PVC木塑復(fù)合材料的配方及其性能

唐文斌

（東莞市華立實業(yè)股份有限公司，廣東東莞 523561）

PVC木塑復(fù)合材料的配方及其性能

唐文斌

（東莞市華立實業(yè)股份有限公司，廣東東莞 523561）

隨著科技的發(fā)展，人們對于材料方面的要求也越來越高，開始不滿足于原有的單一材料，因此，PVC木塑復(fù)合材料應(yīng)運而生。PVC是聚氯乙烯的簡稱，而木塑復(fù)合材料則是使用植物纖維或者是木纖維對熱塑性材料進行填充或者增強，同時具有塑料盒木材的特點，在某些方面可以用來代替木材或者塑料。主要研究 PVC 木塑復(fù)合材料的組成以及對 PVC 木塑復(fù)合材料的性能進行分析。

聚氯乙烯；木塑復(fù)合材料；性能分析

隨著技術(shù)的進步，人們對于材料的要求也在逐漸提高，漸漸不滿足于原有的單一材料，因此，復(fù)合材料應(yīng)運而生。其中，PVC 木塑復(fù)合材料占有一定的比重，PVC 木塑復(fù)合材料不僅具有木材的特性，還同時具有塑料的特點，是一種新型的綠色的環(huán)保材料。其具有諸多優(yōu)點，例如：來源豐富、可回收、原料廉價等；此外，相對于塑料而言，其可以減少對環(huán)境的污染；而對于木材來說，則可以更好地保護森林環(huán)境以及資源；總的來說，可以有效地促進經(jīng)濟的發(fā)展，具有良好的生態(tài)效益以及社會效益。

木塑材料能否具有更廣闊的使用空間，取決于木塑材料的性能，很多年來，科技人員對木塑材料的配方以及性能進行了大量的研究，并取得了一定的進步。本文通過對比云杉木粉和楊木粉的粒度、木粉含量以及微觀結(jié)構(gòu)等因素，對 PVC木塑材料的性能進行了實驗研究。

1 實驗部分

1.1 原料

楊木粉和云杉木粉均屬于軟木，但它們的種類又有所不同，楊木是闊葉木，而云杉木則是針葉木。所選用的實驗材料均為已失去活力的植物細(xì)胞的細(xì)胞壁，因此，取以下三種類型材料：1號楊木粉，粒徑212μm；2號楊木粉，粒徑150μm；云杉木粉，粒徑212μm。PVC 基選用的是 SG 5型，其他材料均為市面上常見材料，如：穩(wěn)定劑、塑料助劑等。

1.2 儀器設(shè)備

天津烘箱廠生產(chǎn)的 DH-101-3S 型號的恒溫鼓風(fēng)干燥箱 ；北京市攪拌食品機械公司生產(chǎn)的 JM-10型號的高速混合機 ；上海擠出機械廠制造的 SJ-45×25F 型號的單螺桿擠出機 ；河北承德市材料試驗機廠生產(chǎn)的 UJ-40型號的沖擊試驗機 ；長春實驗機研究所的 CSSA 2110型號的電子萬能試驗機 ；美國 FEI公司的 FP6800173型號的發(fā)射掃描電鏡。

1.3 工藝流程

使用鼓風(fēng)干燥箱，在110℃下，恒溫干燥6h，對木粉進行預(yù)干燥，確保脫除木粉表面的吸附水以及木粉內(nèi)毛細(xì)管中的吸附水和自由水。其中，螺桿的轉(zhuǎn)速為 20～60r/min ；口模形狀是棒材，直徑為10mm ；擠出機各個階段溫度分別是160～165℃，170～175℃，180～185℃，180～185℃。

1.4 性能測試

按照 GB/T 1040—2006，在室溫下對其進行拉伸性能測試，拉伸的速度是 50mm/min ；按照 GB/T 1043—2008 塑料簡支梁的沖擊實驗的方法，對式樣進行24h 的時效處理，之后進行沖擊性能測試。

2 結(jié)果分析

木塑復(fù)合材料的木粉填充量可以達到70% 以上，所以說，對木粉進行進一步的研究就顯得十分重要，例如：木粉的尺寸、形態(tài)、化學(xué)組成等。這些因素對木粉的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)有著很大的影響，直接決定了木塑復(fù)合材料性能的好壞。

2.1 木粉的微觀結(jié)構(gòu)

云杉木和楊木的細(xì)胞尺寸如表1所示，實驗所用木粉在SEM 電鏡下的掃描照片如圖2所示。

表1 云杉和楊木的細(xì)胞尺寸

圖1 1號楊木粉

圖2 2號楊木粉

圖3 云杉木粉

從圖2可以看出，云杉木粉的纖維細(xì)胞基本已經(jīng)被破壞，導(dǎo)致細(xì)胞腔大部分裸露在外；而1號楊木粉的纖維細(xì)胞大部分沒有被破壞，2號楊木粉的粒徑較小，和1號楊木粉相比，被破壞的細(xì)胞數(shù)量增加。

2.2 木粉的種類和粒徑對材料性能的影響

將木粉烘干，之后經(jīng)高速和樹脂進行混合造粒，最后經(jīng)過擠出機擠出成型，將所得到的板材制樣，并對制樣進行性能測試。PVC 份為 100phr，當(dāng)木粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 66.7% 時，在拉伸強度以及沖擊強度兩個方面來說，云杉木粉比2號楊木粉高，然而，2號楊木粉比1號楊木粉高，而且差值較大；對于彎曲強度來說，大致趨勢也是如此，但是其差值不如拉伸強度以及沖擊強度的差值大。塑料和木粉的兩相界面和所得制品的性能有著密不可分的關(guān)系，其中，對其起著決定性作用的因素是木粉的分散程度。木粉分散的程度越高，即越均勻，則兩相接面積就越大，所得到的的制品的性能就越好。在 SEM 電鏡中可以看出，2號楊木粉的粒徑小于1號楊木粉，則其接觸面積要比1號鹽母粉的接觸面積大，所以，其各種性能都比1號楊木粉好。

上述結(jié)果表明，木粉表面纖維的裸露程度決定了木塑復(fù)合材料的性能，即細(xì)胞被破壞的程度越嚴(yán)重，表面纖維的裸露程度就越高，接觸面積越大，性能越好。

2.3 木粉添加量對材料性能的影響

對 PVC 木塑復(fù)合材料的性能有較大影響的另一個因素是木粉的添加量，隨著木粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，沖擊強度不斷下降，而拉伸強度在木粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.7% 的時候達到最小值，后逐漸增加，并趨于平穩(wěn)。隨著木粉用量的增加，復(fù)合材料的彎曲模量在木粉比例為16.7% 時，達到最小值，之后逐漸增加 ；彎曲強度逐漸降低，在木粉比例達到34% 時，有最小的彎曲強度，之后逐漸增加，并趨于平穩(wěn)，達到58MPa。

沖擊強度下降主要是由于木粉的數(shù)量增加導(dǎo)致沖擊更容易引起瞬間破壞；而且，隨著木粉用量的增加，一些木粉顆粒之間會交叉接觸，阻止因外力作用而發(fā)生的形變。當(dāng)木粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時（16.7%），無法形成連續(xù)相，因此，木粉顆粒分散不均勻，呈“海島狀”，分散在塑料中，而且，木粉顆粒之間間距較大，不能相互制約，在外力的作用下，因木粉顆粒的存在，塑料相會形成銀紋，而其受力屈服會受到阻礙。隨著木粉數(shù)量的增加（66.7%），由于木粉自身密度較小，而體積較大，所以使得木粉顆粒之間的間距變小，而且木粉之間會互相接觸、交叉，使得性能大大提高。

3 結(jié)論

隨著技術(shù)的進步，人們對于材料的要求也在逐漸提高，漸漸開始不滿足于原有的單一材料，因此，復(fù)合材料應(yīng)運而生。本文主要研究了 PVC 木塑復(fù)合材料的成分以及對 PVC 木塑復(fù)合材料的性能進行了分析研究，得出如下相關(guān)結(jié)論：

1）木塑復(fù)合材料的性能和木粉的粒徑以及種類有關(guān)。粒徑為212μm 的楊木粉所制成的制品的性能不如粒徑為150μm的楊木粉制品 ；當(dāng)粒徑相同，均為212μm 時，云杉木粉制品的性能要好于楊木粉制品的性能，因其表面有較多的裸露的細(xì)胞腔以及裸露纖維，使得兩相界面能夠更加充分地接觸，因此，云杉木粉制品的強度較高。

2）隨著木粉用量的增加，PVC 木塑復(fù)合材料的彎曲強度以及拉伸強度均有小幅度下降，之后提升，并最終趨于平穩(wěn)，而其沖擊強度隨著木粉用量的增加則會下降。

[1] 鐘鑫，薛平，丁筠 .改性木粉 /PVC 復(fù)合材料的性能研究 [J].中國塑料，2004，（3）：62-66.

Study on Formulation and Performance of PVC Wood-plastic Composites

Tang Wen-bin

With the development of science and technology，people’s requirements for materials are getting higher and higher，not satisf i ed with the original single material，therefore，PVC wood-plastic composite material came into being.PVC is the abbreviation of polyvinyl chloride，and wood-plastic composite material is the use of plant fi ber or wood fi ber to fi ll or enhance the thermoplastic material，while the characteristics of plastic box wood，in some ways can be used to replace wood or plastic.The main components of PVC wood-plastic composite materials and the performance of PVC wood-plastic composite materials were analyzed.

polyvinyl chloride ；wood-plastic composite material；performance analysis

TQ325.

：A

：1003–6490（2017）07–0079–02

2017–05–05

東莞市引進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才項目 ：導(dǎo)電炭黑對木粉 /PP復(fù)合材料抗靜電及力學(xué)性能的影響（東人才辦 [2015]1 號）。

唐文斌（1982—），男，廣東東莞人，工程師，主要從事新產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)中心團隊管理工作。