工艺对轻质木塑复合材料性能的影响研究

田园（西南石油大学,四川 成都 610500）

工艺对轻质木塑复合材料性能的影响研究

田园（西南石油大学,四川 成都 610500）

木塑复合材料作为一种新型绿色环保复合材料，其主要原材料成分为木纤维等植物纤维，是通过相应处理后使其与一系列热塑性聚合物或其他材料经由各种复合途径制备而成的。文章选取主要原料木粉、废HDPE以及挤出成型的制备型材，研究三种不同工艺对轻质木塑复合材料性能的影响，经由加工性能、材料性能测试分析，结果得出：木塑复合材料性能会受到不同工艺一定程度影响，第三种工艺在塑化时间、挤出线速、熔体压力等方面，相较于第一种工艺、第二种工艺工艺要更优，旨在为如何促进木塑复合材料加工有序开展研究适用提供一些思路。

工艺；木塑复合材料；性能；影响

木塑复合材料（wood-plastic composites，WPC）作为一种新型绿色环保材料，已然发展成取代木材、木质材料的新宠，并在室内外建筑、装修、包装等领域得到广泛推广，由此一方面可促进消除越来越严峻的木材供需矛盾，一方面可促进解决木材、塑料领域废弃资源再生利用等问题，所以有着极为可观的发展前景[1]。WPC是以木质纤维、树脂基体共混形成的，由此使得其同时具备了两者的相关特性，主要表现为：1）物理性能良好，WPC有着与硬木差不多的抗弯曲、抗压等物理性能，且耐用性显著优于常规木质材料；2）可加工性，WPC相较于塑料制品有着更好的刚性、更高的硬度，同时还同时具备木材二次加工特性及热塑性塑料的可加工性；3）可调整性，通过在WPC中添加多种不同的助剂，可达成对塑料发泡、聚合及改性等的处理，由此便可进一步调整WPC的密度、机械性能等，此外还可调整WPC新的性能以满足不同特殊要求，好比阻燃性、抗静电性以及抗衰老性等等；4）原料丰富，WPC生产原料多种多样，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，木粉多选取相关木制产品下脚料，此外还要添加适量加工助剂等，物质可变废为宝[2]。如何生产出产品质量可靠及优化木塑复合材料使用性能，推动其进一步的广泛应用，已然转变成当前研究开发的重点。由此可见，对工艺对轻质木塑复合材料性能的影响开展研究，有着十分重要的现实意义。

1 实验原料及实验方法

1.1 实验原料

（1）材料。木粉、废HDPE、MAPE、润滑剂等均为市售工业级产品。

（2）仪器设备。CMT6503电子万能试验机：深圳新三思计量技术有限公司；SJSZ-65锥形双螺杆挤出机：青岛威尔塑料机械有限公式；JSM-7500F场发射扫描电镜：日本电子公司；SWMSZ-75同向平行双螺杆挤出机：南京赛旺科技发展有限公司；落锤试验机：深圳市万测集团。

（3）试样制备。①第一种工艺，经干燥处理后的木粉、塑料于高速混合机内开展混合，加入加工助剂，混合均匀后冷却，选取SJSZ-65锥形双螺杆挤出机开展型材生产。②第二种工艺，经干燥处理后的木粉、塑料于高速混合机内开展混合，加入加工助剂，混合均匀完毕，选取SWMSZ-75同向平行双螺杆挤出机开展造粒，造粒料选取SJSZ-65锥形双螺杆挤出机开展型材生产。③第三种工艺，将木粉、塑料开展混合，加入相容剂、抗氧剂及相应润滑剂等，混合均匀完毕，选取同向平行双螺杆挤出机开展造粒，期间加入适量的润滑剂开展混合，混合均匀后选取SJSZ-65锥形双螺杆挤出机开展型材生产。

（4）性能测试。

依据ASTM D6109-2005标准，对四点弯曲性能开展测试；依据ASTM D4495-00标准对落锤冲击性能开展测试；加工流变性能，选取转矩流变仪开展测试，温度控制在150℃，转矩转速控制在25r/min。

2 结果与讨论

2.1 三种工艺对加工性能的影响

在同种温度、主机转速情况下，对于熔体压力、系统转矩而言，第一种工艺最大，第三种工艺第二，第二种工艺最小；对于型材外观而言：第二种工艺、第三种工艺所产出的型材表层光滑，第一种工艺所产出型材表层存在少许的裂纹；挤出线速方面，第三种工艺为第一种工艺的1.86倍，为第二种工艺的1.33倍，见表1。

表1 三种工艺对加工性能的影响

对三种工艺物料流变性能进行比较，第一种工艺平衡时长最长，达到3.31min，并且第一种工艺平衡扭矩同样为最高值，达到9.41Nm，由此表示物料表观粘度相对大，流动性不足，型材生产缓慢；第二种工艺平衡时长2.39min，平衡扭矩4.37Nm，由此表示造粒完毕后，物料塑化迅速，具备良好的流动性；第三种工艺平衡时长1.88min，平衡扭矩8.19Nm，由此表示进行两次润滑剂添加，造粒完毕加入的润滑剂损耗低，使得塑化加快，达到了有效润滑的目的，而平衡扭矩较第二种工艺更高，原因是在造粒期间，受加工助剂相互副反应低影响，使得塑料基本与木粉结合力得以提升，熔体压力升高，同样是提升挤出线速及改善型材物理机械性能的重要前提[3]。

2.2 三种工艺对材料性能的影响

三种工艺对材料性能的影响，见表2。结合表中数据对比可得知，对于材料弯曲性能而言，弯曲强度第二种工艺是第一种工艺的1.18倍，第三种工艺是第二种工艺的1.18倍，弯曲模量同样存在相应的转变趋势。落锤冲击高度方面，第三种工艺最高，为700mm；第二种工艺次之，为550mm；第一种工艺最低，为450mm。结合上述数据对比可得出，第三种工艺性能最佳，第一种工艺性能最差，这是由于第一种工艺物料经由搅拌后，物料中木粉之间的结合水还未能全部排出，物料水分超过2.0%，木粉、塑料相互界面结合力不足，物料与机筒、螺杆的剪切力不足，木粉无法在塑料基体中均匀分散，然后锥形挤出机转动速度较慢，极易引发木粉聚集在一起的不足，由此同样会使得形成表层产生裂纹。

对于第二种工艺而言，物料混合完毕再开展造粒，基于强劲作用力条件下，使物料中结合水极大程度排出，促进木粉在塑料基体中均匀分散，再加上木粉表层羟基与MAPE酯基形成反应，进而使界面结合力得以改良。因此，一旦复合材料受到来源于外界的作用力，塑料基体可较好地经由相互界面将其传输至木粉，材料弯曲性能得以提升。

对于第三种工艺而言，通过采取不同步骤加入相应数量润滑剂的方式，润滑剂中包括适量的硬脂酸类外润滑剂，在混合期间水分作用下，使MAPE形成MAH，在与硬脂酸类润滑剂形成反应，由此使得木粉、塑料相互界面结合力下降。在混料过程中加入适量润滑剂以提供造粒期间剪切、分散所需，和第二种工艺比较，界面结合力显著升高，复合材料性能显著改善。造粒完毕再加入润滑剂，从而确保型材挤出表层光滑度，改善挤出线速、型材性能稳定性。

表2 三种工艺对材料性能的影响

3 结语

木塑复合材料性能会受到不同工艺一定程度影响，第三种工艺在塑化时间、挤出线速、熔体压力等方面，相较于第一种工艺、第二种工艺工艺要更优。和第一种工艺、第二种工艺相比较，第三种工艺可显著改善木塑复合材料弯曲性能、落锤冲击强度。

[1]陈灿成，林卓辉.生产工艺对PE基木塑复合材料性能的影响[J].广东化工，2015，42（03）：144－145.

[2]Muasher M，Sain M.The efficacy of photostabilizers on the color change of wood filled plastic composites[J].Polymer Degrada⁃tion and Stability，2006，13（91）：1156－1165.

[3]于艳滨，唐跃，姜蔚.木塑复合材料成型工艺及影响因素的研究[J].工程塑料应用，2008，36（11）：36－40.

研究方向：材料科学与工程（腐蚀及防护方向）

田园（1992-），男，四川南充，汉族，本科，西南石油大学材料科学与工程学院