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聚丙烯基发泡塑木复合材料新进展
来源: 作者: 发布日期:2019-07-18 阅读次数:134 评论数:0 收藏 打印 
发泡塑木复合材料是将塑料母粒、木粉、填料、发泡剂和各种助剂按一定比例混合,于成型过程中在复合材料内部引入泡孔而制成。发泡剂在塑木共混物相体系中形成的气体相可通过溶解气体的分离、挥发性气体的汽化或化学反应产生气体的释放等途径实现。



发泡塑木复合材料内部良好的泡孔结构有助于钝化普通WPC中的裂纹尖端,阻止裂纹扩展,因而可以克服普通塑木复合材料脆性较大、抗冲击强度较小和材料伸长率较低的缺点。另外,由于发泡塑木复合材料中含有大量泡孔,材料内部空隙较大,制备时所用树脂量大大削减,相对节约了原料成本,也有效降低了材料的密度(约为未发泡塑木复合材料的50%,可达0.6~1.0g/cm3),材料的隔音、隔热和缓冲效果也随之提高。此外,因发泡材料自重轻,便于运输、施工和安装,有望成为物流包装等行业所用木材及塑料的替代品。发泡塑木复合材料还是一种环保材料,原料来源广(回收的二次纤维和废旧塑料均可),制造成本低廉,其本身还可多次回收再利用,减少了塑料的使用量,降低了环境污染,也有益于保护森林资源。尽管目前国内一些包装材料制造商及研究单位在努力研发发泡型纯植物纤维缓冲包装材料,但相比较而言,FW-PC因集合了木材与塑料两者之长,因而仍在性能上更具优势,如强度更高、耐水性能更好、价格更低廉、应用范围更广。

聚丙烯(PP)价格适中,力学性能优异,耐热温度相对较高。PP基发泡材料的发泡体系性能和发泡机理的相关研究比较深入,制备工艺已基本成熟。我国研究人员对聚丙烯基发泡塑木复合材料的研究较多,采用的木质材料包括木粉、农作物废料和竹粉等,例如注塑法得到的发泡塑木复合材料微孔结构及其增韧改性进行研究,采用自制的塑木粒料和发泡粒料(比例9:1)在注塑成型机上进行成型,制备出具有不同微孔结构的PP/木纤维复合材料。对材料综合性能的测定结果表明:注射温度为180℃、保压压力为10 MPa时,所得发泡塑木复合材料的微孔平均孔径为53μm,微孔密度为2.8×106个/cm3,微孔为“蜂窝”状形貌。与未发泡的塑木复合材料相比,密度降低22%,冲击韧性提高60%。材料中的微孔改变了裂纹扩展方向,形成“台阶”、“分叉”,从而增加了裂纹的扩展路径,同时可使周围基体变形时容易产生强迫高弹形变。

另经研究对木纤维/PP 复合微孔发泡材料制备工艺与材料性质之间的关系进行研究,采用化学发泡法,利用注塑成型制备得到孔径更小的木纤维/PP复合微孔发泡材料。该项研究结果表明,添加木纤维使复合材料的力学性能显著提高,且材料的冲击强度和弯曲强度高于未发泡材料,但后者的拉伸强度要高于木纤维/PP 复合微孔发泡材料;复合微孔发泡材料的密度随木纤维掺量的增加而增大,但小于未发泡材料的密度,而且当木纤维掺量提高时,泡孔直径先减后增,木纤维掺量为5% 时,泡孔直径最小,为20.5μm。有研究显示制备发泡塑木复合材料的主要原料选定为秸秆粉和PP,通过调整偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂与乙烯-醋酸乙烯高聚物(EEVA)的比例、偶联剂的种类和含量挤出工艺条件参数研究最佳发泡工艺。结果表明:AC发泡剂含量为4份时,所得发泡材料密度最小为0.95g/cm3,冲击强度最大为14.88KJ/m2;当EVA含量在12%时,材料的密度达到最小,为0.84g/cm3,冲击强度达到最大,为11.4KJ/m2;偶联剂(马来酸酐接枝聚丙烯,MAH-g-PP)为6份时,发泡材料的冲击强度达到最大,为11.56KJ/m2;制备发泡母粒时,挤出机螺杆温度为150℃ 时,密度达到0.94g/cm3,冲击强度达到12.04KJ/m2。以竹粉和PP为原料采用注塑法制备了发泡塑木复合材料。实验以乙烯辛烯共聚物(POE)和马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)作为复合材料的增韧剂。结果显示:添加POE和POE-g-MAH会略微降低材料拉伸强度和弯曲强度,但可明显提高材料的缺口冲击强度,二者最佳用量分别为15%和8%;采用8%POE-g-MAH增韧的复合材料的缺口冲击强度为8.55KJ/m2,提高了35.7%,可很好地应用于汽车内饰件。环境扫描电镜(ESEM)测定结果显示,增韧后的复合材料断裂形式转变为韧性断裂。动态频率扫描结果显示,POOE对复合材料流变性能的影响较小,而POE-g-MAH增韧的复合材料的储能模量和复数黏度明显增大。
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