薄木饰面WF/HDPE复合材料制备技术与胶合机理研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gudujian123456
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回收利用是减少环境污染和防止资源枯竭的有效途径。木塑复合材料(WPC)主要由回收的木材和热塑性塑料制成,是一种环保材料。木塑复合材料加工性能好,具有耐潮、耐腐、不易燃、无毒、可循环利用等优点。经过单板/薄木贴面的木塑复合材料具有加工性强、外观质量佳、经济性能高、理化性能好等优点。本文重点针对木塑复合材料表面极性低、光滑无孔难胶合的问题,开发操作简便、过程环保的木质单板/薄木贴面木塑复合材料制备技术,并对其结合机理进行深入分析。研究结果对促进绿色复合材料在家具、室内装饰行业的应用具有重要作用,对缓解我国木材供需矛盾、实施可持续发展战略具有重要意义。论文的主要研究内容和结果如下:(1)WF/HDPE复合材料表面形态对表面胶合性能的影响使用砂纸、尼龙、钢针和钢丝轮4种机械打磨材料处理木塑复合材料表面,采用异氰酸酯交联聚醋酸乙烯酯作为胶黏剂,制备出具有较高界面结合强度的单板装饰木纤维/高密度聚乙烯(WF/HDPE)复合材料。测试了单板贴面WF/HDPE复合材料的表面胶合强度和浸渍剥离性能,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、表面接触角和粗糙度测试等方法,分析了打磨处理表面的形态和化学特性。结果表明:四种机械打磨材料皆除去了 WF/HDPE复合材料表层的塑料基质,并暴露出木质纤维,但WF/HDPE复合材料表面呈现出不同形貌状态,并影响了表面的湿润性。适当的表面粗糙度和足够的纤维暴露是WF/HDPE复合材料形成紧密粘接的必要条件。表面打磨处理是一种简单而有效的方法,其中尼龙轮(用碳化硅缠绕的尼龙基材)处理后的木塑复合材料贴面效果最好,表面胶合强度可以达到1.74 MPa,且耐水性能良好。(2)表面植入天然纤维对提高WF/HDPE复合材料表面胶合强度的作用机理为提高单板与WF/HDPE复合材料之间的胶合强度,先在WF/HDPE复合材料表面植入黄麻织物或纤维,再用单板进行贴面。表面胶合强度和浸渍剥离性能的测试结果表明,采用三种黄麻织物中密度最小的织物作为中间层时,对表面胶合强度提高最有利;当保留部分黄麻纤维作为中间层时,基材与单板之间的胶合强度得到更大幅度的提高,达到1.27 MPa,且具有良好耐水性。中间层的存在使WF/HDPE复合材料与单板的胶合区域被分离成两部分。一部分是黄麻和单板之间的粘合,另一部分是黄麻和WF/HDPE复合材料之间的粘接。在胶合过程中,单板和黄麻纤维借助异氰酸酯交联聚醋酸乙烯酯胶黏剂的化学反应被牢固粘接在一起;黄麻纤维的另一端被包埋在基材表面的HDPE基质里,机械互锁力发挥了重要作用。(3)采用一次热压法对WF/HDPE复合材料进行表面装饰将WF/HDPE木塑基材、涂胶黄麻织物和单板组坯后热压层积复合,利用基材表面的HDPE基质将织物与基材粘接在一起,同时织物与单板之间依靠胶黏剂结合。该操作过程更加简便,通过一次性热压可使基材与单板之间的胶合强度达到1.28 MPa。将带有无纺布背衬的黑胡桃和沙比利两种薄木直接与WF/HDPE复合材料热压贴合,利用无纺布背衬和基材表面HDPE基质的热熔性,实现二者的牢固粘接,表面胶合强度可以达到1.65 MPa;与使用传统胶黏剂进行粘接的方法相比耐水性能大大提高,可以达到Ⅰ类0级水平。(4)利用数字散斑相关法分析WF/HDPE复合材料贴面板的应变分布对WF/HDPE复合材料及其贴面装饰材进行数字散斑测试分析,研究不同应力下的应变分布。结果表明:在应力持续增加直至复合材料弯曲断裂的过程中,各种复合材料的应变规律基本相同。上表面的最大应变值主要集中分布在加荷辊中心线处,下表面的最大应变值也位于中心线附近,但分布范围较大。应变随着载荷的增加沿试件长度方向向两端扩散,这是由于WF/HDPE复合材料在挤出成型时内部的木纤维自身具有一定的定向性,在受压情况下应力沿纤维方向扩散。应变值沿厚度方向也发生变化,试件中间层应变值最小,从中间层分别向上下表面递增。WF/HDPE复合材料基材自身承受的最大载荷为11.25 kN,尼龙轮机械打磨处理后WF/HDPE复合材贴面板的最大荷载达到13.32 kN,黄麻织物及黄麻纤维作为中间介质层时WF/HDPE复合材贴面板的最大荷载分别为12kN及8 kN,黑胡桃、沙比利薄木贴面的WF/HDPE复合材料最大荷载为11.61 kN和13.12kN。除黄麻纤维作为中间层以外,其他几种贴面方式都提高了贴面板的最大承载能力。
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