针状木纤维/HDPE复合材料的力学性能

采用一步法连续挤出技术将杨木针状纤维与高密度聚乙烯(HDPE)进行熔融复合制备木塑复合材料(NF-WPC).用正交试验法分析纤维尺寸、纤维添加量、偶联剂含量和润滑剂含量4个因子对NF-WPC力学性能影响的显著性;用扫描电子显微镜观察分析NF-WPC中木纤维与HDPE的界面结合状况;提出优化的工艺配方并与相同木材含量的木粉/HDPE复合材料进行对比研究.结果表明:针状木纤维的含量对NF_WPC冲击强度影响显著,对弯曲性能和拉伸性能的影响高度显著;偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)的添加量对NF_WPC的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度影响显著;在本文的试验范围内,木纤维尺寸和润滑剂石蜡的含量对NF-WPC力学性能的影响不显著.确定的优化工艺配方为:木纤维长度为3～4mm、长径比为8～11,木纤维含量60%,MAPE含量4%,石蜡含量0.3%;采用优化工艺制备的NF_WPC的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量和冲击强度分别为58.7 MPa、3.0 GPa、39.6 MPa、4.0 GPa和12.7 kJ·m-2.除冲击韧性略低外,用优化工艺配方制备的NF_WPC其他力学性能均高于用同比例木粉制备的木塑复合材料.     

热氧老化和水浸渍对木粉/HDPE和稻壳粉/HDPE两种复合材料性能的影响

木粉和稻壳粉是制备木塑复合材料(WPC)常用原料。WPC在使用过程中经常受到热和水分的影响,笔者对比研究了稻壳粉/HDPE和木粉/HDPE两种复合材料经历热氧老化和长时间水浸渍后性能的变化规律。结果表明:木粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的弯曲强度和弹性模量都大于稻壳粉/HDPE的;随着热氧老化或水浸渍处理时间的延长,复合材的挠曲性能下降,其中木粉/HDPE复合材的弹性模量下降最为迅速;复合材料表面明度值随着热处理时间的延长而减小,说明颜色变暗,稻壳粉与木粉填充的复合材之间差别不大。通过光学显微镜观察发现,HDPE与稻壳粉或木粉之间都有缝隙存在,为水分和氧气的进出提供了通道。     

Property Comparison of Wood Flour/HDPE and Rice Hull/HDPE Composites after Thermal-oxidation and Water Soaking Treatment

木粉和稻壳粉是制备木塑复合材料( WPC)常用原料.WPC在使用过程中经常受到热和水分的影响,笔者对比研究了稻壳粉/HDPE和木粉/HDPE两种复合材料经历热氧老化和长时间水浸渍后性能的变化规律.结果表明:木粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的弯曲强度和弹性模量都大于稻壳粉/HDPE的；随着热氧老化或水浸渍处理时间的延长,复合材的挠曲性能下降,其中木粉/HDPE复合材的弹性模量下降最为迅速；复合材料表面明度值随着热处理时间的延长而减小,说明颜色变暗,稻壳粉与木粉填充的复合材之间差别不大.通过光学显微镜观察发现,HDPE与稻壳粉或木粉之间都有缝隙存在,为水分和氧气的进出提供了通道.     

核壳结构木塑复合材料抗紫外老化性能试验

以高密度聚乙烯(HDPE)和木粉为主要原料,采用传统木塑复合材料(WPC)制备工艺和共挤出生产工艺,分别制备出均一结构和核壳结构WPC。核壳结构WPC芯层原料配比与均一结构WPC相同(木塑质量比为6∶4),表层则为纯HDPE塑料。将两组材料进行紫外光加速老化试验,并对两组试件的表面颜色、表面形貌、化学基团及抗弯性能分别进行测试和表征。研究结果表明:经2 500 h紫外光照射后,均一结构与核壳结构的WPC表面颜色色差ΔE值分别增加17.59和9.40,核壳结构WPC的抗紫外色变能力明显优于均一结构WPC;电镜照片显示,与核壳结构WPC相比均一结构WPC表面粗糙,在紫外光作用下更容易出现表面裂纹和粉化现象;傅里叶红外光谱分析证明核壳结构WPC表面羟基与羰基基团变化明显低于均一结构WPC,HDPE表层有效延缓了WPC的光氧降解;随着紫外光老化时间延长,两组试件的抗弯性能均呈现下降趋势,经2 500 h老化试验后,核壳结构和均一结构WPC的弯曲强度保留率分别为58.1%和49.7%,弹性模量保留率分别为43.2%和38.0%,表明聚乙烯壳层结构对维持WPC强度有一定的积极作用。     

木粉/聚乳酸3D打印线材的制备与性能分析

以木粉和聚乳酸为主体原料，硅烷类 KH560 等为偶联剂，PE 蜡 + 硬脂酸锌、甘油为润滑剂， 制备出木粉 / 聚乳酸 3D 打印用线材。对不同组合条件下制备出的线材其微观构造、热稳定性、官能团变 化以及拉伸强度进行了分析。结果表明，木粉粒径为 80-100 目时较为合适，铝钛酸酯 α（AlTi-α）型 对木粉表面改性效果较好，甘油对二者界面相容性的效果好于 PE 蜡 + 硬脂酸锌。木粉含量为 20%、PLA 含量为 75%、铝钛酸酯 α 型加入量为 1.5%，甘油加入量为 3.5% 时制备出来的线材，拉伸强度可达到 18.97 MPa。木粉 / 聚乳酸 3D 打印线材可生物降解，性能可控，具有广阔的应用前景。     

偶联剂对木/塑复合材料性能的影响

采用钛酸酯、铝酸酯和铝钛复合偶联剂对木粉进行表面处理,研究对木粉/PVC复合材料综合性能的影响.SEM电镜扫描发现,铝钛复合偶联剂OL-AT1618能促进木粉在PVC基体中均匀分散,改善两相界面相容性,从而显著提高复合材料的物理力学性能和加工性能.     

双官能团界面改性剂对WPC综合性能的影响

采用新型双官能团偶联剂对木粉进行表面处理,并通过单因素法研究偶联剂种类和含量对材料综合性能的影响,并结合扫描电镜进行了微观形貌分析。结果表明:新型双官能团偶联剂有优于传统偶联剂的改性效果。当添加量为0.8%时,木粉与PVC树脂相容性达到较理想状态,抗弯强度、抗弯弹性模量、冲击韧性和拉伸强度达到最佳值,分别为35.76MPa,2 378.32MPa,1 5.08kJ/m~2,14.01MPa。     

高温热处理杨木粉对木塑复合材料界面结合性能影响北大核心

研究了不同粒径杨木粉在200℃高温炭化前后对木塑复合材料(WPC)界面结合性能的影响,结果表明:木粉通过200℃炭化处理改性后。WPC界面结合性能显著提升。80目下样品的弯曲强度和弯曲模量提升效果最佳,分别提升了24.28%和43.07%;40目和80目下样品拉伸强度的提升效果明显,分别提升了13.44%和13.19%;吸水率显著降低,40、60、80目样品对应的最大吸水率分别从8.49%、6.67%和4.92%降至2.75%、2.66%和2.53%,密度也随木粉目数的增加而增加。     

高温热处理杨木粉对木塑复合材料界面结合性能影响

研究了不同粒径杨木粉在200℃高温炭化前后对木塑复合材料(WPC)界面结合性能的影响,结果表明:木粉通过200℃炭化处理改性后。WPC界面结合性能显著提升。80目下样品的弯曲强度和弯曲模量提升效果最佳,分别提升了24.28%和43.07%;40目和80目下样品拉伸强度的提升效果明显,分别提升了13.44%和13.19%;吸水率显著降低,40、60、80目样品对应的最大吸水率分别从8.49%、6.67%和4.92%降至2.75%、2.66%和2.53%,密度也随木粉目数的增加而增加。     

木塑复合材料老化性能研究进展

对木塑复合材料(WPC)在耐紫外线老化性能、耐潮湿及冰冻性能和耐真菌腐蚀性能方面的研究成果进行介绍,希望有助于正确评价和使用木塑复合材料,同时为新产品开发提供借鉴.WPC在紫外线作用下产生褪色现象,力学性能降低,而且喷水与紫外光的共同作用会加剧破坏程度;木粉含量高、颗粒大的WPC更易遭受真菌腐朽威胁,目前已研制出硼酸锌等多种专用防腐剂;WPC吸水速度慢,但绝大部分集中在表层,吸水与冻融循环都会降低力学性能.不同方式生产的WPC其性能有所差异.目前,对老化降解的机理问题仅进行了初步解释.     

Investigation on physical and mechanical properties of pulp–plastic composites from bagasse

High-density polyethylene (HDPE), bagasse fibers treated by four pulping processes (AS-AQ (alkaline sulfite anthraquinone), SODA-AQ (soda anthraquinone), MEA (monoethanolamine) and chemical–mechanical pulping (CMP)), three levels of nano-SiO₂ (0, 2, and 5?wt%), and maleic anhydride polyethylene as coupling agent were used to produce pulp–plastic composites (PPCs) by injection molding. The physical and mechanical properties of corresponding composites were evaluated according to ASTM standards. The results showed that compared to untreated bagasse/HDPE composite, the addition of bagasse pulp fibers increased significantly the mechanical properties such as tensile strength and modulus, flexural strength and modulus, and hardness. The chemical pulps-reinforced composites showed better mechanical strengths than that of CMP-reinforced composites, but in some properties, CMP pulp composites have comparable results to the chemical pulp-reinforced composites. Natural fibers (untreated and treated) increased water absorption and thickness swelling of composites compared to pure HDPE. The addition of nano-SiO₂ particles showed both increasing and decreasing trends on physical and mechanical properties ofPPCs.     

Synergistic effect of melamine polyphosphate and aluminum hypophosphite on mechanical properties and flame retardancy of HDPE/wood flour composites

In this paper, the influence of melamine polyphosphate (MPP) and aluminum hypophosphite (AHP) on mechanical properties, flame retardancy and thermal degradation of high-density polyethylene/wood flour composites (HDPE/WF) was investigated. The synergistic effect of MPP and AHP was investigated. Polyethylene grafted with maleic anhydride (PE-g-MAH) was used as coupling agent. The experimental data demonstrated that the HDPE/WF composites with 35 wt% MPP/AHP (3:2) could achieve a LOI value of 29.6 % and UL-94 V-0 rating. In addition, the cone value also revealed that the heat release rate and the smoke production rate were clearly reduced. SEM results showed that the synergistic system (MPP/AHP = 3:2) could form a dense and thick char layer and good adhesion between wood flour and HDPE matrix, which prevented the transfer of heat flux and fuel gases. Incorporation of MPP and AHP improved the thermal stability of HDPE/wood flour as observed from the thermogravimetric analysis results and also enhanced the thermal resistance of char layer at high temperature based on scanning electron microscopy observation.     

稻壳粉/聚乙烯复合材料性能的研究

采用稻壳粉对高密度聚乙烯(HDPE)进行改性,研究了稻壳粉用量对复合材料力学性能和吸水率的影响,并观察了稻壳粉在HDPE中的分散情况。结果表明:复合材料的弯曲强度随稻壳粉用量的增加先增加后下降,而拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度则随稻壳粉用量的增加而下降;稻壳粉在HDPE中的分散不均匀,用量较大时易出现聚集现象,两相间的粘接性变差。     

Impacts of freezing and thermal treatments on dimensional and mechanical properties of wood flour-HDPE composite

Wood plastic composite (WPC) of wood flour (WF), high density polyethylene (HDPE), maleic anhydride-grafted polyethylene (MAPE) and lubricant was prepared by extrusion, and then exposed to different temperatures to evaluate the effects of freezing and thermal treatment on its dimensional and mechanical properties. At elevated temperatures, WPC expanded rapidly initially, and then contracted slowly until reaching an equilibrium state. Treatment at 52°C and relative humidity of 50% for 16 days improved the mechanical properties of WPC: flexure, tensile strength, and izod unnotched impact strength increased by 8%, 10% and 15%, respectively. Wide-angle X-ray diffraction (XRD) tests showed that the degree of crystalization of HDPE in WPC declined with increasing treatment temperature.     

SEBS-g-MAH和原位接枝MAH对木粉/废旧塑料混合物复合材料力学性能的影响研究

由聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚苯乙烯（PS）组成的混合废旧塑料与木粉经高速混合机混合后,采用双螺杆/单螺杆串联挤出机组制备了木粉/混合废旧塑料复合材料。探讨了马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS-g-MAH）和原位接枝马来酸酐（MAH）对木粉/混合废旧塑料复合材料力学性能的影响。结果表明,与使用MAH和DCP的原位反应共混相比,SEBS-g-MAH显著提高了复合材料的抗冲击性能,但对拉伸和弯曲性能的改善不如原位反应共混显著。总的来说,混合废旧塑料制备的复合材料的力学性能要低于纯塑料混合物制备的复合材料,尤其是拉伸断裂伸长率。微观形态研究表明,添加SEBS-g-MAH和原位接枝MAH均可提高木粉与塑料混合物之间的界面相容性,但与添加SEBS-g-MAH相比,原位接枝MAH能更好的改善PP、HDPE、PS与木粉之间的界面结合。原位接枝MAH可被看作是一种改善木粉与塑料混合物间界面相容性的有效途径。此外,采用动态力学分析（DMA）进一步表征了复合材料的储能模量和阻尼因子。     

MAPE相容剂对麦秸／聚乙烯复合材料力学性能影响的研究

采用一步法连续挤出技术将麦秸粉和高密度聚乙烯复合制备木塑复合材料,并用马来酸酐接枝聚乙烯共聚物（MAPE）作为相客剂,研究其加入量对力学性能的影响。M-APE的加入对复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度均有较大改善,且MAPE的加入量为9～12份时复合材料的力学性能达到最大值,扫描电镜所得的界面微观特征图也证明了这一点。     

硅烷偶联剂改性对透明木材性能的影响

添加硅烷偶联剂(KH570)对椴木薄片进行改性,再将树脂填充至改性椴木模板中,合成透明木材。同时将未经偶联剂改性的木模板浸渍处理后合成的透明木材作为对比样,采用紫外可见分光光度计、微机控制电子万能力学试验机、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜研究偶联剂改性对透明木材光学性能、力学性能、微观结构的影响。结果表明:偶联剂成功与椴木模板和树脂发生偶联,适量的偶联剂可提高界面相容性;当偶联剂质量分数为5%时,透明木材在800nm波长处具有最大的透光率,为16.8%,且具有最大的拉伸强度,达181.1MPa。     

稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的研究

以稻秸(Oryza sativa L.)纤维纸浆为原料,利用高压超声波震荡使纸浆纤维纤丝化,制得稻秸微/纳米纤丝,并将其作为增强材料填充到聚丙烯基体中制备丁稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料,研究了稻秸微/纳米纤丝以及改性剂(马来酸酐接枝聚丙烯)的不同添加最对于复合材料拉伸性能的影响.结果表明:稻秸微/纳米纤丝的添加量为5%时,复合材料的拉伸强度最大,为31.71MPa.拉伸模量随稻秸微/纳米纤丝添加量的增加而逐渐增加,当添加量为8%时达最大值.拉伸断裂伸长率则随添加量增加而减小.改性剂的添加量对于聚丙烯基体及稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的拉伸强度和拉伸断裂伸长率无显著的影响.在改性剂添加量为4%时,聚丙烯基体及稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的拉伸模最均达到最大值.     

Effect of chemical modification on the properties of wood/polypropylene composites

对以铝酸酯为偶联剂对木粉进行表面改性处理后制备的木粉/聚丙烯复合材料的力学性能和形态学特征进行了研究。结果表明:铝酸酯偶联剂可以增加木塑复合材料的抗冲击强度,但会对复合材料的抗拉强度和抗弯强度造成负面的影响。对木塑复合材料的动态力学性能和微分扫描热量分析研究表明,以铝酸酯作为偶联剂,对木塑复合材料的储存模量和损失模量有少许增加,同时可降低材料的熔点和熔解热。利用扫描电镜观察木塑复合材料的木材与塑料界面发现,经铝酸酯处理过的木材与聚丙烯复合界面之间具有更好的相容性。这些研究结果表明,在木塑复合材料制造过程中利用廉价的铝酸酯作为木材化学改性剂,对改善复合材料的性质同样起作良好的作用。图6 表2 参16。