浅论木塑复合材料的组成及其性能

pvc基的性能如表3：

表3 PVC基wpc的性能

样号 木质纤维类型 密度 g/cm-1 拉伸性能 弯曲性能 简支梁缺口冲击强度 热变形温拉伸强度/Mpa 断裂伸长率/% 弯曲强度/Mpa 弯曲模量/Mpa /KJ/m-3 /KJ/m-2 度/℃ WPVC-330 木粉 WPVC-331 稻糠 WPVC-332 竹粉 WPVC-333 稻草纤维 WPVC-334 麦秸纤维 1.41 1.41 1.40 1.45 27.80 1.74 20.29 1.54 19.17 1.92 16.19 2.27 52.07 3745 45.50 3149 46.95 4293 44.23 3646 3.26 3.51 3.53 3.58 3.36 3.55 3.68 3.52 77.1 76.4 74.3 74.3 1.40 22.23 2.33 52.72 4045 3.68 4.19 74.9 采用相同试验配方与相同加工条件，采用五种不相同木质纤维分别制备五种不同PVC

基的复合材料的样品，如表3所示，五种不相同的木纤维所制备的聚氯乙烯复合材料的机械性能相差不大，弯曲强度是43~53Mpa，拉伸强度是16~27Mpa，弯曲模量是3.1~4.3Gpa，缺口的冲击强度是3.4~4.2KJ/m，热变形的温度是74~77℃

2.4 总结

不相同的树脂基wpc的性能所用木质纤维的质量分数均是50%，制备PE、PP、PVC基木塑复合材料，性能参数如表4所示[16]。

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表4 不同树脂基木塑复合材料的性能

样号 密度 g/cm-1 拉伸性能 弯曲性能 简支梁缺口冲击强度 热变形温拉伸强度/Mpa PE PP PVC 1.15 1.11 1.41 断裂伸长率/% 弯曲强度/Mpa 弯曲模量/Mpa /KJ/m-3 /KJ/m-2 度/℃ 20.84 2.04 18.38 2.09 21.14 1.96 34.59 1855 35.10 2550 48.29 3776 4.93 3.45 3.51 4.53 2.94 3.66 106.3 137.5 75.8 由表4所示：三种wpc的密度比例是PE基：PP基：PVC基=1.0:0.95:1.24。由于所使用的材料的配方的成本比例为PE基：PP基：PVC基=1.00：1.0:0.76，所以，可推算出以三种复合材料制造的样品的体积成本比例为PE基：PP基：PVC基=1.00:0.96:0.93，由此可以看出，PE基复合材料成本相对最高，PP基次之，PVC基木塑复合材料的成本最低。PVC基木塑复合材料的弯曲强度、拉伸强度均高于PE和PP基木塑复合材料的，但其热变形温度最低，因此，在制备耐热性能要求不高的木塑复合材料制品时，可以优先考虑采用PVC作为基体树脂，其制品性能比较好，成本相对较低，PP基木塑复合材料的弯曲强度、拉伸强度等性能指标与PE相近，但热变形温度最高，因此，制备耐热性要求较高的木塑复合材料制品时，可以优先考虑PP作为基体树脂，PE基木塑复合材料抗冲击性能高于PP\\PVC基木塑复合材料，但弯曲强度要小于PP、PVC基木塑复合材料，热变形温度远不如PP基木塑复合材料的，加之其材料的相对成本较高，因此，PE在许多场合不是作为木塑复合制品的首选树脂。目前国内生产的木塑复合制品大多采用HDPE，由上述分析看来有些不恰当的地方，在实际应用中，PE基复合制品业蠕变问题较为严重，这情况可能与材料刚性较小、其热变形的温度偏低等性能缺陷有密切关系[16]。

PE基复合材料制造成本较高，其性能优点也不明显，PP基木塑复合材料的制造成本相

对较低，其突出的优点是热变形的温度高，PVC基木塑复合材料的制造成本最低，其弯曲强度最好[16]。

3 木质材料对木塑复合材料性能的影响

木塑复合材料在木质材料的选择上一般没有十分严格的要求，用于木塑复合材料的木质材料一般包括木粉、木纤维和非木材植物纤维等[5]。但是木粉和木纤维目前还没有明确

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的分类方法。木质材料品种非常多、其主要化学组成也存在差异。木纤维有刨花、废木粉，非木材植物纤维包括粉碎处理的稻杆、亚麻、果壳粉、竹粉等[5]。

美国林业产品实验室将木粉和木纤维对聚丙烯的增强效果进行了比较。结果显示，在木粉和木纤维的含量为40％时，木纤维的增强效果要比木粉好，采用热磨方法制备的木纤维蓬松、柔软、流动性非常差,需要采用高速混合机或开炼机等设备将木纤维与塑料混炼好，然后采用注塑或模压法成型，而不适和于一步直接挤出成型工艺。挤出成型方法制造木塑复合材料有成本低效率高的优点，因此目前一般工业化生产中大多采用木粉填充、挤出成型的方法[5]。

木塑复合材料是高填充的复合材料，木粉的种类、粒径、用量、是否预处理过因素对木塑复合材料的性能都会产生影响[5]。

3. 1 木粉来源的影响

来源不同的木质材料其主要化学材料成分为：纤维素、半纤维素、木塑和抽提物等的含量存在差异，从而导致了木质填料本身力学性能的不同，从而使木塑复合材料的性能受到影响，研究发现，当木粉质量分数相同时，纤维状的木粉填充后所制得的产品力学性能最好，粒状木粉次之，锯末最差，这是因为纤维状的填料能起增强作用而锯末只是起到填充的作用，但从成型角度看，纤维状木粉的填充体系在挤出时，下料比较困难；而锯末填充体系，挤出下料和物料均匀性都最好[17]。这是因为填料填充量很大，纤维状填料容易出现架桥现象，使挤出受到影响，给成型加工带来了困难。分别选取了不同粒径和类型的填充剂并分别与 聚丙烯制备木塑复合材料,以此来研究木粉粒径或木质填料种类对木塑复合材料力学性能的影响见表5。其基本配方: PP100 份 ,木质填料40 份 , PP-g-MAH 5 份 ,硬脂酸 0.6 份 ,石蜡 1.5 份。

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表5 木粉粒径和木质填料对木塑复合材料的影响

木粉种类 冲击强度/(kJ . m2) 粒径20mm木粉 粒径15mm木粉 粒径0. 20 mm竹粉 粒径0. 20 mm花生壳粉 粒径0. 20 mm稻壳粉 由上表可以得出用粒径为 0. 15 mm 的木粉填充的复合材料其力学性能最好 ,而用竹

弯曲强度/ MPa 7.1 MPa 弯曲模量/ MPa 82.2 拉伸强度/ 0. 6.4 26. 5 0. 7.5 9.4 93.6 37.6 6.1 3.2 88.1 30.4 6.6 4.8 11.9 24.6 6.8 8.3 63.4 22.9 粉填充的复合材料制得材料性能次之[18] ,用稻壳粉填充所制得木塑复合材料力学性能最低。这是因为构成填充材料的主要化学成分不同,从而使得木质填料本身具有不同的力学性能，木粉的细度对复合材料的力学性能也有影响，这是因为当木粉的粒径较小时，其表面积大,这样就会使得木粉与树脂基体的接触面积增大 ,因此复合材料力学性能随着木质填料种类和细度的变化而有发生变化。尽管用花生壳粉或是稻壳粉得到的木塑复合材料的力学性能不如用木粉填充时得到的复合材料的力学性能好 ,但其来源广泛 ,生产成本低，价格低廉 ,如果制的的产品能满足某些使用要求时,同样具有生产价值。

3.2 木粉粒径的影响

至今木粉粒径对木塑复合材料性能的影响，仍存在很多争议。大多数研究者认为随着木粉粒径的减小，木塑复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度均增加。这主要是因为木粉的粒径越小，植物纤维与基体树脂表面的接触面积越大，界面结合力越大，混合越容易，复合材料的物理机械性能和力学性能随之提高。同时，有些研究者认为随木粉的粒径的减小，纤维长度和长径比会大大下降，木材的强度主要取决于木质素，同时与木质素的取向度有着很重要的关系，木质素的取向程度越高，木塑复合材料的强度越好，刚性越强。

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