通过研究PE/超细木粉复合材料不同配比时,复合材料所展现的性能变化,发现当PE与超细木粉比例为17:3时,性能最佳,通过加入不同的表面处理剂发现铝酸酯对复合材料性能提高较好,同时加入5%的相容剂有助于提高复合材料性能。

A study on wood plastic composite (WPC)found that the composite performs best with a 17:3 ratio of polyethylene (PE)to wood powder. Meanwhile, aluminate coupling agent was found to be the mosteffective additive to improve product surface. An addition of 5% coupling agentshows marked improvement in performance.


表1-1 实验配方配比单位:质量百分比%。
表1-1 实验配方配比单位:质量百分比%。
相片: 1234
复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。将木粉和高密度聚乙烯(PE)两种材料结合在一起,能够让复合材料具有各自树脂本身的性能外,还具有其本身不具备的性能,开拓了各自树脂的新功能,拓宽了其应用范围。

实验部分

原料及配比

HDPE:5000S,大庆石化;超细木粉:800目,自制;硅烷偶联剂(表面处理剂):KH-550,市售;铝酸酯偶联剂(表面处理剂):工业级,市售;钛酸酯偶联剂(表面处理剂):工业级,市售;马来酸酐接枝PE(相容剂):工业级,市售;聚乙烯蜡:工业级,市售;复配抗氧剂:PA001,自制。

仪器及设备

精密电子称,BWS-SW-6,厦门佰伦斯电子科技有限公司;电热恒温鼓风干燥箱,YHG-9079A,上海姚氏仪器设备厂;高速搅拌机,SHR- 10L,江苏白熊机械有限公司;双螺杆挤出机,SK-35,南京科亚化工成套装备有限公司;注射机,PT60,海天集团;摆锤冲击试验机,XJH,承德市考恩科学检测有限公司;电子万能试验机,CMT4104,深圳市三思纵横股份有限公司。

制备工艺

干燥工艺

将超细木粉放置于电热恒温鼓风干燥箱,设定干燥温度为80℃,干燥时间为5-6小时。

混合工艺

⑴ 将干燥好的超细木粉放入高速搅拌机进行高速搅拌10分钟后,待温度升至80℃时放入表面处理机进行表面处理。⑵ 按照配方中的配比用精密电子秤,称量出各自成分所需重量的物料倒入高速搅拌机进行高速搅拌1-3分钟左右将混合好的物料放出待用。

挤出工艺

把混合好的物料投进已经预热好的双螺杆挤出机进行熔融、挤出、造粒,制得共混物合金材料。

制备样品

干燥工艺

将经过挤出造粒的复合材料放置于电热恒温鼓风干燥箱,设定干燥温度为80℃,干燥时间为2-4h。

注塑工艺

将充分干燥好的复合材料用注塑机制成国家标准试样的所需尺寸和形状,然后放置24小时后待用。

性能测试

按照GB/ T 1040-2006测试样品的拉伸性能,拉伸速率为50 mm/ min ;按照GB/ T 9341-2000测试样品的弯曲性能,弯曲速率为2 mm/ min ;按照GB/ T 1843—2008测试样品的悬臂梁缺口冲击强度,摆锤能量为2.75J。

结果与分析

拉伸性能

随着木粉含量的逐渐增加,HDPE/木粉复合材料的拉伸性能随之逐渐降低,而HDPE/木粉复合材料的断裂伸长率则下降明显,从原来的400%降低至100%,足足下降了4倍。当超细木粉在复合材料含量为15%时,添加0.5%不同种类的表面处理剂时,对复合材料拉伸性能的影响不尽相同,其中铝酸酯对复合材料的拉伸性能的提高最好。随着铝酸酯含量的逐渐增加,HDPE/超细木粉复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随之逐渐提高。随着相容剂含量的逐渐增加,HDPE/超细木粉复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随之逐渐提高,当相容剂含量在10%时,HDPE/超细木粉复合材料的拉伸性能最优。

弯曲性能

随着超细木粉的不断增加,复合材料的弯曲性能也随之增加。当超细木粉在复合材料含量为15%时,添加0.5%不同种类的表面处理剂,对弯曲性能的影响差别比较大,其中按照性能影响大小的顺序为KH550>钛酸酯>铝酸酯。铝酸酯对复合材料的弯曲性能影响最小,基本维持复合材料的弯曲性能不下降反而提升。随着铝酸酯的含量逐渐增加,HDPE/超细木粉复合材料的弯曲性能随之逐渐提高。随着相容剂含量的逐渐增加,HDPE/超细木粉复合材料的弯曲强度和弯曲模量随之逐渐提高,当相容剂含量在10%时,HDPE/超细木粉复合材料的弯曲性能最优。       

结论

经过系统的配方及性能研究,发现在HDPE/超细木粉复合材料中,如果不添加表面处理剂及其他助剂时,复合材料的性能随着超细木粉的含量不同而变化,对复合材料不同性能的影响也不同。根据综合考量,确定了超细木粉含量为15%时HDPE/超细木粉复合材料的各项性能都比较好。

为了解决HDPE/超细木粉复合材料的拉伸性能降低的问题,经过选取不同品种的表面处理剂进行研究,通过系统的研究选出最适合HDPE/超细木粉复合材料的表面处理剂,从而在提高HDPE/超细木粉复合材料拉伸性能的同时,不降低甚至降低很少HDPE/超细木粉复合材料的其他性能。通过选取不同含量的相容剂,发现添加量在10%时对HDPE/超细木粉复合材料的拉伸性能和弯曲性能提高的幅度最大。研制出的HDPE/超细木粉复合材料主要应用于建筑产品(窗框、门)、基础结构(垫板、路板)、运输工业(托盘、容器)和日用品(货架、家具)等。
作者:中国塑料机械网 来源:中国塑料机械网信息中心
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