木材纖維與塑料復(fù)合制備復(fù)合材料的工藝條件

木材纖維與塑料復(fù)合制備復(fù)合材料的工藝條件

近年來(lái)，利用回收劑和木材纖維材料研究成為木材工業(yè)材料研究的新領(lǐng)域。塑料纖維回收材料是以木纖維為主要原料。通過(guò)適當(dāng)?shù)募庸すに噷?shù)脂、防水性能、改性處理方法和回收劑混合在一起，形成新的材料。與一種單獨(dú)的塑料和木材相比，回收劑-木材纖維建筑材料具有尺寸穩(wěn)定、防水性能高、加工方法簡(jiǎn)單、易于回收和使用木材和木材的優(yōu)點(diǎn)。提高材料的物理強(qiáng)度，降低成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高產(chǎn)品附加值。這種材料的出現(xiàn)，可以有效地緩解和解決大城市的“白色污染”問(wèn)題，幫助汽車(chē)制造商生產(chǎn)內(nèi)部座椅，加速和促進(jìn)汽車(chē)制造的國(guó)有化。在西方工業(yè)化國(guó)家的汽車(chē)工業(yè)中，木塑纖維占主導(dǎo)地位的趨勢(shì)正在變得越來(lái)越重要。據(jù)信，它是現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)“綠色革命”的重要組成部分，現(xiàn)在它是向其他行業(yè)擴(kuò)展的。1材料和方法1.1料布、回收塑料纖維回收包裝塑料(主要成分為polystyrene,簡(jiǎn)稱(chēng)PS),回收塑料布(主要成分為polyethylene,簡(jiǎn)稱(chēng)PE),回收塑料袋(主要成分為polypropylene,簡(jiǎn)稱(chēng)PP)和速生楊木材纖維(fast_growingpoplarwoodfiber,簡(jiǎn)稱(chēng)WF).1.2室內(nèi)試驗(yàn)儀器塑料粉碎機(jī):SCP--160B型,南通市如皋塑料機(jī)械廠制造,用來(lái)粉碎塑料至小片碎料.植物樣品粉碎機(jī):PS--J114型,原農(nóng)林牧漁業(yè)部扶溝科學(xué)儀器廠生產(chǎn),用來(lái)將塑料碎料粉碎成粉料.高速混合機(jī):GH--10DY型,北京華新科塑料機(jī)械有限公司生產(chǎn),用于塑料和木材纖維高速混合.熱壓機(jī):80t人造板試驗(yàn)壓機(jī),上海人造板機(jī)器廠生產(chǎn).冷壓機(jī):刨花板試驗(yàn)壓機(jī),上海人造板機(jī)械廠制造.萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī):日本島津(SHIMADU)公司制造,最大載荷5t.5J簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī):河北承德試驗(yàn)機(jī)總廠制造.1.3實(shí)驗(yàn)方法1.3.1木材纖維處理用間隙式熱磨機(jī)處理纖維,然后用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)篩篩分,取篩孔徑為0.3～1mm,干燥含水率2%～7%,用薄膜塑料袋密閉包裝備用.1.3.2粉碎成粒料的制備回收聚乙烯塑料和回收聚丙烯塑料用塑料粉碎機(jī)粉碎成小片,清洗干燥后,再用植物樣品粉碎機(jī)粉碎成粒料.回收聚苯乙烯塑料清冼后用干燥箱高溫處理,然后用塑料粉碎機(jī)粉碎成粒料,干燥后再用植物樣品粉碎機(jī)粉碎成粒料,粉碎篩孔直徑為1.25mm.1.3.3工藝條件的確定本研究重點(diǎn)考察3個(gè)工藝因子:塑料種類(lèi)、木塑質(zhì)量比和復(fù)合材料熱壓溫度;每個(gè)工藝因子選用3個(gè)水平(見(jiàn)表1).工藝因子和水平的試驗(yàn)排布采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(見(jiàn)表2),采用方差、極差分析確定各個(gè)工藝因子對(duì)復(fù)合材料性能影響的顯著性和因子內(nèi)的水平差異.其他不變的工藝條件如下:熱壓壓力4MPa;壓板每毫米熱壓時(shí)間2min;設(shè)計(jì)目標(biāo)密度1g/cm3;板材厚度3mm;板材幅面260mm×260mm.按試驗(yàn)設(shè)定工藝條件稱(chēng)量塑料和楊木纖維,用高速混合機(jī)機(jī)械混合,手工鋪裝成板坯,然后送入熱壓機(jī)進(jìn)行熱壓.每個(gè)條件試驗(yàn)重復(fù)2次.被測(cè)試板材在制備試件室溫停放24h后裁制性能測(cè)試試件.其中,密度、平面抗拉強(qiáng)度和吸水厚度膨脹率按文獻(xiàn)測(cè)試,彈性模量和彎曲強(qiáng)度按文獻(xiàn)測(cè)試,拉伸強(qiáng)度按文獻(xiàn)測(cè)試,沖擊強(qiáng)度按文獻(xiàn)測(cè)試.2結(jié)果與討論物理力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3,工藝因子極差、方差及顯著性分析分別見(jiàn)表4、5.2.1不同量比對(duì)24h吸水性厚度膨脹率的影響塑料種類(lèi)對(duì)24h吸水厚度膨脹率影響不顯著.但從表4的數(shù)據(jù)中可以看出,以回收聚乙烯為原料的板材24h吸水厚度膨脹率小于另外兩種塑料制成的板材.木塑質(zhì)量比對(duì)24h吸水厚度膨脹率影響非常顯著.且在木塑質(zhì)量比50∶50增加至70∶30時(shí),24h吸水厚度膨脹率增加;在30∶70時(shí)制成的板材吸水厚度膨脹率最低.其原因是塑料含量增加時(shí),進(jìn)入木材纖維細(xì)胞腔空隙部分的塑料分子增加,防水性能也相應(yīng)增加.熱壓溫度對(duì)24h吸水厚度膨脹率有一定的影響.在3種不同的溫度下,190和210℃條件下24h吸水厚度膨脹率相差不大,但均比170℃條件下小.其原因是溫度較高時(shí)塑料流動(dòng)性能提高,更易于在楊木材纖維上鋪展.2.2回收塑料--木材纖維復(fù)合面板的沖擊強(qiáng)度塑料種類(lèi)對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合板材的沖擊強(qiáng)度影響不顯著.由表4可知其中回收聚苯乙烯材料制成的板材沖擊強(qiáng)度最差,回收聚乙烯材料性能最好.木塑質(zhì)量比對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合板材的沖擊強(qiáng)度影響不顯著.從表4中可知木塑質(zhì)量比在50∶50和70∶30時(shí)沖擊強(qiáng)度相差不大,木塑質(zhì)量比為30∶70時(shí)稍好.熱壓溫度對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合板材沖擊強(qiáng)度影響不顯著.從表4可知溫度在190℃時(shí)較好,溫度在170和210℃時(shí)較差.2.3回收塑料--木材纖維復(fù)合面板的熱壓溫度塑料種類(lèi)對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合板材的靜曲強(qiáng)度影響非常顯著.在3種不同的回收塑料中,回收聚苯乙烯材料制成的板材的靜曲強(qiáng)度最高,其他兩種回收塑料制成的板材性能均在平均值以下(表4).不同塑料制成的木塑復(fù)合板材強(qiáng)度性能的差異主要是由于塑料表面自由能不同(聚丙烯塑料的表面自由能為28.0mJ/m2、聚乙烯35.5mJ/m2、聚苯乙烯44mJ/m2)以及其熔融溫度不同(低密度線(xiàn)性聚乙烯的熔融溫度為115～118℃,聚丙烯的熔融溫度為170℃,聚苯乙烯沒(méi)有明顯的熔點(diǎn))造成的.木塑質(zhì)量比對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合板材的靜曲強(qiáng)度影響非常顯著(表5).在3種不同的木塑質(zhì)量比中,木塑質(zhì)量比50∶50時(shí)靜曲強(qiáng)度最大,30∶70時(shí)次之,70∶30時(shí)最低(表4).造成這種差異的原因可能是塑料含量較高時(shí)塑料與木材纖維的分散性較好.熱壓溫度對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合板材的靜曲強(qiáng)度影響非常顯著(表5).3種不同熱壓溫度中,溫度在190℃時(shí)靜曲強(qiáng)度最好,210℃次之,170℃最差.其原因是塑料在溫度較高時(shí)(如190℃),流動(dòng)性能增加,能更好地與木材纖維進(jìn)行復(fù)合,但溫度繼續(xù)增加(210℃)時(shí),木材纖維熱降解加劇,靜曲強(qiáng)度反而有所下降.2.4木塑質(zhì)量比和熱壓溫度對(duì)復(fù)合材料彈性模量的影響塑料種類(lèi)對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的彈性模量影響非常顯著(表5).3種不同塑料種類(lèi)中聚苯乙烯制成的材料的彈性模量性能最好,聚丙烯塑料次之,聚乙烯塑料最次.造成這種差異的原因與塑料的表面自由能和熔融溫度相關(guān).木塑質(zhì)量比對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的彈性模量影響非常顯著(表5).從表4中可以看出木塑質(zhì)量比較低時(shí)(木塑質(zhì)量比由30∶70增至50∶50),彈性模量隨之增加,木塑質(zhì)量比再增加時(shí),彈性模量又有輕微下降.熱壓溫度對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的彈性模量影響非常顯著(表5).從表4中可知熱壓溫度對(duì)彈性模量影響的曲線(xiàn)與木塑質(zhì)量比對(duì)它影響的曲線(xiàn)相似.造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于塑料含量增加,溫度升高時(shí),塑料的流動(dòng)性能增加,進(jìn)入木材纖維細(xì)胞腔內(nèi)塑料成分增加;但溫度過(guò)高時(shí),木材纖維降解增加,彈性模量反而有所下降.2.5熱壓溫度和溫度對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響塑料種類(lèi)對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響不顯著(表5).從表4中可知回收聚苯乙烯塑料制成的材料性能較好.木塑質(zhì)量比對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響非常顯著(表5).由表4知,隨著塑料含量的增加,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度也隨之增加,這可能是由于塑料增加時(shí),與木材纖維的結(jié)合點(diǎn)增多造成的.熱壓溫度對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響非常顯著(表5).由表4知,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度隨熱壓溫度的增加而增加,這可能是由于溫度高時(shí),更有利于塑料在木材纖維表面的分布造成的.2.6熱壓溫度和溫度對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響塑料種類(lèi)對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度影響非常顯著(表5).3種回收塑料中,聚苯乙烯塑料制成的板材拉伸強(qiáng)度最高,聚乙烯塑料和聚丙烯塑料的相差不大(表4).造成這種差異的原因可能是3種塑料的分子結(jié)構(gòu)不同.木塑質(zhì)量比對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度影響非常顯著(表5).由表4知,木塑質(zhì)量比為50∶50時(shí)拉伸強(qiáng)度最大,30∶70時(shí)較低,70∶30最差.這一點(diǎn)也能說(shuō)明塑料在板材內(nèi)部為流動(dòng)相,而木材纖維為固體相.熱壓溫度對(duì)回收塑料--木材纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度影響非常顯著(表5).由表4知,熱壓溫度在190℃時(shí)拉伸了強(qiáng)度達(dá)到最大值,這可能是由于熱壓溫度較高時(shí)塑料流動(dòng)性能增加,易于在木材纖維表面鋪展;但溫度過(guò)高時(shí),木材纖維熱降解加劇,性能反而有所下降.3材料熱壓溫度在研究制造的回收木塑復(fù)合板材中,塑料種類(lèi)、木材纖維--塑料混合比和熱壓溫度等復(fù)合工藝因子均對(duì)板材性能有不同程度的影響.在復(fù)合材料靜曲強(qiáng)度、彈性模量和拉伸強(qiáng)度方面,塑料種類(lèi)、木塑質(zhì)量比和熱壓溫度影響都非常顯著.在24h吸水厚度膨脹率方面,木塑質(zhì)量比的影響達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上的很顯著.在內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度方面,木塑質(zhì)量比和熱壓溫度都