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塑木复合材料力学性能的改善

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-12-08   浏览次数:1642
核心提示:塑木复合材是利用微米级的木质纤维与热塑性塑料作为原料, 再加入各种助剂, 经热压复合或熔融挤出等加工工艺制备成的复合材料。以木质纤维与热塑性塑料复合成的塑木复合材料它对生物质原料的利用率接近100%。塑木复合材料所能利用的木质纤维和植物纤维来源丰富、价格低廉;制品尺寸稳定性好,电绝缘性优良,生产和使用过程中无毒,可反复加工利用。产品也广泛应用于建筑、运输、包装及装饰装修等行业。

塑木复合材是利用微米级的木质纤维与热塑性塑料作为原料, 再加入各种助剂, 经热压复合或熔融挤出等加工工艺制备成的复合材料。以木质纤维与热塑性塑料复合成的塑木复合材料它对生物质原料的利用率接近100%。塑木复合材料所能利用的木质纤维和植物纤维来源丰富、价格低廉;制品尺寸稳定性好,电绝缘性优良,生产和使用过程中无毒,可反复加工利用。产品也广泛应用于建筑、运输、包装及装饰装修等行业。

尽管塑木复合材料具有很多优点,我国也已经成为塑木复合材料的主要生产国,但WPC制品的性能仍有待提高,主要是力学性能和耐气候老化性能。植物纤维的加入降低了塑料本身的韧性,并且由于木纤维是极性的,塑料是非极性的,两者之间的界面结合力很小,导致WPC制品力学性能下降,应用局限于非结构性材料和对冲击性能、强度等力学性能要求较低的场合。因此,具备良好的力学性能是对塑木复合材料最基本的要求,生产企业和研究机构始终致力于这方面技术的研发。根据研究表明,主要有以下3种增强途径:

1)熔融共混改善力学性能。
聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等热塑性塑料是塑木复合材料常用的塑料基体,通常采用与柔性聚合物共混的方法来提高塑木复合材料的韧性,如共混低密度聚乙烯,聚烯烃弹性体以及橡胶粒子等。此外,利用增强纤维也可以起到提高力学性能的作用,如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、矿物棉、聚酯纤维等。
2)改善界面相容性。
对木质纤维或塑料两个主要组分进行化学改性能够很好地改善二者之间的相容性,从而提高复合材料的综合力学性能。对木质纤维的改性可采用聚乙二醇(PEG)、NaOH、乙酸酐等试剂。直接氟化、放电与闪爆脱胶处理对植物纤维表面也有明显的改性效果。在物料熔融混配过程中添加偶联剂是有效提高界面相容性的常用方法,如马来酸酐接枝聚烯烃和铝镐偶联
剂,比较新型的偶联剂为烷基烯酮二聚体(AKD)和离子聚合物。天然油脂作为表面活性剂也能改善纤维与基体的界面粘结性,增加复合材料的热稳定性,辛酸与其他天然油脂相比,对复合材料的热稳定性改善效果最好。
3)新型界面改性技术:超/亚临界流体技术界面改性。超/亚临界流体有着独特的物理化学性能,优异的溶解能力、较低的黏度、较高的扩散系数和热传递系数。微小的压力变化能引起热物理性质较大的变化,特别在临界点附近变化极为显著。超/亚临界法对木质纤维与塑
料的界面结合有一定的改善效果,超/亚临界流体主要有水、醇类化合物(甲醇、乙醇、丙醇)、CO2等。
对富含纤维素的生物质原料以微小尺寸加以利用,无疑为缓解优质木材资源短缺状况开辟了新的途径。同时,微小形态也为复合材料提供了更高的附加值。微纳米纤维素复合材料可以充分发挥纳米纤维素的模量大、强度高、可生物降解、可再生、生物相容性好等一系列优点。微纳米纤维及晶体主要用于制备具有特殊功能的复合材料,如仿生材料、CO2吸附材料、膜材料和生物医用材料,大大拓宽了纳米纤维素的应用范围。制备具有优良性能和实用价值的微纳米纤维素复合材料将成为未来纳米纤维研究的重点方向。生物质纤维在尺寸、性能、形态方面具有极大的可塑性,既可以大块实体木材的方式应用于建筑、工程、家具等领域,也可以加工到毫米、微米、纳米级别制备复合材料,可设计性更强。而这些多级别的原料尺寸对成型工艺也提出了新的需求,缠绕成型、共挤出成型、浇铸成型都可以引入生物质复合材料加工制造行业。在提高基本物理力学性能的同时,利用高科技手段。赋予复合材料更多的功能属性,生物纤维将可以进入航天、医疗、电子、交通运输等更广阔的应用领域,创造更高的经济价值。

 
 
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