发泡PE木塑复合材料的研究进展

发泡PE木塑复合材料的研究进展 ?塑?工业第卷增刊?月发泡木塑复合材?的研究进展马立波。 王自瑛（常州工程职业技术学院，江苏常州）摘要综述了发泡木塑复合材?的配方体系、加工设备、加工工艺方面的研究进展。 关键词木塑复合材?；发泡；，（，），；木塑复合材?（英文缩写）是由塑?（、等）与天然植物纤维（锯木粉、糠壳、花生壳、稻杆等）经过挤出、模压、注射等方法制造而成。 所选用塑?可以是新?，也可以是回收塑?，添加的植物纤维资源丰富，价格低廉，可回收利用，可降解处?，而且又具有密度低、有弹性、在加工过程中对设备磨损小等特点。 制成的木塑型材综合了塑?与木材的性能优点，具有耐腐蚀、耐候性、防潮、防晒、硬度高等特点，同时还可以像木材一样在实际使用过程中根据自己的要求进?二次加工。 在木塑复合材?基体树脂中，主要使用的原?树脂中为，为，为）。 虽然木塑复合材?具有上述优点，但是由于植物纤维在加工过程中被压缩导致制品密度过大（是传统木材密度的近倍），给搬运、施工加工带来一定困难。 同时由于纤维本身亲水性，塑?疏水性，使它们之问的结合?很小，导致产品的?学（拉伸和弯曲）强度比未填充塑?要小。 植物纤维的加入降低了塑?本身的韧性，冲击强度相应降低。 为了克服以上缺点，扩大木塑复合材?的应用范围，人们将发泡技术引入到木塑复合材?的加工过程当中，取得了较好的效果。 发泡是由发泡剂在聚合物熔体相中形成气体相的过程。 气体相的形成可以通过溶解气体的分离、挥发性气体的气化或化学反应产生的气体的释放等实现。 无论采用何种发泡方法和成型工艺，一个典型的发泡过程可以分为以下四个步骤（）聚合物发泡剂均相溶液的形成；（）气泡成核；（）气泡增长；（）气泡稳定和固化。 发泡木塑复合材?的配方体系基体树脂都具有结晶结构，超过熔点黏度会迅速下降，发泡时产生的气体容?造成熔体破裂，所以发泡只能在结晶熔点附近进?。 但的结晶受分子链支化度的影响，随着支化度的增加大分子链的规整性和对称性降低，结晶能?随之降低，结晶度降低，的密度也变小。 工业上以熔体质?流动速率衡?它的平均摩尔质?，是选择聚乙烯树脂品种的重要依据。 ?的熔体质?流动速率低，则其摩尔质?高，熔体黏度大，有利于发泡，所以在条件允许的情况下尽?选择熔体质?流动速率相对低的作为发泡树脂。 也可以通过交联的方法增加的熔体强度，以合适的黏度将气体包围，从而才能最终形成大?独立的闭孔结构。 发泡剂发泡剂主要分为物?发泡剂和化学发泡剂两大类。 物?发泡剂包括惰性气体和低沸点的液体两类。 惰性气体包括氮气和二氧化碳；低沸点的液体包括丁烷、戊烷、二氯氟甲烷、二氧二氟甲烷、三氟三氯乙烷、二氯四氟乙烷等。 其中的丁烷、戊烷?燃?爆，在挤出过程中由于静电聚集放电产生火花而引起火作者简介马立波，男，?生，主要从事功能材?的?论和工艺研究。 第卷增刊马立波等发泡木塑复合材?的研究进展灾；而氯氟烃（）系列对地球臭氧层具有破坏作用，各国已经禁用。 利用超临界流体发泡技术，在加工的过程中聚合物承受的高温高压作用与，发泡剂的超临界点相态区（超临界点的温度与压?是，）是一致的。 因此，在一定温度下采用临界点上的压?把从挤出机中段（物?基本熔融）中注入，使其溶解在聚合物中，形成浓度均匀的聚合物气体饱和体系。 等成功将与牛皮纸浆、木粉进?混合，经过造粒，注射成样条。 然后向样条中注入达到饱和状态，最后快速加热使其发泡。 化学发泡剂主要有吸热型发泡剂（如）和放热型发泡剂（如偶氮二甲酰胺、）两种，由于它们的热分解?为?同而影响聚合物熔体的黏弹性和发泡形态。 吸热型发泡剂可冷却基体和稳定气泡结构；而放热型发泡剂可能导致?可控制的热?发展并降低熔体黏度，结果出现气泡合并或产生大气泡现象。 但是用木粉作填?时，化学发泡剂的类型对复合材?发泡成型中气泡结构形态的影响有所?同。 综合考虑，现在发泡木塑复合材?加工大多采用发泡剂为主发泡剂，用?一般在份左右。 当然也可以和其他发泡剂复配形成配合发泡剂，或添加辅助发泡剂改进发泡效果。 阎春绵等研究了和（），对发泡剂的活化作用，可以使的分解温度明显降低，与挤出温度相适应。 当二者配合比例为（），时，助发泡剂对泡孔结构影响很大，随着其用?的增加，泡孔逐渐减小，密度降低，当每中用?超过时，密度又会增大，泡孔直径变大，泡孔开始破裂，材?表面粗糙，回弹性?好，泡沫收缩厉害。 盛旭敏等用模压法制备木粉低密度聚乙烯发泡材?。 通过差示?热扫描分析，考察了纯偶氮二甲酰胺（）及与共混物、纯及与柠檬酸（）共混物的热分解特性，探讨了发泡剂、柠檬酸、交联剂过氧化二异丙苯等对材?学性能的影响，并在扫描电镜下观察了材?断面的微观形态。 结果表明采用放热发泡剂和复合发泡剂都能使复合材?密度下降左右，发泡后材?的冲击性能为发泡前体系的倍左右；复合发泡剂的发泡效果优于单放热发泡剂的效果。 及助发泡剂的加入，在一定程度上改善了发泡剂的?足，用吸一放热发泡剂制得的发泡材?在综合性能和微观结构上均优于放热发泡剂制得的材?。 价格低于，使用复合发泡剂后用?降低，有利于降低产品成本。 偶联剂为了增加树脂基体与植物纤维的相容性，改善制品的?学性能，有必要在配方设计过程中考虑添加偶联剂。 常用的偶联剂有马来酸酐、亚油酸、氨基硅烷及钛酸酯偶联剂。 其中亚油酸被认为是最合适的偶联剂；氨基硅烷偶联剂处?木粉表面比较有效，其界面接触角提高，表面张?降低，木粉表面由亲水变为疏水，增强了木粉与树脂的联结强度；钛酸酯偶联剂可明显改善木塑复合材?的表面质?、减轻熔体破裂、提高?学性能。 苑会?等使用铝酸酯偶联剂、丙烯酸丁酯预聚物对木粉进?表面处?，将其混合到聚氯乙烯发泡板材配?中进?板材加工生产，结果表明经处?的木粉能提高发泡板材的拉伸强度和冲击强度。 用铝酸酯偶联剂处?木粉的发泡板材?学性能好于用丙烯酸丁酯预聚物处?的板材；而用丙烯酸丁酯预聚物处?木粉的复合材?在流变加工性能优于用铝酸酯处?木粉的复合材?。 其他助剂由于的结晶性?利于气体发泡，可通过加入使之交联，用流变仪测定加入后熔体的黏度的变化选择合适的加入?。 同时根据热点成核?论，成核剂的加入形成大?的气泡核，这样才有利于气泡的形成，并提高泡孔细度，从而得到泡孔均匀、细密的泡沫体。 可以考虑将滑石粉作为成核剂加入到配方体系当中，改善发泡木塑复合材?的发泡性能。 为了改进物?的流动性能和边缘撕裂性能，提高木塑复合材?的整体外观，可以添加一定?的润滑剂。 常见的润滑剂包括硬脂酸锌、石蜡、氯化聚乙烯、乙撑双硬脂酸酰胺（）等。 方晓钟研究了两种润滑体系在木塑复合材?中的应用，测试了材?的?学性能和加工性能。 结果发现，润滑剂需用?大约并保持物?较快塑化、形成较大的挤出压?，才能使木塑复合材?获得较高的挤出速度和较好的外观质?，产品的?学性能则基本?受润滑剂品种的影响。 此外，抗紫外线剂、抗氧剂、光稳定剂、防菌剂的加入使木塑复合材?用在户外寿命增加，着色剂的加入可以满足人们的?同审美需求。 总之，在?同的产品和?同使用场合，根据实际的要求选择合适的加工助剂及用?。 发泡木塑复合材?的设备常规单螺杆挤出机的物?输送和塑化能?较弱，用于成型加工的单螺杆挤出机必须采用特殊设计的螺杆，螺杆应具有较强的物?输送和混炼塑化能?塑?工业正?。 而且在挤出之前常常对物?进?混炼制粒。 目前双螺杆挤出机为的主要加工设备，双螺杆挤出机又分为同向平?双螺杆挤出机、异向平?双螺杆挤出机和异向锥型双螺杆挤出机。 同向平?双螺杆挤出机往往是由双阶挤出机组成，将木粉干燥和树脂熔融分开进?。 可以直接加工木粉或植物纤维，在完成木粉干燥后，再与熔融的树脂混合、连续挤出，因此称为“木材用挤出机”。 尽管这种双阶挤出机可以进?木粉的干燥；但对原?木粉的水含?有一定要求，一般为（质?分数）。 另一种类似的挤出机是木粉加入挤出机主?口，挤出机前段为脱水、脱挥装置，然后通过侧加?器加入塑?树脂、添加剂；因此挤出机相对较长，螺杆长径比（）可达，其中用于除水和脱挥。 塑木材?加工业称同向平?双螺杆挤出机为高速、高能耗“配？昆”型设备，一般为组合式螺杆，可调节螺杆长径比和构型（捏合块角度及其块数、?同捏合块组合方法），灵活设置脱气口。 异向平?双螺杆挤出机螺杆转速低，适合对剪切敏感产品的加工，正位移输送，与同向双螺杆挤出机相比建压能?强，缺点是功率低、产?低、分散混合能?差。 异向锥型双螺杆挤出机被称之为低速、低能耗“型材”型设备，非组合式螺杆。 与一般锥型双螺杆机比，为适应木粉、植物纤维密度小、填充?大的要求，用于生产的异向锥型双螺杆机的螺杆的加?区体积应比常规型号的大和长，对木纤维切断少，树脂少时仍能使木纤维均匀分散和物?完全熔融，加工范围宽。 ?木粉、植物纤维加入?大，熔融树脂刚性大；要求耐高背压齿轮箱，螺杆推动?强，采用压缩和熔融陕、计?段短的螺杆，确保木纤维停留时间短，防止其断裂和性能劣化。 公司首创了异向锥形和平?双螺杆直接挤出配混木纤维填充型材。 公司的纤维素纤维填充复合材?的挤出工艺中，采用其（垂直加?式物?输送系统）装置连续预混各种原?，靠预混热排除残存水分，然后加入锥形或平?双螺杆挤出机。 据此，在锥型双螺杆挤出机机筒上又增加第二个排气口，改进脱水效果，提高产?。 蔡剑平在设计木粉聚乙烯复合发泡挤出模具时，参考聚乙烯发泡模具的设计方法和结构，经过多次配方实验和模具调试、修整后，总结出如下经验。 ）因在聚乙烯中填充了木粉，使得物?的整体流动性能明显降低，所以在模头设计时应尽?避免流道急剧变化或出现台阶所引起的糊?现象；）因在聚乙烯中填充了木粉，使得物?的可压缩性和离模膨胀减小，所以在模头设计中应减小压缩比，一般取（），过大的压缩比只会增加挤出主机的机头压?；）在模头结构设计时，应参考发泡模具结构，采用型芯内发式有利于制品取得良好的外观品质；）在模头出口增加冷却板，使制品表面结皮，可提高制品的表面硬度。 发泡木塑复合材?的加工工艺首先是混?阶段温度?可过高，防止发泡剂等一些助剂提前分解。 然后混合好的物?可以在低于发泡剂分解温度的条件下进?造粒，再挤出成型，也可以直接挤出成型。 在生产过程中，聚乙烯树脂中加入化学发泡剂，树脂在挤出机?筒中加热熔融成熔体。 发泡剂在?筒中受热分解产生气体，气体溶解于熔体形成气体聚合物混合熔体。 当混合熔体被挤出离口模时，压?骤降至常压，开始发泡，再经过冷却定型即得聚乙烯泡沫塑?制品。 所以?筒的各段温度设定要保证聚合物熔融之前?分解。 阎春绵研究发现模温度对发泡制品比较关键，当温度过高时，制品表面毛糙，发泡出现?均匀大孔，密度有上升趋势，说明熔体弹性变差，气泡破裂，气体散失；当口模温度太低时，发泡剂分解?均匀，也?会得到均匀、密度较低的发泡制品。 因此，在挤出发泡过程中，要求熔体的流变?为、发泡剂的分解和的交联作用相适应。 的熔体黏度对压?的敏感性较大，螺杆转速决定了熔体的剪切压?大小，即熔体的黏度直接受螺杆转速的影响，也即螺杆转速影响发泡材?的性能。 提高螺杆转速，黏度下降。 ?螺杆转速过高，发泡剂分解后气体?保持，?产生气泡破裂、表面毛糙的现象；相反，?转速过低，生产效率太低，且气泡会有大孔现象，发泡?均匀。 最后发泡木塑复合材?经挤出离开口模后，会迅速膨胀并带有大?热?，因此，必须及时将其冷却定型。 可通过定型模继续定型和冷却，定型模的长度也可适当减短，只要达到物?表层定型即可；因木粉填充聚乙烯发泡制品内部有大?微泡孔和木粉，散热很慢，在表层经定型模定型后，应采用冷却能?强的涡流水箱加强冷却，以提高生产效率。 发泡木塑复合材?的发展方向木塑复合材?作为一种绿色环保材?，可以回收（下转第页）?塑?工业?元素分析表元素分析结果表的元素分析结果表明自研品的元素分析结果与?论值基本一致，说明该化合物为目标产物一。 结论四步法合成的产品，经红外、质谱、元素分析、熔点测定确定为目标产物；通过对反应条件的优化及终产品纯化工艺的研究，使得目标产物的总收率为，纯度为。 该工艺操作简单，可?性强，产品收率、纯度都比较?想，适合工业化生产。 参考文献，吕九琢，袁?冰聚烯烃高效阻燃剂的研制精细化工，（）吕九琢，刘霞，李燕芸，等，一乙烷一双，一二溴降冰片烷一，一二酰亚胺的合成精细化工，（）（上接第页）利用低成本的废旧木材和塑?，用此技术生产出来的木塑复合材?可替代木材使用，减少我国森?资源采伐。 木塑复合材?生产技术既符合国家经济形势发展的需要，也符合国家的产业政策，而且产品使用范围广。 发泡木塑复合材?的发展前景也非常广阔，国内外市场的需要促使我们要加快其配方设计的高性能化、配方的稳定化、配方的低成本化；加快木塑复合材?加工设备的专业化、产业化、国产化；加快对木塑复合材?的加工工艺研究，使之系统化、可复制化、操作简单化。 参考文献唐伟家，丁建生塑木复合材?市场和发泡塑木复合材?塑?制造，（），（）王向东，李文中，刘本刚，等聚丙烯挤出发泡中的关键技术一发泡体系的性能和发泡机?研究中国塑?，（）文巍伟，李及珠采用作发泡剂的泡沫塑?挤出的研究和进展塑?，（），（）阎春绵，刘冬亮，王振保，等化学发泡法挤出低发泡材?研究郑州轻工业学院学报，（）盛旭敏，张卫勤，黄锐，等木粉低密度聚乙烯复合材?的发泡研究中国塑?，（）康智勇，刘万蝉，项爱民，等木塑复合材?的研究与应用广东塑?，（）苑会?，李军，马沛岚表面处?对木粉增强发泡复合板材