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木塑复合材料(WPC)的制备对寻求木材的替代材料具有重要意义,也是回收塑料再生利用的有效途径之一。作为新型环保材料,WPC受到诸多赞誉。然而社会的进步使得人们对木塑复合材料提出更高的要求。在家具设计和制造方面,由于木塑复合材料的韧性低于塑料母体树脂,这样很容易导致材料因撞击或局部压力而受损;木塑复合材料在成型加工中流动性较差,制品大部分情况下只能呈现直线状态,几乎没有曲线和弧度;同时,差的流动性为加工设备,下游的装置,模具提出更高的要求。如何提高两相组分的相容性和改进加工工艺一直是WPC的研究重点。
本文系统研究了界面改性剂及木粉处理对废聚乙烯/木粉(RPE/WP)复合体系力学性能的影响。结果表明:接枝共聚物GPE是木塑复合材料良好的界面改性剂,能有效改善木粉与聚合物基体间的相容性。GPE对RPE/WP复合体系的界面改性效果优于EVA和EVA-g-MAH。当接枝共聚物用量为7份时综合力学性能最好,拉伸强度提高约60%,弯曲强度提高了约50%,无缺口冲击强度提高约2.5倍。木粉经过蒸处理以后,可增大其接触面积,能够增强与接枝共聚物的作用,进一步改善木粉与聚合物间的界面结合;扫描电镜研究表明,加入GPE能改善木粉与聚乙烯之间的界面结合力,蒸木粉(BWP)与接枝共聚物作用,使得木粉与聚合物间的作用变强,界面变模糊;加入木粉后树脂基体的Tm、Tc基本不变,使PE结晶度降低,而接枝共聚物的加入又使RPE/WP复合体系的结晶度有所升高,木粉的蒸处理与接枝共聚物联用,使得PE的结晶度再度降低;添加木粉有利于提高PE/WP复合材料的耐热性,GPE增强了PE与木粉之间的界面作用力,提高PE/WP复合材料的耐热性能,木粉蒸处理与接枝共聚物作用,进一步提高复合材料的耐热性;木粉蒸处理以及接枝共聚物的加入可以降低复合体系的吸水率,使复合体系的耐水性能增强。
研究了接枝共聚物GPL及复合界面改性剂GPL/GPE互配后对RPE/WP复合材料力学性能的影响。结果表明:接枝共聚物GPL的加入,可有效改善复合材料相容性,提高复合材料的力学性能。将GPE、GPL两者复配使用,当GPE/GPL为2/5时,综合力学性能最好。与未改性的体系相比,复合相容剂增容的废PE/WP复合体系拉伸强度提高了60%,弯曲强度提高了80%,弯曲模量提高了40%,无缺口冲击强度提高了1.5倍。扫描电镜(SEM)表明接枝共聚物GPL及其与GPE互配后均可有效改善复合体系两相之间的界面。
考查了工艺条件对RPE/WP复合材料加工性能的影响。毛细管和转矩流变性能测试结果表明,随着温度的增加,木塑复合材料熔体的粘度下降,非牛顿性增强,同时复合材料的转矩逐渐下降的。木粉的加入,使得复合材料的粘流活化能上升。当PE/木粉复合材料加工温度为180℃时,转速的增加对木塑复合材料的转矩影响不大。温度、压力以及口模表面的光洁度都影响着复合材料挤出制品的表面光滑度。口模的温度通常要较熔体温度低一些,对于PE/木粉复合体系,适宜的口模温度范围在160℃~180℃。同时,挤出机头压力对制品表面的光滑度也有影响,要获得良好的表面光滑度,挤出机头需要产生足够的压力。口模表面越光滑,对复合材料的挤出成型越有利。
接枝共聚物GPE的加入,在改善复合材料相容性的同时,体系的粘度有所增加。随着接枝共聚物GPE用量的增加,复合体系的粘度、转矩呈现上升的趋势,但对复合材料非牛顿指数影响不大。蒸木粉(BWP)与接枝共聚物作用,进一步提高复合材料的熔体粘度;接枝共聚物GPL的加入,明显降低了体系的粘度,有效地改善复合材料的加工性能,同时对复合材料非牛顿指数影响不大。
将接枝物GPE应用于废旧聚乙烯/剑麻(RPE/SF)复合体系。当接枝共聚物用量约为7份时复合体系的综合力学性能效果较好,其拉伸强度和无缺口冲击强度较未加界面改性剂的体系提高一倍,弯曲强度提高40%,弯曲模量提高了24%;SEM表明接枝共聚物的加入有助于提高剑麻和RPE之间的相容性,使之界面变得模糊;加入剑麻后Tm、Tc基本不变,但PE结晶度降低,而接枝共聚物的加入又使PE/SF复合体系的结晶度进一步降低;TG结果表明接枝共聚物的加入对复合体系的热分解稳定性影响不大;维卡测试表明,剑麻及接枝共聚物的加入能够提高复合材料的耐热温度;同时接枝物的加入还可以降低复合体系的吸水性能,材料的耐水性得到增强。