行业新闻

当前位置:首页 > 行业新闻

木粉补强热塑性塑料加工技术(二)

时间:2018-11-23点击:

    使用冲击性改善很大的PS可以使PS/木纤维复合材料的机械性能获得显著提高,开发的合成聚烯烃可以以任意比与传统的木浆混合。
  纤维与基体的界面对复合材料的机械性能影响很大,界面质量决定树脂向纤维传递应力的大小,对于未经处理的填料填充的材料,在大多数情况下,它的拉伸强度和延展性都要低于未填充聚合物,拉伸强度和延展性会随着填料的增加而降低,然而,一些实验说明,在填料达到临界值之前(PP为20~40%,PE为30~40%,PS为30%),复合材料的强度会随着填料的增加而增加。
  图1表明拉伸模量随着填料的增加而增加的量因复合材料的不同而不同,另一影响
  好选择短纤维或微纤维(平均尺寸为0.24~0.35),这样可以增加比表面积,纤维分布更加均匀,因此纤维和树脂的相容性得以改善,因此膨胀度下降,加工时不容易破裂。
  木质填料的应用受到限制主要是由于复合材料的吸湿和膨胀会引起尺寸变化。纤维素、半纤维素、木质素中大量的羟基在复合材料的大分子间产生大量的氢键,材料吸湿会使氢键断裂,然后羟基会和水分子组成氢键,这就降低膨胀度。木材膨胀会产生很大的力,Stamm计算的木材理论膨胀压力大约为1630atm,这么大的力在复合材料中会引起严重的问题,这是它的应用受到限制的主要原因。对于未经处理的塑木复合材料,填料量增加,吸湿量也会增加,极端的外界条件如在开水里浸泡20小时会削弱复合材料50wt%,浸泡4小时会使木/LDPE复合材料的拉伸强度降低35%,延展性降低48%,大量的羟基的存在使得不同的化学基很容易地联结起来。
  聚合物与补强填料的改性方法
  应用纤维补强复合材料取决于纤维素含量、含湿量、纤维/基体的界面粘附作用,各种改性方法都可以改变这些因素。
  化学方法:
  木粉的化学改性包括各种化学处理方法,以降低填料中羟基的数量或使木粉大分子与基体树脂之间发生交联,新结构的稳定性取决于粘合性质,它对机械性能和吸附性能有很大的影响。在膨胀或收缩时,只要树脂随着纤维一起,在吸湿或干燥时就不会有粘合断裂,如果形成共价键,界面间的作用力会很强,用作与细胞壁的羟基反应的化学物质可分成两类:一种是与羟基反应然后聚合的,一种是只与单个的羟基反应的,活化剂和极性改变剂是用于改性聚合物基体的化学方法。
  纤维素大分子间的交联
  如果微原纤维单元间是化学联结,膨胀就会受到限制,一种处理方法就是与甲醛相互作用:
  Wood—OH+H—CH=O →Wood—O—CH2—O—H+HO—Wood
  →Wood—O—CH2—O—Wood
  →Wood—O—CH2—O—Wood

表1 PMPPIC改性的木粉/HDPE复合材料的拉伸性能(木粉的质量百分含量为30%)
PMIC
拉伸强度
断裂伸长率
拉伸模量
%
Mpa
%
Gpa
0
18.3
3.9
1.72
1.0
27.7
4.3
1.69
2.0
28.8
5.4
1.74
3.0
30.4
6.1
1.79
  交联木质纤维素可能会有很多种情况发生,要限制细胞壁的膨胀,应使不同的纤维素链发生作用。这种方法可使活泼的羟基被堵住,使其不再吸收水分,实验表明,由甲醛引起的交联还不足以完全稳定木粉。
  乙酰化
  最经得起检验的化学改性方法是木粉/OH之间加入醋酸酐乙酰,使其发生酯化作用,生成酯,木粉中主要参加反应的物质是半纤维素和木质素:
  wood—OH+CH3—CO—O—CO—CH3→wood—O—CO—CH3+CH3COOH
  乙酰化是一个单反应过程,一个乙酰基与一个羟基反应,不发生聚合,这一个反应降低了木粉与复合材料的吸湿性和膨胀性,失去羟基的木粉变为憎水性的,这又引起与用作粘合剂的可溶性酸的相互渗透问题,和未经处理的木粉相比,它与非极性塑料间的相容性可得到改善,大多数情况下都是小而薄的木片乙酰化,因为大片不容易渗透,用乙酰化改性木粉的方法一般用于生产高性能的复合材料。
  接枝共聚合
  接枝共聚合是一种常见的改性聚合材料的方法。接枝共聚物包括聚合物主链在官能团上接枝,官能团与官能团之间可以发生反应也可以和其它聚合物发生反应,此方法广泛用于对纤维素填料和聚合物填料的化学性质和极性进行改性,接枝共聚物反应是由纤维素分子的自由基激发的,将纤维素用选好的离子处理并用高能辐射就形成了自由基,然后用一合理的方法处理自由基位置,然后PS与纤维素以共价键结合,降低了纤维的亲水性,所形成的聚合物表现出两种材料的性能,因此它可以与PS基体相容。
  广泛用于改性聚合物基体和木质纤维的物质是马来酸酐(MA),,接枝在聚合物上的马来酸酐时,即可以形成共价键,也可以形成氢键。例如,将PE马来酸酐酸化可以提高废旧纤维素填充回收PE复合材料的机械性能并且不易变形,将MPP(马来酸酐酸化的PP)接枝在木质纤维上可以形成木纤维/PP复合材料,且复合材料中纤维分布均匀吸湿较好,两相间的粘附作用较强,复合材料的吸湿性也会随着MPP的升高而显著下降,在引发剂和PVC存在的条件下,用MA包覆木纤维会在亲水纤维表面形成一层憎水性的软膜,这样,两种不同基体间剥离的可能性就减小了。如果木纤维/PS复合材料中只使用马来酸酐,机械性能只会稍有提高,这说明,对于每一种特定的材料,都要选择一种特定的化学改性剂。

木塑材料制造的关键技术是如何保证稻壳粉的高填充量,使稻壳粉填充量高达80%~90%以达到制品有较低的生产成本和较高的使用性能。作为在高填充量的前提下如何确保材料有高的流动性和渗透性从而能促使热塑熔胶能充分地粘接稻壳粉,达到共同复合的力学性能及其他方面的使用性能,主要需解决以下几个方面的问题:
  (1)木粉的表面处理
  (2)原材料(塑料、稻壳粉种类)的选择及如何提高塑料与稻壳粉之间界面结合力。因为对于两相复合界面往往成为应力集中区,因此提高复合材料力学性能的关键是提高界面的相容性。