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木塑复合材料力学性能影响因素的研究

作者:未知

  【摘要】本文主要围绕着木塑复合材料展开研究,主要探讨了木塑复合材料力学性能影响因素,分析了其中比较关键的几个因素,以期能够为木塑复合材料的应用提供有意义的理论参考。
  【关键词】木塑复合材料;力学性能;因素
  中图分类号: TB33 文献标识码: A
  一、前言
  近年来,木塑复合材料的使用范围在不断扩大,众多领域都在使用木塑复合材料,因此,进一步分析木塑复合材料力学性能影响因素就显得非常有必要,这是提高木塑复合材料使用效果的重要工作。
  二、复合木塑材料
  木塑复合材料是“生物质―聚合物复合材料”的俗称,为生物质与聚合物复合而形成的复合材料,最初由木材和塑料用合成树脂制得。生物质是由生物细胞或者其代谢产物构成的天然有机高分子材料,主要包括木材、竹藤材、灌木、芦苇等各种草类、农作物秸秆,以及各种农林加工剩余物等,它们的共同特点是由纤维素、半纤维素和木质素三种主要有机高分子化合物和含量较少但种类繁多的抽提物组成。生物物质作为材料使用时称为生物质的材料,绝大部分具有木质化了的纤维细胞结构,所以常称为木质纤维材料,蕴藏量巨大,是唯一可自然再生的基础材料。用于生产木塑复合材料的聚合物原合材料的原料来源及其广泛,尤其值得注意的是,它可以利用废旧的塑料和废弃木质纤维材料为原料,原料包括各种合成树脂、塑料、橡胶、合成纤维,以及这些高分子材料制品的废弃物等。可见其生态环境意义不容忽视。而且可回收再次利用,称得上真正意义上的环保、节能、资源再生利用的新颖产品。随着人们对环境资源重视程度的提高,以废旧物资回收和资源综合利用为核心的循环型经济发展模式已成为世界经济发展的趋势。大力开发资源循环利用技术,将对国民经济发展和环境可持续发展产生深远影响。
  三、木塑复合材料的性能优势
  PVC/木粉复合材料挤出微发泡制品兼有具比纯木材和塑料产品的更优良的性能,不仅性能达到了真正仿木的效果,而且其加工成本也比木制品低很多,它的产生给木制品行业带来了一次革命性的跨越,也塑料加工行业注入了新的血液和活力。
  1、木粉复合材料的表面经过处理后,能形成一层高分子膜覆在材料的表面,其吸水率要比材料本身小2%左右,防水性能要好于木材,而且能阻绝霉菌滋生,使木粉的防霉能力也得到了提高。
  2、木粉复合材料能根据要求制成各种形状和纹理的制品,外形美观无色差,材料利用率高,无加工剩余物,能回收再利用,是一种节能又环保的材料。
  作为一种新型的木材替代品,它可以广泛应用于建筑装饰和包装等领域,绝大多数的室内外装饰建材均可用PVC来制造。PVC木塑彻底抛弃原木的缺点,改进了原木的不足,保留了原木特有的木质感。同时PVC木塑材料可根据不同木种和颜色生产出不同等级、不同规格、不同颜色的制品。由于生产过程采用挤出成型,可实现自动连续生产,长度任意裁定,这是原木所不能及的。PVC制品现已收到全球广泛的重视,被誉为绿色环保新型材料,具有广阔的发展前景。
  四、木塑复合材料性能的影响因素
  木塑复合材料以木屑和废旧塑料为主要原材料,通过不同加工工艺成型。在实验过程中,通过调整和改变原材料或成型工艺,将所得到产品的性能进行比较,发现有明显差异。现将木屑、废旧塑料及成型工艺对木塑复合材料性能的影响进行论述。
  1、木屑对材料性能的影响及增强机理
  木屑含有大量的短切纤维和木素。木纤维具有较高的机械强度和弹性,木素具有较好的硬度和刚性,它们均可作为改性剂在复合材料中起增强作用。木屑的比表面积和孔隙率都很大,使得木屑与液态树脂基体之间具有很大的接触界面。由于界面之间存在有偶极定向力、诱导偶极力和色散力,异相的复合过程便是依靠这种电场和力场的界面结合力而牢固结合。
  木塑复合材料的电镜显示,PVC树脂可渗透到木材细胞腔中,进一步提高复合材料的强度和硬度。由于复合材料是呈结晶态(木纤维)和无序态(树脂)的多相状态,使复合材料既具有木纤维的高强度、高弹性,又具有聚合物基体的高韧性、耐疲劳等优点,因此,这种复合材料具有优良的综合性能,即力学强度良好,抗冲击强度高,热伸缩性和吸水性均比木材小,尺寸稳定性好、耐磨、耐化学腐蚀,不虫蛀,非易燃,并具有木材和塑料的双重加工特性,既可锯、刨、钉、油漆,又可挤出、压制、注塑成型。
  2、废旧塑料对材料性能的影响及改性
  为降低材料成本,提高废旧塑料回收利用率,研究以废旧PVC塑料作为木塑复合材料的基体。但由于废旧塑料在使用过程中,受到空气中氧气的氧化作用,同时受光和热等外界环境影响,使聚合物分子链断裂而降解,导致废旧塑料力学性能下降。为提高复合材料的力学强度,需对废旧塑料进行改性处理或者在原料配方中加人适量的树脂。经过实验研究发现,当复合材料中PVC含量一定时,增加PVC树脂,复合材料的力学性能提高,或者换句话说,复合材料的力学强度随废旧塑料含量的增加而下降。
  3、成型工艺对材料性能的影响
  木塑复合材料可以根据工业生产的实际需要加工成不同材质,如:软材、硬材、片材、板材或者管材、导型材。不同的型材和用途通过不同的成型工艺成型。硬板材通常有层压成型、压制成型和挤出成型三种不同的成型工艺。其中,在压制成型和层压成型过程中材料受到的压力要比挤出成型大。经过压制成型和层压成型的复合板材比挤出成型的板材具有较好的力学性能。从生产角度看,压制成型和层压成型都是间歇式的,而挤出成型则是连续式的,只要挤出成型的复合板材其力学强度足以满足实际需要,则应该选择挤出成型工艺,这对生产管理、提高生产效率都是有益的。
  五、木质复合材料发展前景及对产业发展的建议
  1、木质复合材料发展前景
  由于木材具有质轻而比重大、可生物降解、舒适的视觉和触觉效果、隔音、隔热等优点,在现代社会中,它仍然是材料世界中的主要成员。然而,遗传结构在赋予木材众多优点的同时也不可避免的带给木材固有的缺陷。木质复合材料正是通过利用木材与其它材料的复合效果,一方面尽量保持着木材的特性,另一方又进一步改善木材的应用性能,以提高木材的利用率,扩大木材的使用范围和延长木材的使用寿命,来满足社会生产和人类生活的需要。
  尽管木质复合材料在木质材料家族中仅仅是一名年轻的成员,但是,木质复合材料技术不仅是木材工业的研究热点,而且极大地推动着木材工业的发展,是木材工业的发展方向。
  从过去的经验来看,木质复合材料技术不是盲目、孤立发展的,而是为了满足社会生产和人类生活的需要,是与其它材料技术协调发展的,是整个材料科学发展的结果。材料科学的发展促进了木质材料科学的发展,现代复合材料科学的进步推动了木质复合材料科学的进步,复合材料是材料革命的方向,同样,木质复合材料也将是木质材料的发展方向[6]。
  2、产业发展的建议
  (一)建议由国家有关部门牵头,组建木塑复合仿木材料的行业机构,以及联合现有的研究与开发机构,积极地、更快地吸收世界先进的技术与工艺,提高我国木塑复合仿木材料的技术水平。
  (二)加快技术创新的步伐,扩大木塑复合材料的应用领域;同时要建立国家级的质量标准和检测规则,统一技术指标,以保证产品质量。还要加强木塑复合材料成型机械的配套研制、开发和生产,以适应经济建设对各种型材的需要。
  (三)国家应通过政府补贴的形式补贴利用废弃物进行再生产而消除污染、减少废物、改善生态环境的企业,同时适当减免税收,以加大对其产业发展的支持力度。
  六、结束语
  总而言之,研究木塑复合材料力学性能影响因素非常有现实意义,可以为木塑复合材料的应用提供有力的参考,是今后推广使用木塑复合材料的必要工作,也是今后需要深入研究的重点工作之一。
  【参考文献】
  [1]董雪波,李琼,童国林.木质素/PVC复合材料的研究与发展[J].林产工业,2011,35(1):13-15
  [2]王澜,董洁,卜雅萍.聚氯乙烯稻壳粉木塑发泡制品的研究[J].塑料,2012,5:1-6
  [3]杨庆贤.木/塑复合材料机械性能的评定.高分子材料科学与工程,2012,9(3):140~143.

论文来源:《城市建设理论研究》 2014年18期
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