伸强度随木粉含量的增加丽增加 木粉处理 后 这种趋势更明显 木粉处理与否对试样的动态力学性能影响不大 1 1 1 2 化学发泡法 聚氯乙烯木 塑复合材料也可用添加化学发泡剂的方法 即化学发泡法 进 行发泡 方法简述如下 先将pvc 树脂与稳定剂 增塑剂等助剂在高速混合 机中加热混合制得干混料 然后将干混料与改性后的木粉和发泡剂等组分通过 挤出发泡成型 根据发泡过程中热量变化的不同 化学发泡剂可分为放热发泡剂和吸热发 泡剂 m e n g e l o g l u f a t i l 9 1 等研究了化学发泡剂的种类对发泡pvc 木纤维复 合材料密度及泡孔形态的影响 结果表明 化学发泡剂的种类不影响材料的密 度 但要影响泡孔的大小 放热发泡剂产生的孔径小于吸热发泡剂 国内学者多采用放热发泡剂对pvc 木纤维复合材料进行化学发泡 苑会 林 删等采用了化学发泡的思路 用脂肪酸 铝酸酯和丙烯酸烷基酪接枝聚合表 面处理的木粉制备聚氯乙烯 木粉发泡复合材料 研究了木粉的处理方法和含量 以及增塑剂dop 用量对复合材料力学性能 发泡性能的影响 用扫描电予显 微镜 se m 对木粉和p v c 基体之间的结合界面进行了观察a 结果表明 1 一 删尘兰堡 兰堡堡苎 用铝酸酯和丙烯酸丁酯偶联剂处理木粉可显著提高发泡材料的力学性能 2 体系中加入适量增塑剂d0p 可显著改善复合材料的加工性能和力学性能 3 由sem 观察可知 经过偶联或表面接枝处理的木粉填充的pvc 复合材料 在 木粉和pvc 之间形成较高强度的界面层 姚祝平 i 着重研究了挤出成型工艺对化学发泡pvc 木纤维复合材料的 影响 工艺流程如图卜2 所示 得出以下结论 1 挤出压力越大 气泡数量 越多 气泡直径越小 发泡倍率随之增大 2 在充分塑化的条件下 应采用低 温挤出 螺杼和成型模具等设备也应具有低温挤出特性 以保证泡孔有良好的 形态和较小的直径 利用此技术 他们成功的生产出发泡硬质pvc 木粉体系 的门窗型材 建筑及装饰型材和出口货物塑料托盘型材等 可见化学发泡法制 备发泡pvc 木纤维复合材料的技术具有较高的市场推广价值 图卜2pvci 术纤维复合材料化学发泡工艺流程圈 1 1 2 以聚烯烃类树腊为基体的木 墼复合材料的发泡研究 以聚烯烃类 p e p p 树脂为基体的木 塑复合材料较以聚氯乙烯为基体 的木 塑复合材料有更高的热变形温度 成本也较低 由于聚烯烃类树腊具有较 高的结晶性 较难发泡 国内外对这类材料的发泡研究较少 这类发泡材料的 制备类似于p v q 类发泡木 塑复合材料 仍可用物理发泡法和化学发泡法制得a 4 盛旭敏木粉7 氐密度聚乙烯复合材料的研芤 1 1 2 1 物理发泡法 d o r o u d i a n i s i l 剐等将木粉与h d p e 在高速混合机中混合后 经挤出造粒 并注塑成试样 然后将试样在高速加热循环中进行c02 渗透最终制得发泡材 料 测试性能发现 发泡后材料的冲击性能有一定程度的提高 但未达到纯树 脂的冲击性能 发泡后材料的拉伸强度和弯曲模量降低 在扫描电镜下观察到 木纤维与基体的界面结合不好 木纤维在发泡过程中充当了泡核 r a c h t a n a p u n p b 3 1 等以h d p e p p 木纤维体系为研究对象 用物理发泡法 制得发泡材料 考察了加工工艺 发泡温度和时间 共混物组成及木粉的加入 对体系结晶性能 试样的c02 渗透性 材料孔隙率及泡孔形态的影响 结果表 明 1 试样的c02 渗透性随h d p e 含量的增加而降低 添加木粉试样的气体渗 透性低于h d p e p p 试样的渗透性 2 气体流失率对孔隙率的影响大于气体在材 料中的溶解率 g 3 9 3 u m f 1 0 7 u m 三者市场售价高低顺序为 t f g 木粉 l d p e 发泡材料中分别 添加成核剂t g f 所获得的最佳性能见表4 5 通过本部分实验发现 形状同为圆球状的无机粒子t 对材料泡孔结构的改 善效果明显优于粒子g 发泡材料中添加t 可以进一步减轻自重 但t 对材料 力学性能 尤其是拉伸强度和弯曲性能 造成的不良影响也啜显大于g 少量 添加g 对材料性能无明显改善 成核剂f 特殊的粒子形状不利于气体在其表面依附并向三维方向扩展 相 对于成核剂t g 而言 成核剂f 对泡孔结构的改善不明显 材料的密度随成核 剂f 用量的变化也不大 但成核剂f 特殊的粒子形状能增加它与树脂结合的紧 密性 从而能以最少的添加量获得相对最好的力学性能的原因所在 参见表 4 5 f 更适合在木 塑材料中充当第二填料的角色 若加大f 用量应该能对木 塑发泡材料起到增强和增刚的作用 一 壁丝壁垒塑 堂堕墨兰塑墨鱼塑型塑里塑 从本章的电镜照片可以看到 无机粒子用量较少时 会在w f l d p e 发泡材 料中具有 选择性 分布的特点 即无机粒子倾向于分布在木纤维周边及内部 与树脂的界面区 这种 选择性 分布现象 不随无机粒子种类和形状而改变 表 5 添加成核列t g f 获得的最佳性能对比 成核剂种类 密度拉伸强度冲击强度断裂伸长率弯曲强度弯曲模量 配方 眺m 3 m p a l j m 2 皿旧a m p a 未加 b 3 0 6 2 i 4 1 1 0 8 4 1 2 5 5 0 2 1 5 0 t c 4 0 5 5 3 9 7 i o 4 9 2 7 3 8 511 3 2 g c 9 0 6 5 5 1 3 9 7 4 2 8 4 2 5 1 4 4 0 f c 1 3 o 6 4 5 5 0 9 4 9 1 8 4 6 0 1 9 1 9 4 4 参考文献 1 陈桂兰 张英光 吸群拦占跗发糟母慰移鼎鹕 应够中国塑料 1 9 9 9 1 3 1 2 5 8 6 2 2 冯绍华 刘国清 发憎瘌臼扩h i p s 拼出自亩毹霓梅劫铝筮艚撤影张现代塑料加工应用 1 9 9 8 1 0 3 2 6 2 8 3 巩桂芬 陈德忠 张玉军等 穗贾斑发穆尸v c 捉杉貉凹r 言的谚览工程塑料应用 2 0 0 4 3 2 1 2 2 8 3 1 4 李卓伟 舻旧解或芽自亩发艚辫出掰材生产r 掷乒聚氯乙烯 2 0 0 1 1 2 3 2 8 5 李镇江 掰硗览赛乙帮发地希的笙产殁影蒋西煮金山油化纤 1 9 9 4 3 4 5 4 8 4 1 婴型查兰塑土堂垡堡兰 5 配方实用性和填料替代性的初步考察 5 1 前言 随着塑料工业的迅猛发展 废旧塑料的不可降解性也引起了 系列的环境 问题 废旧聚烯烃制品 如农膜 包装膜等 因其使用广泛 数量巨大 加之 缺少环保意识和管理很差 已造成较为严重的污染 木 塑复合材料作为绿色环 保材料 其环保性首先体现在树脂基体上 在木 塑材料加工技术中不仅可使用 新塑料 一同样可使用回收的废旧塑料进行加工 大力开发废旧聚烯烃塑料和木 粉的共混加工尤为重要 木 塑复合材料的环保性还体现在其填料的可替代性上 广义上讲 木 塑 复合材料所用植物纤维填料的来源除了锯末 刨花以外 还包括秸杆 稻糠壳 玉米棒花 花生壳等 这些农作物茎杆及果壳的化学组分与木材纤维相似删 它们经过粉碎研磨 烘干后即可取代木粉用于木 塑复合材料的制备 可见 木 塑复合材料的填料来源十分广泛 且价格低廉 充分利用这些材料既可创造可 观的经济效益 又可达到治理环境的目的 我国在回收材料生产木 塑复合材料以及该类材料回收方面起步较晚 在这 方面的研究也较少 本章以添加成核剂g 的发泡体系为基础 着重考察在生产 设备未经改动的前提下 用废旧薄膜料替代树脂新料制备木 塑发泡材料的可行 性 对比了采用其它植物纤维填料 稻糠粉 秸杆粉 替代木粉作为木 塑材料 填料的优劣性 5 2 实验部分 5 2 1 主要原料及配方 低密度聚乙烯 l d p e 1 1 2 a 燕山石化 m f r 2 9 l o m i m 薄膜回收料 自 制 木粉 稻糠粉 秸秆粉 自制 6 0 8 0 目 h c z n o d c p 表面处理剂c 及无机成核剂g 市售 壁盟墼查塑 堡堕堕鍪圣堕墨盒塑坚塑塑窒 5 2 2 试样制备 首先将木粉 稻糠粉和秸秆粉在相同的温度 时间下进行干燥 并按相同 的步骤进行表面处理 然后分别与聚乙烯及助剂等在双辊塑炼机上均匀混合并 塑炼 塑炼温度为1 0 0 1 2 0 再经压制成型后制得板材 压制温度为1 6 0 1 8 0 最后将板材锯成试样 5 2 3 力学性能测试 5 2 4s e m 分析 5 3 结果与讨论 5 3 1 添加薄膜回收料对材料性能的影晌 职川大学硕i 学位论文 表5 2 薄膜回收料添加量对材料性能的影响 配方编号 密度拉伸强度冲击强度 断裂伸长率 弯曲强度弯曲模量 g c m m p a k j m m p a l l p a 薄膜回收料添加量对材料性能的影响见表5 2 总体看来 由薄膜回收料 与木粉制成的复合材料具有和新料生产的复合材料相近的强度和物理性质 原 因在于 1 本实验中所用的薄膜废料为简单再生料 是通过回收塑料剃品厂的 薄膜废品及边角料粉碎而成的 这种回收料比较干净 成份也相对单一 与新 料的性能相差不大 2 薄膜回收料中的主要成份除了聚乙烯外 通常还含有线 型低密度聚乙烯 l l d p e 这种树脂的刚性和强度均优于l o p e 在一定程度上 也能弥补回收料的不足 3 3 在双辊塑炼阶段 薄膜回收片料比l o p e 粒料更易 塑化 木粉也更易与树脂混合均匀 两者结合也更紧密 5 3 2 改变填料种类对材料性能的影响 当用量均为3 0 p h r 时 不同植物纤维填料对发泡材料的填充效果对比见表 5 3 由表5 3 可知 以稻糠粉为填料的发泡材料具有十分突出的冲击强度和断 裂伸长率 这两项指标分别为以木粉为填料的材料的1 6 1 倍和1 6 4 倍 但弯 曲强度和弯曲模量较差 仅为以木粉为填料的材料同类指标值的7 0 和5 9 以 秸秆粉为填料的发泡材料的冲击强度 弯曲模量及强度均介于术粉和稻糠粉对 应体系的性能之间 其拉伸强度略高于木粉和稻糠粉对应体系 但断裂伸长率 o 5 9 5 5 6 m m 姗 m 粥 巧 鸵 虬 叭 曲 4 4 3 4 4 5 勰 伸 拍 船 舵 站 m m 粥 口 他 吼 心 b 弛 他 阳 5 4 4 4 3 5 2 卯 卯 印 舛 0 o 0 o o 0 凹 m 以 以 曲 壁塑壁查塑 堡垄堕塞圣堡墨鱼盟整塑旦窒 是三者中最差的 总体看来 以稻糠粉和秸秆粉填充的发泡材料的密度高于以 木粉填充的材料 略超过实木材料密度的上限值 从性能上看 这三种植物纤 维填料各有优劣 以木粉为填料的材料性能相对平均 参见图5 一1 妻5 3t l 目n f f 量下 3 0 0 h r 不同植物纤维填料对材料的填充效果对比 配方编号密譬 拉伸强度冲击强度断裂伸长率 弯曲强度弯曲模量 g c i n 肌p a k j i m f m l e a 肌p a 木粉 c 9 o 6 55 1 3 9 7 4 2 8 4 2 51 4 4 0 糠粉 d 6 0 7 25 1 0 1 5 6 9 4 6 2 9 98 4 9 秸秆 d 7 o 7 1 i 4 7 1 2 4 0 2 3 3 6 51 3 1 4 虽然木粉 秸秆粉和稻糠粉都是植物纤维类填料 具有相似的化学组成 但三者的微观结构不同 这直接导致了三者填充效果的差异 从 5 3 3 2 的 电镜照片中 可以明显看到三者微观结构的差异 6 5 丑4 薹3 刘2 1 0 密度拉伸强度弯曲强度 t 密度 拉忡强虞 弯曲强座的对比 四川大学硕上学位论文 冲击强度弯曲模置断裂伸长率 b 冲击强度 弯曲模量 断裂伸长率的对比 图5 1 分别以不同植物纤维为填料的发泡材料性能对比 5 3 3s e m 观察结果 5 3 3 1 添加薄膜回收料的观察结果 图5 2w f 3 0 p h r i w i i t 回收t 4 1 0 0 p h r 发泡材料断面扫描电镜照片 木粉用量为3 0 p h r 时 全部采用薄膜回收料制得的发泡材料断面扫描电镜 如加 们加 丑靛耀掣 盛旭敏木粉 低密度聚乙烯复台材料的研究 照片如图5 2 所示 对比图5 2 和图4 5 不难看出 在同样的配方和加工条件 下 木粉在全用回收料和全用新料制得的发泡材料中的分散均匀度相差不大 但木粉与基体的界面结合情况有一定差异 木粉与前者的结合更加紧密 此外 在回收料制得的材料中观察不到图4 5 和图4 7 中无机成核剂粒子 选择性 分布的现象 这也提示我们 无机成核剂粒子是否呈现 选择性 分布 与纤 维 树脂间界面粘结强度有一定相关性 5 3 3 2 添加不同填料的观察结果 稻糠粉 3 0 p h r l d p e 发泡材料断面扫描电镜照片如图5 4 所示 在图5 4 左 放大倍数为5 0 倍的照片中观察不到明显的粗纤维束 原因在于稻糠粉具 有不同于木粉的微观结构 粉碎后的稻糠粉呈现出内部的蜂窝状结构 参见图 5 3 右 以这种结构出现的稻糠粉在有大量泡孔的材料断面中是很难分辨的 当放大倍数为5 0 0 倍 图5 4 右 后 可以观察到稻糠粉中的纤维以 环岛礁 的形式与树脂基体相结合 纤维与树脂结合紧密且有层次感 这种结合方式有 利于材料在受到外部冲击 迅速分散外应力 因此稻糠粉 l d p e 发泡材料具有 突出的冲击强度及断裂伸长率也就不足为奇了 圉5 3 稻辕耪 6 0 8 0 县 的扫描电镜照片 4 7 四川大学硕u 上学位论文 图5 4 稻糠粉 3 0 p h r l d p e 发泡材料断面扫描电镜照片 秸秆粉 3 0 p h r l d p e 发泡材料断面扫描电镜照片如图5 5 所示 对比图 4 5 和5 5 可看出 秸秆纤维长径比大于木纤维 其纤维与树脂基体结合十分 紧密 无机粒子g 在秸秆粉 l d p e 发泡材料中主要分布在基体内 而非像在 w f l d p e 发泡材料中呈现 选择性 分布 究其原因 应该是秸秆纤维与树脂 间的粘结强度高于木粉与树脂间的粘结强度 无机粒子难以进入秸秆纤维与树 脂的界面层造成的 图5 5 秸秆粉 3 0 p h r l d p e 发泡材料断面扫描电镜照片 盛旭敏术榭低密度聚乙烯复合材料的研究 本章首先考察了用废旧薄膜料替代树脂新料制各木 塑发泡材料的可行性 结果表明完全采用薄膜回收料制得的发泡材料 除密度 拉伸强度略低于新料 制得的材料外 其冲击强度 断裂伸长率 弯曲强度及模量均高于采用新料制 得的材料 可见 在生产设各不经改动的前提下 用废旧薄膜料替代树脂新料 制各木 塑发泡材料是可行的 本章也对比了采用其它植物纤维填料 稻糠粉 秸杆粉 替代木粉作为木 塑材料填料的优劣性 1 密度对比 以稻糠粉和秸秆粉填充的发泡材料的密度略超过实木材料密 度的上限值 0 7 9 c m 3 2 力学性能对比 稻糠粉 l d p e 发泡材料具有十分突出的冲击强度和断裂 伸长率 但弯曲强度和弯曲模量较差 以秸秆粉为填料的发泡材料的性能中 除拉伸强度略高外 其余力学性能均低于稻糠粉对应体系 3 材料微观结构对比 稻糠粉中的纤维以 环岛礁 的形式与树脂基体相 结合 纤维与树脂结合紧密且有层次感 秸秆纤维长径比大于木纤维 与树脂 基体结合紧密 无机粒子g 在秸秆粉 l d p e 发泡材料中主要分布在基体内 而 非像在w f l d p e 发泡材料中呈现 选择性 分布 由此可以推断 无机粒子是 否在植物纤维 l d p e 发泡材料中里现 选择性 分布 与纤维 树脂间界面粘结 强度有较大的相关性 当纤维 树脂间界面粘结强度大到一定程度时 无机粒子 难以进入界面层而分布在树脂基体中 5 4 参考文献 1 苑志伟 魏若奇编 塑衣笙赖 鹩废饵塑料而燎北京 化学工业出社 2 0 0 2 2 1 8 2 邬义明主编 搿锄留 鳝化号 毫北京 中国轻工业出版社 2 0 0 0 2 4 3 宋卓颐 史勤芳编 坐獬原料与功张北京 科学技术文献出版社 2 0 0 3 1 1 四川大学硕 学位论文 6 总结和展望 6 1 总结 本论文以研制实木材料的轻质替代品及回收塑料的再生利用为出发点 采用 低密度聚乙烯 l d p e 树脂为基体 木粉 w f 为填料 对w f l d p e 复合材料中 各主要助剂种类 用量进行了探讨 在确定了助剂最佳用量的基础上 进一步 研究了w f l d p e 发泡材料的组成与性能 结构之间的关系 并利用扫描电镜 s e m 观察到无机成核剂粒子在w f l d p e 发泡材料中的分布规律 此外 也初 步探讨了回收塑料及其它植物纤维填料在制备木 塑发泡材料中应用的可行性 本论文取得了以下一些主要成果 1 对w f l i p e 复合材料填料及各助剂种类用量的研究表明 木粉用量为 3 0 p h r 时比较适中 在初选的5 种表面处理剂中 以处理剂c 对木粉的表面处 理效果最好 其最佳用量为木粉用量的1 左右 2 以w f 3 0 p h r c 处理剂 1 l d p e 1 0 0 p h r 的体系为基础 探讨了 用放热型发泡剂a c 对w f l i p e 复合材料进行化学发泡的效果 结果表明 a c 用量为4 p h r 交联剂1 c p 用量为0 8 p h r 时 材料的密度较发泡前下降了约2 5 拉伸强度 断裂伸长率 弯曲强度及弯曲模量分别下降了1 5 2 5 3 0 和2 3 冲击强度是发泡前材料的1 4 9 倍 由s e m 观察此用量下的材料断面 发现断面 存在局部并孔的缺陷 这种现象是由a c 发泡剂热分解放热量大 局部过热造成 的 此外 也探讨了吸热发泡剂 n a h c 0 3 与放热发泡剂 a c 并用时盯 l d p e 复合材料的发泡效果 结果表明 发泡剂a c n a h c 0 3 及助发泡剂z n o l 的用 量分别为2 p h r 0 5 p h r 0 4 p h r 0 2 5 p h r 时 材料的密度较发泡前的材料下 降了约2 0 拉伸强度 断裂伸长率及弯曲强度分别下降了5 1 9 1 9 弯 曲模量及冲击强度分别是发泡前材料的1 4 9 倍和1 5 3 倍 此时由s e m 观察材 料断面 未发现局部并孔等缺陷 可见 n a h c 0 3 及助发泡剂l 的加入 在一定 程度上改善了a c 发泡剂的不足 用吸一放热发泡剂制得的发泡材料在综合性能 和微观结构上均优于放熟发泡剂制得的材料 3 以w f 3 0 p h r c 处理剂 1 l 1 p e 1 0 0 p h r a c 4 p h r 的体系为 基础 考察了三种不同粒径 粒子形状的无机成核剂t g f 对材料性能及微 5 0 壁塑墼查塑 堡堂堡至圣塑墨全塑整塑塑塞 观结构的影响a 从对材料泡孔结构的改善效果看 同为圆球状的无机粒子t 优 于g 添加t 可以进一步减轻材料自重 但t 在对材料力学性能 特别是拉伸 强度和弯曲性能 造成的不良影响也明显大于g 少量添加无机粒予g 对材料 的力学性能无明显改善作用 f 的粒子为扁平片状 此形状不利于气体在其表 面依附并向三维方向扩展 故成核剂f 对泡孔结构的改善不明显 材料的密度 随成核剂f 用量的变化也不大 相对于充当成核剂而言 f 更适合在材料中充 当另一种填料的角色 若加大f 用量应该能对木 塑发泡材料起到增强和增刚的 作用 通过电镜照片可以看到 无机粒子在w f l d p e 发泡材料中具有 选择性 分布的特点 即相对于分布在树脂基体而言 无机粒子更倾向于分布在木纤维 周边及内部与树脂的界面区 且这种 选择性 分布现象不因无机粒子的种类 和形状不同而改变 无机粒子是否呈现 选择性 分布 与纤维 树脂间界面粘 结强度有较大相关性 4 初步考察了用废旧薄膜料 其它植物纤维填料 稻糠粉 秸秆粉 制备 木 塑发泡材料的可行性 结果表明完全采用薄膜回收料制得的发泡材料 除密 度 拉伸强度略低于新料制得的材料外 其冲击强度 断裂伸长率 弯曲强度 及模量均高于采用新料制得的材料 可见 在生产设备不经改动的前提下 用 废旧薄膜料替代树脂新料制各木 塑发泡材料是可行的 以稻糠检和秸秆粉填充 l d p e 制得的发泡材料的密度高于以术粉填充的材料 略超过实木材料密度的上 限值 o 7 0 9 c m 3 稻糠粉 l d p e 发泡材料具有十分突出的冲击强度和断裂伸 长率 这两项指标分别为木粉 l d p e 发泡材料的1 6 l 倍和1 6 4 倍 但弯曲强 度和弯曲模量较差 仅为后者的7 0 n 6 和5 9 5 以秸秆粉为填料的发泡材料的冲击 强度 弯曲模量及强度均介于木粉和稻糠粉对应体系的性能之间 其拉伸强度 略高于木粉和稻糠粉对应体系 但断裂伸长率最差 通过s e m 可观察到 稻糠 粉中的纤维以 环岛礁 的形式与树脂基体相结合 纤维与树脂结合紧密且有 层次感 秸秆纤维长径比大于木纤维 与树脂基体结合紧密 无机粒子g 在