聚丙烯與木纖維的復合研究

第19卷第1期木材工業(yè)2005年1月Vol, 19 No. 1CHINA WOOD INDUSTRYJanuary 2005研究簡(jiǎn)報Ⅲ聚丙烯與木纖維的復合研究張立芳南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院,南京210037)摘要:通過(guò)檢測以木纖維和聚丙烯為原料制造的木塑復合材料的抗拉強度研究了木纖維和聚丙烯的復合性能并分析了木纖維與聚丙烯的質(zhì)量比、馬來(lái)酸酐改性聚丙烯及偶聯(lián)劑對復合材料抗拉強度的影響。試驗結果表明,當聚丙烯與木纖維的混合比為10:3、偶聯(lián)劑加入量約為聚丙烯質(zhì)量的3%~5%時(shí)木塑復合材料的抗拉性能最佳。關(guān)鍵詞:聚丙烯;木纖維;抗拉強度中圖分類(lèi)號T653.6,TQ324文獻標識碼文章編號:00186542005)140027-03Study on Mixing Conditions for Polypropylene and wood FiberZHANG Li-fangCollege of Wood Science and Technology, Nanjing Forestry University Nanjing 210037, ChinaAbstract: The composites investigated in this paper were made from wood fibers either with polypropyleneonly or with polypropylene modified with maleic anhydride or alternatively coupled with a silane agentThe adhesion between wood fiber and polypropylene was evaluated through testing the tensile strength of thecomposite. An analysis was made on how the tensile strength was influenced by the ratio of wood fiber to polypropylene as well as the effect of the addition of maleic anhydride and the silane coupling agent to polypropylene. It was found that when the polypropylene and wood fiber was mixed at 10: 3 and 3%-5% coupling agentwas added to polypropylene the wood-polypropylene composite showed the best tensile strengthKey words: Polypropylene Wood fibers Tensile strength復合是高分子材料發(fā)展的重要方向之—其目械性能、耐熱性能優(yōu)良化學(xué)穩定性好,對水穩定性的是發(fā)揮單一材料的各種優(yōu)異性能,制造出具有多特別好幾乎不吸水。木纖維來(lái)源廣是天然高分子種優(yōu)良性能的新材料。材料。本文初步探索聚丙烯與木纖維的復合性能。木塑復合材料是以各種形態(tài)的木材原料如木1試驗材料與方法纖維、刨花、單板等與某一種或幾種合成纖維在一定1.1試驗材料的條件下復合而成的材料。與木材相比木塑復合木纖維樹(shù)種為意楊( Populus spp.)和馬尾松材料的抗水性、尺寸穩定性和力學(xué)性能等都有明顯( Pinus massoniana)楊木纖維與松木纖維的混合比提高,可制成地板、樂(lè )器、運動(dòng)器材和裝飾材料等。例為7:3江蘇丹陽(yáng)中密度纖維板廠(chǎng)提供。木塑復合材料的制造方法很多,可以用單體浸注于聚丙烯執行標準QSH004010592南京金實(shí)體木材或單板中使單體在木材中聚合而成還可陵石化工業(yè)公司塑料廠(chǎng)提供以用木纖維或木粉等與合成樹(shù)脂、塑料顆粒復改性劑順丁烯二酸酐(即馬來(lái)酸酐,MA)熔合點(diǎn)范中國煤化工甲麟(BO)熔點(diǎn)范圍聚丙烯是一種性能優(yōu)良的聚烯烴原料,價(jià)格便102CNMH宜結構規整、結晶性的聚丙烯無(wú)嗅、無(wú)味、無(wú)毒機稿叭灬D)RnJ普南京東凱化工廠(chǎng)產(chǎn)1.2試驗方法收稿時(shí)間200405-21.2.1原料預處理作者簡(jiǎn)介張立荒1948—)男南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院副教授。January 200CHINA WOOD INDUSTRYVol 19 No. 1木纖維經(jīng)過(guò)24×24孔/100cm2的網(wǎng)篩除去比例較小粗大纖維,干燥至含水率2%~5%改性聚丙烯將BPO和MA按比例定量溶解在丙酮液中然后與聚丙烯混合均勻靜置后得到。世801.2.2熔融混合試驗設定3種方案采用A未改▲緊丙稀+木纖溶性聚丙烯、B改性聚丙烯、C未改性聚丙烯中加入偶●案丙+木紆+偶聯(lián)剌聯(lián)劑分別與木纖維混合試制木/塑復合材料。聚丙10:010:110:210:310:410:5烯與木纖維質(zhì)量混合比分別為10:110:210:3和PP: WF10:4。偶聯(lián)劑加入量:為聚丙烯質(zhì)量的3%~5c圖1木/塑混合比、改性劑與偶聯(lián)劑加量將上述不同配比的混合物分別置入帶攪拌器的對復合薄板強度的影響不銹鋼容器內。由于聚丙烯的等規和高度結晶結Fig.1 The tensile strength of the composite films made atdifferent mixing ratios and with different chemicals構只有溫度達到其熔融溫度區(165±5)℃時(shí)才軟時(shí)是以點(diǎn)或棒狀形態(tài)分散在聚丙烯中有一定的增化具有塑性但溫度過(guò)高木纖維易炭化所以需嚴格強作用。木纖維比表面積、孔隙率較大在連續相中控制溫度以保證混合物充分熔融、混合均勻。與聚丙烯樹(shù)脂有很大的接觸界面依靠范德華爾分1.2.3制板將攪拌均勻不同配比的熔融態(tài)木塑子水偶極誘導、色散)界面產(chǎn)生牢固結合。另一方混合物快速移至覆有聚四氟乙烯膜的試驗鋼板上,面熔融的樹(shù)脂可滲透到木材細胞腔中進(jìn)一步提高放入溫度165±5)℃的熱壓機內通過(guò)加壓并且用3界面結合力。隨著(zhù)木纖維的質(zhì)量分數逐步增大mm的厚度規控制厚度將混合物壓成一定厚度的薄分散相逐步有了層狀結構而且與聚丙烯相不相容板冷卻成形后得到木/塑復合薄板,板幅面為300因此復合材料的抗拉強度隨著(zhù)木纖維量增大而下mm×300mm。降1.2.4強度檢測按照GB1040-79《塑料拉伸試驗2.2.2改性劑的影響聚丙烯是當今最具發(fā)展前途方法》使用XL250型拉力試驗機(廣州試驗儀器的熱塑性高分子材料之一但由于它是非極性高聚廠(chǎng))檢測木/塑復合薄板的抗拉強度。物用途受到限制。采用熔融接枝的方法可提高聚丙烯的極性實(shí)際操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟適合工業(yè)化生產(chǎn)。2結果與分析馬來(lái)酸酐是一種很好的聚丙烯接枝改性劑但2.1試驗結果從圖1可見(jiàn)聚丙烯經(jīng)過(guò)馬來(lái)酸酐改性后再與木纖木/塑復合薄板試樣的抗拉強度檢測結果見(jiàn)表1。維復合復合材料的抗拉強度不增反降。一般認為1不同工藝條件下木/塑復合薄板的抗拉強度在過(guò)氧化物引發(fā)劑存在的自由基熔融聚丙烯體系Tab. 1 The tensile strength of the polypropylene wood中過(guò)氧化物先分解產(chǎn)生自由基并與聚丙烯分子鏈進(jìn)行氫消除反應在聚丙烯分子鏈上生成叔碳自由薄板聚丙烯與木纖維的質(zhì)量比基,該分子自由基既可與馬來(lái)酸酐生成接枝物也能抗拉強度10:110:210:310:410:0A/105Pa127.686.8與另一聚丙烯生成更大分子自由基。但是聚丙烯分B/105Pa68子鏈叔碳自由基也可以使分子鏈斷開(kāi),發(fā)生降解反C/10 Pa應生成鏈端有雙鍵的斷分子鏈段,以及伯碳自由基*2聚丙烯+木纖維B改性聚丙烯+木纖維x聚丙烯+木斷分子鏈段。后者是分子量小一些的自由基也能纖維+偶聯(lián)劑形成接枝物。2.2結果分析以聚丙烯與木纖維的質(zhì)量比為橫坐標,樣板的總體而言對于通常的聚丙烯和馬來(lái)酸酐熔融抗拉強度為縱坐標試驗結果的直觀(guān)分析見(jiàn)圖1。接枝體系聚丙烯在自由基作用下降解嚴重聚丙烯22.1木/塑復合比率的影響從圖1中可以看基體的力學(xué)性能不是優(yōu)化而是劣化5。出采用未改性的聚丙烯與木纖維復合當二者的質(zhì)2.2.3偶朕劑的影血,以圖1可見(jiàn)聚丙烯材料中量分數比為10:1時(shí)復合薄板的抗拉強度較高髓加入中國煤化工合材料的抗拉強度明著(zhù)木纖維質(zhì)量分數的增加強度則下降。原因是木顯地CNMHG種聚合物混合時(shí)可以纖維是含有大量羥基的纖維素分子組成,是極性材達到分子水平相容絕大多數聚合物共混物是不相料而聚丙烯是非極性高分子材料兩者摻混時(shí)不能容或者部分相容由于沒(méi)有足夠的相容性不同聚合相容。組分較多的聚丙烯基形成連續相,當木纖維物界面層分子間形成不了足夠的相互纏結使復合28第19卷第1期木材工業(yè)2005年1月體的性能達不到應用的要求。要改善組分間相容3)選取適當的偶聯(lián)劑能明顯地改善聚丙烯和性通常有兩種方法:一是將兩種組分分別進(jìn)行化學(xué)木纖維之間的界面提高復合材料的抗拉強度。本改性引入相容性基團通過(guò)這些基團實(shí)現相容;是研究中偶聯(lián)劑加入量約為聚丙烯質(zhì)量的5%時(shí)木在共混物中加入少量的第三組分即偶聯(lián)劑通過(guò)偶纖維在復合混合物中所占的比率可達到23.1%(即聯(lián)劑在兩相界面區域的聚集降低兩組分間界面張聚丙烯與木纖維的質(zhì)量比為10:3)木/塑復合材料力提高組分間界面相容性。偶聯(lián)劑是一類(lèi)在多相的抗拉強度最佳。體系中形成良好接口的物質(zhì),般偶聯(lián)劑分子一端參考文獻有極性基團另一端為非極性基團通過(guò)偶聯(lián)劑分子[1]楊慶賢木/塑復合材料及其增強機理的研究J]復合材料學(xué)作用可以將極性的木纖維與非極性的聚丙烯很好報19929(4)77-8地結合起來(lái)從而使復合材料具有優(yōu)良的整體性能[2]中國林科院木工所.聚丙烯纖維對木/塑纖維復合材料性能影響的初步研究J]木材工業(yè)J997J1(6)5-7偶聯(lián)劑的分子結構、濃度對聚丙烯和木纖維的界面[3]李堅.走向21世紀的木質(zhì)復合材料J]世界林業(yè)研究199區域的影響有待進(jìn)一步研究和探討。3結語(yǔ)[4] F M B Coutinho, T H S Costa D L Carvalho, Polypropylene-Wood1)聚丙烯連續相中加入少量的木纖維對聚丙烯Fiber Composites Effect of Treatment and Mixing Conditions onMechanical Properties[ J ] Joumal of Applied Polymer Science材料有明顯的增強作用加入量控制在10%以?xún)取?997(65):1227-12352)馬來(lái)酸酐接枝改性聚丙烯在熔融狀態(tài)下與木[5]李穎謝續明.馬來(lái)酸酐·苯乙烯多組分單體熔融接枝聚丙烯的纖維混合制得的木塑復合材料的抗拉強度不增反減機理研究J]高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報2000(4)374642中……+…++:…+日………++…+…十……+…++日……十…+全國人造板標準概況之現行標準(截至2004年12月底1纖維板茶葉包裝用膠合板LY/T1170-1995難燃中密度纖維板GB/T18958-2003乒乓球拍用膠合板LY/T1115-1993中密度纖維板GB/T1718-1999熱帶闊葉樹(shù)材普通膠合板GB/T13009-1991薄型硬質(zhì)纖維板LY/T1205-199刨切單板GB/T13010-1991浮雕纖維板LY/T1204-19974人造板飾面材料及飾面人造板硬質(zhì)木纖維瓦楞板LY/T1203-1997實(shí)木復合地板GB/T18103-2000硬質(zhì)纖維板GB/T12626-1990浸漬紙層壓木質(zhì)地板GB/T18102-2000地板基材用纖維板LY/T1611-2003熱固性樹(shù)脂浸漬紙高壓裝飾層積板(HPL)2刨花板GB/T7911-1999刨花板GB/T4897.1-4897.7-2003聚氯乙烯薄膜飾面人造板LY/T1279-1998石膏刨花板LY/T1598-2002浸漬膠膜紙飾面人造板GB/T15102-199定向刨花板LY/T1580-2000裝飾單板貼面人造板GB/T15104-1994抗靜電木質(zhì)活動(dòng)地板LY/T1330-1999飾面用浸漬膠膜紙LY/T1143-1993模壓刨花制品(家具類(lèi))GB/T15105-1994不飽和聚酯樹(shù)脂裝飾膠合板船用貼面刨花板LY/T1057-1991LY/T1070-1071-19923膠合板5木材工業(yè)用膠粘劑膠合板GBT9846.1~9846.8-2004水基聚合物異氰酸酯木材膠粘劑集裝箱底板用膠合板GB/T19536-2004LY/T1601-2002竹編膠合板GBT13123-2003木材工業(yè)膠粘劑術(shù)語(yǔ)LY/T1280-1998竹篾層積材LY/T1072-2002木工用氯丁橡膠膠粘劑LY/T1206-1997汽氣車(chē)車(chē)廂底板用竹材膠合板LY/T1055-2002脲醛預縮液LY/T1180-1995旋切單板LY/T1599-2002木材工業(yè)膠粘劑用脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂混凝土模板用浸漬膠膜紙貼面膠合板GBT14732-1993LY/T1600-2002木材膠粘劑及其樹(shù)脂檢驗方法航空用樺木膠合板LY/T1417-2001GB/T14074-1993難燃膠合板GB/T18101-20006綜合單板內貼式有孔膠紙帶LY/T1579-2000室內裝飾裝修材料-人造板及其制品中甲醛釋放竹地板LY/T1573-2000限量GB18580-2001汽氣車(chē)車(chē)廂底板用竹篾膠合板LY/"T1575-2000人造板及其表面裝飾術(shù)語(yǔ)GB/T182592000混凝土模板用竹材膠合板LY/1574-2000人造板及飾面人造板理化性能試驗方法混凝土模板用膠合板GB/T17656-1999GBAT17657-1999紡織用木質(zhì)層壓板LY/T1416-1999中國煤化工度的測定細木工板刂切車(chē)廂膠合板名詞、術(shù)語(yǔ)LY/T1365-1999CNMHG刨切車(chē)廂膠合板LY/T1364-1999人造板-板的垂直度和邊緣直度的測定木質(zhì)層積塑料LY/T1401-1415-1999電工層壓木板LY/T1278-1998GB/T19367.2-2003濕粘性單板封邊膠紙帶LY/T1171-1995(未完待續)